渤海某油田硫垢問題治理的研究

宋曉莉 尤秋彥 牛心蕙 周立山 滕大勇 趙新星

1. 中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司, 天津 300131;2. 中國石油大港油田公司石油工程研究院油層保護(hù)中心, 天津 300131

0 前言

目前,世界上所發(fā)現(xiàn)的天然氣藏中,大多都有H2S氣體的存在[1]。隨著能源需求的極速增長,一大批高含硫油氣田被相繼開發(fā)出來,H2S和CO2含量較高是這類油氣田的主要特征[2],國內(nèi)最大的海上油氣田——渤海某油田便是其中的典型代表。硫化物通常具有惡臭、劇毒和強(qiáng)腐蝕性等特征,不僅會對人體健康產(chǎn)生危害,同時也給油氣田生產(chǎn)和油氣集輸帶來許多安全問題[3]。為此,蓬勃作業(yè)區(qū)引入超重力旋轉(zhuǎn)填充床(RPB)作為脫硫反應(yīng)器,配合有機(jī)藥劑對H2S和有機(jī)硫進(jìn)行脫除[4]。但是在使用過程中出現(xiàn)了硫垢沉積的問題,反應(yīng)床、設(shè)備和集輸管路等被硫垢堵塞,極大降低了脫硫效率,嚴(yán)重影響海上平臺的正常生產(chǎn),甚至造成停產(chǎn)。因此,必須采取有效措施對硫垢沉積問題進(jìn)行治理。

對硫垢問題的治理,常見的技術(shù)主要有三種:電伴熱解堵技術(shù)、硫沉積抑制技術(shù)和硫溶劑溶硫技術(shù)[5]。其中,硫溶劑溶硫技術(shù)由于其操作簡便、效率高、溶硫徹底等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用[6]。硫溶劑主要分為物理硫溶劑和化學(xué)硫溶劑[7-12],而化學(xué)硫溶劑的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于物理硫溶劑,常用化學(xué)硫溶劑主要有二甲基二硫化物、二芳基二硫化物、二羥基二硫化物等,這幾種二硫化物尤其適用于處理嚴(yán)重的硫垢沉積[13-16]。綜合考慮成本和現(xiàn)場情況,選擇二甲基二硫醚(DMDS)作為主劑,加入氫氧化鈉(NaOH)、二甲基甲酰胺(DMF)和水進(jìn)行復(fù)配得到復(fù)合硫溶劑,研究組分配比、復(fù)合硫溶劑用量、溶解溫度、溶解時間對硫垢溶解的影響,尋求復(fù)合硫溶劑的最佳配比以及治理硫垢的最佳條件,并模擬反應(yīng)床絲網(wǎng)條件證實(shí)了現(xiàn)場硫垢洗除的可行性[17-19]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

試劑:二甲基二硫醚(DMDS)、氫氧化鈉(NaOH)、二甲基甲酰胺(DMF)

實(shí)驗(yàn)用硫垢:取自渤海某油田現(xiàn)場超重力機(jī)中的沉積硫垢。

儀器:PL 4002型分析天平，DF-101 S集熱式恒溫磁力攪拌器，DZF真空干燥箱，抽濾真空泵。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 硫垢的處理

將一定量的硫垢置于帶蓋扁平稱量瓶中,烘箱105℃加熱至恒重,將恒重后的硫垢放置于干燥器中貯存。

1.2.2 硫垢溶硫率的測定

取一定量的干燥硫垢壓片后用X射線熒光光譜儀測定各元素含量，結(jié)果見表1。

硫垢溶解實(shí)驗(yàn)：稱取固定質(zhì)量的硫垢置于具塞量筒中,再加入固定質(zhì)量的硫溶劑輕輕晃動,加入磁力轉(zhuǎn)子,蓋好塞子后放入設(shè)定好溫度的集熱式恒溫磁力攪拌器中,開始攪拌并計(jì)時；恒溫一段時間后,將混合物用定量濾紙抽濾,抽濾后放入真空干燥箱中烘干恒重,冷卻后記錄重量；改變不同條件重復(fù)以上操作,測出不同條件對溶硫率的影響。

表1硫垢的組成分析結(jié)果

組分元素含量/(%)組分元素質(zhì)量含量/(%)Ca5.6Fe10.2Cl5.7Na1.6Si2.3N4.3S70.3

1.2.3 溶硫率計(jì)算方法

溶硫率的計(jì)算公式為:

d=(m1-m2)/cm1

(1)

2 結(jié)果與討論

2.1 組分配比對溶硫率的影響

表2DMDS和NaOH的質(zhì)量比對溶硫率的影響

DMDS與NaOH質(zhì)量比溶硫率/(%)DMDS與NaOH質(zhì)量比溶硫率/(%)1∶1171.795∶796.022∶1079.526∶696.153∶987.237∶596.374∶895.42

2.2 藥劑用量對溶硫率的影響

取硫垢1 g,溶解溫度為30℃,溶解時間為50 min,取不同質(zhì)量的復(fù)合硫溶劑考察藥劑的用量對溶硫率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 藥劑用量對溶硫率的影響

2.3 溶解溫度對溶硫率的影響

取硫垢1 g,加入復(fù)合藥劑20 g,溶解時間為50 min,同時在不同的溫度條件下進(jìn)行硫垢溶解實(shí)驗(yàn),考察不同的溶解溫度對溶硫率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 溶解溫度對溶硫率的影響

2.4 溶解時間對溶硫率的影響

取硫垢1 g,加入復(fù)合藥劑20 g,溶解溫度為45℃,選取20 min到90 min的不同時間對硫垢進(jìn)行溶解,考察溶解時間對溶硫率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 溶解時間對溶硫率的影響

2.5 藥劑劑量對溶硫率的影響

為了解決現(xiàn)場硫垢沉積問題,尤其是超重力反應(yīng)床絲網(wǎng)上的硫垢沉積問題,在實(shí)驗(yàn)室模擬反應(yīng)床絲網(wǎng)的條件,用配置好的復(fù)合硫溶劑進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),考察在一定條件下,該藥劑能否處理現(xiàn)場硫垢沉積問題。將一定量的硫垢附著在鐵絲網(wǎng)上,將鐵絲網(wǎng)捆綁后模擬反應(yīng)床絲網(wǎng),在溫度為45℃的條件下,分別用過量水和過量藥劑對硫垢進(jìn)行洗除,得出初步結(jié)果后,再以硫垢重量為基準(zhǔn)的10、15、20倍藥劑對附著硫垢的鐵絲網(wǎng)進(jìn)行洗除,時間均為20 min,實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3現(xiàn)場條件模擬實(shí)驗(yàn)

洗除劑除垢前除垢后過量水過量藥劑10倍藥劑15倍藥劑20倍藥劑

3 結(jié)論