埕島油區硫化氫分布及影響

于衛濤　趙宏偉

摘 要：硫化氫氣體具有極強的毒性，同時硫化氫化學活動性極強，對鉆桿、套管、集輸管線的腐蝕作用大，對人身和石油設備及環境都構成了極大的威脅。本文通過對埕島油田H2S分布情況和對硫化氫危害的機理和影響因素分析，初步評價了埕島油田H2S的影響并提出了意見和建議。

主題詞：埕島油田；H2S；腐蝕；防H2S

一、引 言

一般把天然氣中硫化氫的含量超過2%的稱為高硫化氫氣。硫化氫氣體極毒，人吸入1g/m3的硫化氫時，數秒內就會死亡。我國的高硫化氫油氣藏主要分布于四川盆地。2003年12月23日重慶的高含硫化氫（濃度平均為149.32g/m3）的羅家寨大氣田發生強烈井噴，造成大量人員傷亡。同時硫化氫化學活動性極強，對鉆桿、套管、集輸管線的腐蝕作用大。對人身和石油設備及環境都構成了極大的威脅。而我們埕島油田在2003年底在樁海102井檢測到了硫化氫氣體，隨后又在埕北30潛山和樁海10井等處發現硫化氫氣體。

二、硫化氫在埕島油田的分布情況

為了搞清埕島油田油井中硫化氫的分布情況，多次到現場取樣，委托多家單位進行化驗。從中我們可以看出：

1）埕島油田總體硫化氫含量較低，即使是含量最高的樁海102井的硫化氫含量也僅是四川羅家寨大氣田的1/10不到。

2）高硫化氫氣體僅出現在碳酸鹽巖儲層中，碎屑巖儲層中的天然氣中含量極少。從層位上看，主要分布于古生界，中生界、東營組、沙河街組、館陶組和明化鎮組極少。從井上看，主要分布于古潛山井；

3）在古潛山井中，主要分布于樁海地區和埕北30潛山。

4）在油氣集輸管線和集輸站硫化氫含量低。暫不用考慮硫化氫的影響，但以后樁海地區和埕北30潛山的原油進入集輸管道后，可能會有一定的影響。

三、硫化氫對油氣鉆采設備和集輸管道的危害及影響因素

硫化氫除了具有較強的毒性以外，對金屬還具有較強的腐蝕性，因而對金屬鉆采設備和集輸管網具有較大的危害。

1、H2S對金屬腐蝕機理

含硫化氫介質的腐蝕主要有三類：

（1）電化學腐蝕

含有電解質，如水，是發生這類腐蝕的必需條件，如果介質中含有Cl-、CO2等會協同作用，加速腐蝕。包括均勻腐蝕、局部腐蝕等，其化學反應為Fe+H2S=FeS+H2。

（2）硫化氫應力開裂（SSC）

在含有水的酸性環境，金屬材料會發生硫化氫應力開裂。主要見于高強度、高內應力鋼構件及硬焊縫，它發生于內外應力或應變條件下，并沿著垂直于拉伸應力方向。通常認為硫化氫應力開裂是由氫脆引起的，即腐蝕產生的氫原子經鋼表面進入鋼內后，向具有較高三相拉伸應力狀態的區域或各捕集氫的陷阱擴散富集，促使鋼材脆化而開裂。這種作用下，裂紋擴散迅速，斷裂多為突發性，斷裂時應力遠低于鋼材的抗拉強度，易造成管材斷裂、爆破。端口多為脆性。在開發含H2S油氣田的過程中，無論是國外或是我國四川，實踐都證明SSC最具危害性。

（3）氫誘發裂縫（HIC）

電化學腐蝕產生的進入金屬內部，局部聚集在鋼內形成平行于板面的階梯型裂紋，在鋼表面形成鼓泡。根據實驗，聚集于陷阱的氫原子一旦結合為氫分子，其產生的氫壓可達3000大氣壓，這種由于氫壓導致的開裂現象叫氫誘發裂縫。

2、影響H2S腐蝕性的因素

H2S的腐蝕發生的機理主要為以上三類，其中電化學腐蝕是產生另兩類腐蝕的基礎，但危害較大的為SSC和HIC。影響H2S腐蝕的因素主要為以下四個方面：

（1）H2S分壓

H2S分壓越高，其腐蝕性越強，有資料表明，H2S分壓為0.1-0.5MPa時其相應的氫滲透率較高，發生SSC和HIC的敏感性也較大。

（2）溫度

研究表明，SSC和HIC的敏感性最大的溫度為24℃，低于24℃時，升溫使腐蝕反應及氫擴散速度加快，腐蝕性增強。超過24℃時，升溫使H2S濃度降低，SSC和HIC的敏感性下降。

（3）水

在含H2S的三類腐蝕中，水都是造成腐蝕產生的重要原因，因此，如脫去天然氣中的水分，理論上可以不考慮H2S腐蝕。

（4）PH值

研究表明，PH值在1-6范圍內，SSC和HIC的敏感性隨著PH值得增加而下降。當PH值大于6時，發生SSC和HIC的可能性較小。

四、埕島油田H2S影響的評價和建議

通過對埕島油田H2S分布情況和對硫化氫危害的機理和影響因素分析，我們可以對埕島油田H2S的影響做出初步評價，并在認識的基礎上，提出意見和建議。

1）H2S具有較強的毒性，對人和環境都具有較大的危害，在高含H2S的油氣井生產時一定要做好防H2S的安全工作，特別要注意防止高含H2S的油氣井的井噴。

2）從目前情況來看，H2S分布較為局限，為避免防H2S腐蝕的成本升高，建議對于高含H2S的油氣盡量不要進集輸管道生產。如果要是進集輸管道生產，也應在進集輸管道前，把天然氣中的H2S分離出燃燒掉。

3）溫度對H2S的腐蝕具有較大的影響，超過24℃時，升溫使H2S的腐蝕性下降。埕島油田的高硫化氫氣體主要分布于古潛山井，古潛山井深度一般在2500m以上，溫度在80℃以上，對油氣生產的井下工具影響可能不大。對井口機械可能具有一定的影響，建議進一步加強研究和評價，看現有工藝和流程是否可滿足防H2S的需求。

4）用油船拉高硫化氫氣體的原油，必須做好防H2S的措施，做好防H2S的預案，船上人員必須普及防H2S的知識，由于SSC和HIC的破害性較大，船體必須加厚防腐涂層和加緩蝕劑等防H2S的措施。