劉二平

（中國(guó)石油遼河油田分公司安全環(huán)保技術(shù)監(jiān)督中心，遼寧 盤錦 124010）

1 研究背景

硫化氫是一種無(wú)色、劇毒、具有臭雞蛋氣味的酸性氣體。當(dāng)人體吸入少量高濃度的硫化氫即可在短時(shí)間內(nèi)致命[1]，硫化氫的職業(yè)接觸限值為 10 mg/m3。在油田稠油開采過(guò)程中，需要對(duì)稠油注入蒸汽進(jìn)行加熱，從而降低黏度使稠油具有一定的流動(dòng)性[2]，在這一蒸汽加熱過(guò)程中會(huì)使地層產(chǎn)生大量的硫化氫[3]。隨著油田開發(fā)深入進(jìn)行，遼河油田的多個(gè)稠油熱采區(qū)塊都出現(xiàn)了大量高含硫化氫的油井[4]。個(gè)別油井套管氣中硫化氫含量大大超出國(guó)家規(guī)定的最高容許含量，不僅造成油井、管線等的腐蝕，影響油井正常生產(chǎn)，而且嚴(yán)重威脅油井作業(yè)人員的生命安全和周邊居民的正常生活狀態(tài)。

國(guó)內(nèi)遼河、勝利、新疆等稠油開采企業(yè)安全生產(chǎn)面臨的主要問(wèn)題之一，就是稠油熱采時(shí)伴隨產(chǎn)生的硫化氫危害，熱采產(chǎn)生的硫化氫具有成因復(fù)雜、分布范圍廣、生成濃度高、危害性大等特點(diǎn)。目前防治方法主要是通過(guò)在地面建立吸收裝置采用“干法”或者“濕法”進(jìn)行脫硫處理，而對(duì)井筒內(nèi)以及地層中硫化氫氣體則缺少行之有效的處理辦法，許多油井由于硫化氫在井筒內(nèi)和井底地層附近的聚集造成井底管柱腐蝕加劇設(shè)備損壞，因此迫切需要一種從硫化氫產(chǎn)生源頭開始，各生產(chǎn)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)全覆蓋的本質(zhì)安全防控方法。

2 硫化氫三位一體防治技術(shù)

2.1 地層抑制技術(shù)

對(duì)于蒸汽驅(qū)、SAGD（Steam Assisted Gravity Drainage,重力輔助卸油）、火驅(qū)開發(fā)的井組，由于地層溫度高達(dá)幾百攝氏度，超高的溫度導(dǎo)致油井套管氣中伴隨產(chǎn)生大量的硫化氫。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，提高地層流體中的pH值，可以導(dǎo)致生成硫化氫反應(yīng)的電離平衡被打破，使得反應(yīng)趨向于減少硫化氫生成的方向進(jìn)行，進(jìn)而抑制硫化氫的產(chǎn)生，另外堿性溶液環(huán)境也會(huì)增強(qiáng)硫化氫的溶解作用。按照超前防治的理念，在一些蒸汽驅(qū)注入井采取了在蒸汽中伴注堿性溶液的辦法實(shí)現(xiàn)了從源頭上控制硫化氫的生成，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明在蒸汽注入井中實(shí)施硫化氫抑制后，對(duì)應(yīng)采油井的硫化氫濃度下降了50%，取得了初步的試驗(yàn)效果。

2.2 井筒處理技術(shù)

為解決井筒內(nèi)硫化氫聚集造成井筒管柱腐蝕、設(shè)備損壞等井下工藝問(wèn)題，采取了井口滴注脫硫劑的方式對(duì)井筒硫化氫進(jìn)行了處理。該工藝是在井口附近安裝一密閉容器加藥裝置，采用小型計(jì)量泵向油套環(huán)空進(jìn)行點(diǎn)滴注入的方式開展硫化氫消除作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明在單井每天泵注脫硫劑N-甲基二乙醇胺溶液20 L情況下，單井硫化氫濃度即可由7 000 mg/m3下降至0，硫化氫消除效果較為顯著。

2.3 地面脫硫技術(shù)

干法脫硫是利用氣/固相接觸后，固態(tài)脫硫劑與氣態(tài)硫化氫反應(yīng)生成固態(tài)硫的原理進(jìn)行脫硫的工藝，其特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，脫硫效率高，可用于原料氣體中硫化氫含量不太高或者需要滿足深度脫硫的工藝需求，是目前最為成熟也是被應(yīng)用最廣泛的脫硫工藝。干法脫硫按照脫硫劑的不同，分為克勞金法、單金屬氧化物法、復(fù)合金屬氧化物法以及吸附法，其主要缺點(diǎn)是處理原料氣的量不宜過(guò)大，氣體中硫化氫濃度不宜過(guò)高，否則無(wú)法達(dá)到較好的脫硫效果。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，最終確定了脫硫效率高、經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較好的氧化鐵干法脫硫工藝，該工藝采用無(wú)定型羥基氧化鐵為填料的吸收塔對(duì)氣體進(jìn)行脫硫處理，根據(jù)原料氣數(shù)量的不同，設(shè)計(jì)了雙塔或三塔串聯(lián)工藝，多塔串聯(lián)工藝脫硫效率更高，安全性更好，并且在進(jìn)行填料更換時(shí)，可逐塔進(jìn)行，不需要中斷生產(chǎn)。

3 采油作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)硫化氫風(fēng)險(xiǎn)管控模式

3.1 基于本質(zhì)安全理念的全密閉油井作業(yè)模式

為了實(shí)現(xiàn)含硫化氫油井作業(yè)安全零事故的目標(biāo)，在含硫化氫油井作業(yè)時(shí)采用了基于本質(zhì)安全理念的全密閉油井作業(yè)新模式。具體做法是在油井作業(yè)前先用洗井液進(jìn)行洗壓井，根據(jù)硫化氫易溶于水的特點(diǎn)，讓洗井液充分吸收井筒內(nèi)的硫化氫氣體，同時(shí)為防止作業(yè)過(guò)程中井筒底部硫化氫上竄，在井口安裝單閘板防噴器，并在上部依次安裝可控起下抽油桿裝置、油管自封裝置、水循環(huán)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)油井起管桿時(shí)整個(gè)油套環(huán)空處于密封狀態(tài)，同時(shí)利用井口自封裝置的密閉空間形成水流隔層實(shí)現(xiàn)隔離、吸收硫化氫，達(dá)到全密閉作業(yè)狀態(tài)。

3.2 基于硫化氫分布規(guī)律研究的油井安全分級(jí)管理

研究表明硫化氫生成濃度與注蒸汽時(shí)間、注蒸汽溫度、注蒸汽量等因素有關(guān)，蒸汽驅(qū)開發(fā)投產(chǎn)時(shí)間越長(zhǎng)，注蒸汽強(qiáng)度越高，注蒸汽后地層溫度壓力越高的汽驅(qū)井組，硫化氫濃度也相應(yīng)越高。為確保油氣生產(chǎn)系統(tǒng)安全全面受控，遼河油田建立了有毒氣體數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)安裝在油井井口的硫化氫自動(dòng)檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)油井硫化氫濃度的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。依據(jù)監(jiān)測(cè)濃度對(duì)硫化氫防控實(shí)施3級(jí)管理，硫化器Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)管理：硫化氫濃度高于1 500 mg/m3的油井；硫化氫Ⅱ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)管理：硫化氫濃度低于1 500 mg/m3，高于300 mg/m3的油井；硫化氫Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)管理：硫化氫濃度低于300 mg/m3，高于15 mg/m3的油井。對(duì)于不同級(jí)別的含硫化氫油井采用不同色系的上鎖掛牌管理制度，并在油井醒目部位用不同顏色、不同方式設(shè)置安全警示標(biāo)識(shí)，紅色代表一級(jí)管理，黃色代表二級(jí)管理，藍(lán)色代表三級(jí)管理。

同時(shí)按照分級(jí)管控要求，在油井更換密封圈、油井取樣、油井進(jìn)行功圖液面測(cè)試等生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)工作中，對(duì)于硫化氫一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)管理井要求操作工作必須由采油區(qū)隊(duì)干部進(jìn)行，由作業(yè)區(qū)業(yè)務(wù)主管副區(qū)長(zhǎng)、作業(yè)區(qū)安全組組長(zhǎng)進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)護(hù)；對(duì)于硫化氫二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)管理井要求操作工作必須由班組長(zhǎng)實(shí)施，由作業(yè)區(qū)隊(duì)干部、作業(yè)區(qū)安全組成員進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)護(hù)；對(duì)于硫化氫三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)管理井可以由崗位員工操作，班組長(zhǎng)在旁監(jiān)護(hù)。

4 結(jié)論

1）稠油熱采伴隨產(chǎn)生的硫化氫是危害油井安全生產(chǎn)的主要因素之一，隨著油田開發(fā)地不斷深入，硫化氫防治問(wèn)題愈發(fā)突出，實(shí)踐證明，遼河油田提出的地層抑制、井筒處理、地面脫硫三位一體硫化氫防治理念科學(xué)合理，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用數(shù)年來(lái)未發(fā)生一起硫化氫中毒等安全事故，實(shí)際防治效果較為突出。

2）通過(guò)創(chuàng)新研制新型作業(yè)設(shè)備，使油井起管桿時(shí)整個(gè)油套環(huán)空處于密封狀態(tài)，同時(shí)利用井口自封裝置形成水流隔層，實(shí)現(xiàn)對(duì)井筒硫化氫的隔離與吸收，達(dá)到全密閉作業(yè)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了含硫化氫油井作業(yè)的本質(zhì)安全。

3）基于硫化氫分布規(guī)律的研究，提出了含硫化氫油井分級(jí)管理理念，讓安全責(zé)任落實(shí)到了具體人員，杜絕了不具備相應(yīng)素質(zhì)的人員出現(xiàn)不安全行為的可能。