液體除硫劑與常規除硫劑性能對比的研究

景岷嘉，陳興明

（1.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院，四川廣漢 618300；2.川慶鉆探工程有限公司鉆井液技術服務公司，四川成都 610051）

中國已探明的含硫化氫天然氣占全國氣層氣儲量的四分之一[1]。在高含硫地層鉆井中，地層中的硫化氫侵入鉆井液，如果鉆井液中H2S含量過高，將會對人身安全構成威脅，同時也會造成鉆具腐蝕和鉆井液性能的破壞。目前對硫化氫污染的治理主要有物理化學法和生物法。物理化學法具有去除率高，反應速度快的優點[2，3]。在鉆遇含硫地層一般選用堿式碳酸鋅或海綿鐵作為除硫劑，但堿式碳酸鋅對高密度鉆井液流變性能影響較大，而海綿鐵容易被震動篩篩出，本文優選兩種液體除硫劑與上述除硫劑進行對比評價。

1 除硫效率的對比評價

1.1 評價方法

1.1.1 基漿配制 量取800 mL蒸餾水于搪瓷杯中，加入鉆井液用鈉膨潤土32.0 g，用電動攪拌器攪拌1 h，在（25±1）℃靜置 24 h。在通風櫥內，取上述鉆井液600 mL于1 000 mL廣口瓶中，加入0.5 mol/L的硫化鈉溶液 20 mL，搖勻，在（25±1）℃養護 30 min。

1.1.2 測定方法 在通風櫥內，取基漿300 mL于高溫罐中，加入一定量除硫劑（精確至 0.01 g），用玻棒攪拌使其分散均勻，加1 mol/L的HCl 10/20 mL，密閉，搖勻，于70℃恒溫滾動16 h，取出后立即將高溫罐直立放置，用乳膠管將泵吸式硫化氫測定儀與高溫罐閥桿相連，開啟硫化氫測定儀，先將閥桿緩慢打開，到1/4圈、穩定后再開至1/2圈，測定罐中殘余硫化氫濃度，測定完畢，開啟閥桿，排去殘余氣體后再開罐。

1.1.3 硫化氫去除率的計算

式中：n-硫化氫去除率，%；C1-未加除硫劑硫化氫濃度，mg/L；C2-加入除硫劑后硫化氫濃度，mg/L。

1.2 評價結果

通過調整HCl的加量控制H2S的濃度，在不同加量下測試除硫劑的除硫效率，實驗結果（見表1、表2）。

通過表1、表2的評價數據結果，液體除硫劑SL-2和BAKE對不同濃度的硫化氫均具有較好的除硫效果，其中BAKE的除硫效果最好，其硫化氫去除率與海綿鐵相當。

表1 硫化氫去除率對比（HCl加量10 mL）

表2 硫化氫去除率對比（HCl加量20 mL）

2 除硫劑對鉆井液性能的影響

不同的除硫劑加入到鉆井液中，會對鉆井液的性能產生不同的影響。同時，不同加量的除硫劑對鉆井液性能影響程度也會不同。本文以5%膨潤土+0.3%NaOH+0.4%KPAM+3%FRH+3%SMP+3%SMC+0.5%CPF+加重劑為鉆井液基礎配方，考察了不同密度鉆井液中加入除硫劑后的鉆井液塑性黏度PV、動切力YP以及API失水性能對比情況。

2.1 除硫劑對低密度（1.3 g/cm3）鉆井液的性能影響

通過圖1～圖3可以看出，在低密度鉆井液中常規除硫劑堿式碳酸鋅對鉆井液PV和YP性能影響較大，隨其加量增加而增加，當加量在1%時性能變化尤為明顯，對API失水影響較小；常規除硫劑海綿鐵對鉆井液PV和YP性能影響規律與堿式碳酸鋅一致，但增加幅度不大；而液體除硫劑對低密度鉆井液PV無影響，對YP和API失水影響較小。

2.2 除硫劑對中等密度（1.5 g/cm3）鉆井液的性能影響

圖1 除硫劑對低密度鉆井液塑性黏度的影響

圖2 除硫劑對低密度鉆井液動切力的影響

圖3 除硫劑對低密度鉆井液失水量的影響

圖4 除硫劑對中等密度鉆井液塑性黏度的影響

通過圖4～圖6可以看出，在中等密度鉆井液中常規除硫劑堿式碳酸鋅對鉆井液PV和YP性能影響較大，隨其加量增加而增加，當加量在1%時性能變化尤為明顯，對API失水影響不大；常規除硫劑海綿鐵對中等密度鉆井液PV和YP性能影響規律與堿式碳酸鋅一致，但增加幅度小；而液體除硫劑對中等密度鉆井液PV無影響，但能降低YP和API失水。

圖5 除硫劑對中等密度鉆井液動切力的影響

圖6 除硫劑對中等密度鉆井液失水量的影響

2.3 除硫劑對高密度（1.8 g/cm3）鉆井液的性能影響

通過圖7～圖9可以看出，在高密度鉆井液中常規除硫劑堿式碳酸鋅對鉆井液PV、YP和API失水性能影響較大，隨其加量增加而增加，當加量在1%時性能變化尤為明顯；常規除硫劑海綿鐵對高密度鉆井液性能影響不大，增加幅度不明顯；而液體除硫劑對高密度鉆井液PV、YP和API失水幾乎無影響，當加量在1%時能降低塑性黏度和動切力，有利于高密度鉆井液流變性能調控。

3 建議與小結

圖7 除硫劑對高密度鉆井液塑性黏度的影響

（1）液體除硫劑對不同濃度的硫化氫均具有較好的除硫效果，其中BAKE的除硫效果最好，其硫化氫去除率與海綿鐵相當。

圖8 除硫劑對高密度鉆井液動切力的影響

圖9 除硫劑對高密度鉆井液失水量的影響

（2）常規除硫劑對鉆井液性能PV、YP和API失水都有較大影響，特別是堿式碳酸鋅對高密度鉆井液性能影響更為明顯。

（3）液體除硫劑對鉆井液性能幾乎無影響，與常規除硫劑相比，還能降低塑性黏度PV和動切力YP，有利于高密度鉆井液性能調控。

（4）由于海綿鐵在鉆井液中為不溶解固相微粒，容易被鉆井液固控設備清除，綜合考慮除硫劑除硫化氫效果和除硫劑對鉆井液性能影響因素，建議在高密度鉆井液中使用液體除硫劑。