三嗪類液體脫硫技術(shù)在氣井井口的應(yīng)用研究

張 云，朱禮明，李 希，劉亞民，蔣 瑛，蔡會(huì)林，張 鵬，代有亮

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司千口氣井評(píng)價(jià)挖潛工程項(xiàng)目組，陜西西安 710018；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古烏審旗 017300；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500）

以上古氣藏為主的蘇里格氣田正逐步開發(fā)下古含硫氣藏。由于含硫氣井偏遠(yuǎn)分散等原因，難以接入已建的下古抗硫集輸系統(tǒng)。導(dǎo)致部分含硫氣井的產(chǎn)能無(wú)法發(fā)揮。急需尋求一種能克服井口面積有限、環(huán)境溫差大等不利因素的脫硫工藝，來(lái)解決該部分含硫井的生產(chǎn)問(wèn)題。

1 國(guó)內(nèi)外脫硫方法的應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外油氣田目前較為成熟的脫硫方法主要有干法脫硫和濕法脫硫。干法脫硫主要應(yīng)用在小規(guī)模的處理站上，其工藝流程及設(shè)備操作相對(duì)簡(jiǎn)單，但脫硫效率低、廢渣難處理、除硫劑更換存在風(fēng)險(xiǎn)較大、運(yùn)行費(fèi)用高等缺點(diǎn)。在目前脫硫技術(shù)中占主導(dǎo)地位的濕法除硫通過(guò)脫硫劑吸收除硫、脫硫劑再生循環(huán)脫硫，而目前主流的液體脫硫工藝主要應(yīng)用于大規(guī)模的天然氣處理廠，其工藝復(fù)雜、一次性投資高、占地面積大[8，10]。均不太適合于井場(chǎng)脫硫應(yīng)用（見表1）。

近年來(lái)，三嗪溶液作為一種新型的除硫藥劑，通過(guò)與天然氣接觸發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)脫除硫化氫，在國(guó)外應(yīng)用較為廣泛，其脫硫產(chǎn)物無(wú)毒無(wú)害可直接回注地層，具有較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，且使用的直接注入法的裝置有投資少、占地面積小等特點(diǎn)[4-7]。國(guó)內(nèi)對(duì)三嗪溶液除硫的研究起步較晚，2016年中石化大牛地氣田、2017年在長(zhǎng)慶蘇里格氣田集氣站開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，均顯示三嗪溶液具有較好的除硫效果[1]。

表1 脫硫方法比較[4]

2 脫硫裝置工藝流程

2.1 裝置設(shè)計(jì)

蘇里格氣田氣井普遍產(chǎn)量較低、遞減快；氣井冬季生產(chǎn)管網(wǎng)壓力約1.3 MPa，夏季約3.0 MPa；三嗪溶液適用于低含硫的天然氣脫硫[1]；具體裝置設(shè)計(jì)參數(shù)（見表 2）。

脫硫裝置主要由氣液分離器、脫硫罐、疏水閥等設(shè)備組成，集“氣液分離、三嗪溶液脫硫、自動(dòng)排液、人工補(bǔ)液、安全放空、溫度壓力檢測(cè)、進(jìn)出裝置手動(dòng)截?cái)唷钡裙δ苡谝惑w，實(shí)現(xiàn)井口天然氣脫硫[2]。井口來(lái)含硫天然氣經(jīng)分離器內(nèi)捕霧器，分離出氣體中的較小液滴，分離后的天然氣，從底部進(jìn)入脫硫罐，與脫硫罐內(nèi)的脫硫劑三嗪水溶液在填料層內(nèi)逆向、充分接觸，將天然氣中的硫化氫脫除至≤20 mg/m3后，再經(jīng)塔頂捕霧絲網(wǎng)除去大于5 μm的三嗪溶液液滴，天然氣由罐頂部去井口外輸。天然氣中分離出的采出液利用進(jìn)出口壓差經(jīng)疏水閥直接排至井口下游管線或采出水罐車?yán)\(yùn)。

表2 脫硫裝置設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 裝置現(xiàn)場(chǎng)布置

圖1 脫硫裝置脫硫工藝流程圖

圖2 試驗(yàn)裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

脫硫裝置脫硫工藝（見圖1），工藝將脫硫裝置安裝在氣井井口，具備雙罐輪換運(yùn)行的功能，利用罐內(nèi)三嗪溶液與含硫天然氣接觸實(shí)現(xiàn)硫化氫脫除。裝置進(jìn)口接到井口油管，天然氣經(jīng)簡(jiǎn)單分離后，進(jìn)入脫硫罐脫除硫化氫后進(jìn)入集輸管線。

脫硫裝置現(xiàn)場(chǎng)布置（見圖2），從井口高低壓緊急關(guān)斷閥后，在原流程兩個(gè)閘閥之間設(shè)置連接口，用高壓鋼管引出氣體管線接至本裝置，脫硫后再用高壓鋼管接回原采氣管線。裝置放空管線應(yīng)位于井口液體脫硫一體化裝置最小風(fēng)頻的上風(fēng)向，距離裝置不小于10 m，高度應(yīng)高出10 m范圍的平臺(tái)或建筑物頂2.0 m以上，且可靠固定。

2.3 脫硫流程選擇

裝置上設(shè)有兩具脫硫罐，兩罐可分別單獨(dú)運(yùn)行，亦可串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行，根據(jù)氣井產(chǎn)氣量和硫化氫含量進(jìn)行除硫流程選擇。當(dāng)井口來(lái)天然氣量≤2×104m3/d時(shí)，采用單罐運(yùn)行模式；當(dāng)2×104m3/d＜井口來(lái)天然氣量≤4×104m3/d時(shí)，采用雙罐并聯(lián)運(yùn)行模式；當(dāng)井口來(lái)天然氣量≤2×104m3/d時(shí)，且井口硫化氫含量高，脫硫罐單罐運(yùn)行不能滿足脫硫要求時(shí)，或?yàn)榱顺浞掷脝喂奕芤旱拿摿蛐阅軙r(shí)，可采用雙罐串聯(lián)運(yùn)行模式。

2.4 裝置工藝特點(diǎn)

（1）功能高度集成，滿足多種工藝流程要求，適用性強(qiáng)；

（2）結(jié)構(gòu)橇裝，占地面積小，便于標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，可有效縮短建設(shè)周期，提高建設(shè)質(zhì)量；

（3）人工檢測(cè)裝置進(jìn)出口天然氣硫化氫含量，根據(jù)硫容判斷更換藥劑周期；

（4）通過(guò)推廣應(yīng)用新技術(shù)新產(chǎn)品，采用新型三嗪溶液，實(shí)現(xiàn)井口天然氣脫硫；

（5）脫硫劑廢液可直接排入下游采氣管線或采用采出水罐車?yán)\(yùn)，不產(chǎn)生二次污染。

3 三嗪溶液脫硫機(jī)理

三嗪液體脫硫劑是一種水溶性的三嗪衍生物，非再生但脫硫效率高，實(shí)驗(yàn)室瞬時(shí)除硫率達(dá)到98%以上，常溫常壓下為無(wú)色或淡黃的黏稠液體，無(wú)刺激性氣味。三嗪化合物是一種大分子的活性劑，其分子鏈上富含氮原子，能與硫化氫中的硫離子發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后的產(chǎn)物主要成分為噻二嗪，易溶于水且安全性高，可直接回注地層[4]。

三嗪與硫化氫反應(yīng)過(guò)程（見圖3），理論上1 mol的三嗪可以吸收3 mol的硫化氫，但實(shí)際上第三步反應(yīng)很難發(fā)生，故其反應(yīng)產(chǎn)物主要為噻二嗪化合物。

三嗪在pH值較高環(huán)境下的活性較pH值低環(huán)境

圖3 三嗪液體脫硫劑與硫化氫反應(yīng)機(jī)理圖

表3 試驗(yàn)氣井關(guān)井前基本情況統(tǒng)計(jì)表

下的活性高，主要是pH值較低時(shí)三嗪會(huì)發(fā)生水解，pH值越低，水解速度越快，在高pH值環(huán)境下三嗪的水解速率低，三嗪才能更好的與硫化氫發(fā)生親核取代反應(yīng)。另外實(shí)驗(yàn)室研究表明，溫度越高、三嗪化合物濃度越低，三嗪水解程度越大[4-7]。

4 試驗(yàn)效果評(píng)價(jià)

4.1 試驗(yàn)選井

根據(jù)試驗(yàn)裝置的硫化氫含量適用要求（0 mg/m3～2 000 mg/m3）、進(jìn)氣壓力要求（0.9 MPa～3.5 MPa），選取3口含硫量不同的天然氣井進(jìn)行試驗(yàn)，氣井關(guān)井前基本情況（見表3）。

4.2 典型井分析

SD63-03于2014年11月投產(chǎn)，日均產(chǎn)氣2×104m3。2015年11月因硫化氫含量（760.3 mg/m3）超標(biāo)關(guān)井。初期使用2017年的小試裝置進(jìn)行井口脫硫試驗(yàn)，井下節(jié)流生產(chǎn)，由于小試裝置處理氣量及藥劑儲(chǔ)罐小，氣井產(chǎn)氣量小，每天換液1～2次，導(dǎo)致氣井日生產(chǎn)時(shí)間少且變化大；后更換為該試驗(yàn)裝置并更換井下節(jié)流器，雙罐輪換脫硫，氣井不關(guān)井，每5 d～6 d換液一次。

4.3 工藝評(píng)價(jià)

4.3.1 除硫效果評(píng)價(jià) 試驗(yàn)實(shí)施3口井（見圖4～圖6），天然氣中硫化氫含量均高于100 mg/m3，經(jīng)脫硫裝置內(nèi)三嗪溶液脫除硫化氫后，裝置出口平均硫化氫均低于2 mg/m3，除硫劑脫硫效果明顯。3口氣井經(jīng)脫硫生產(chǎn)后均平穩(wěn)生產(chǎn)，有效盤活多年關(guān)停、閑置的氣井。脫硫裝置運(yùn)行時(shí)率99%以上，未出現(xiàn)故障情況，裝置運(yùn)行穩(wěn)定可靠（見表4）。

圖4 J39-18氣井工藝生產(chǎn)曲線

圖5 SD63-03氣井工藝生產(chǎn)曲線

圖6 SN11-126氣井工藝生產(chǎn)曲線

4.3.2 適用性評(píng)價(jià) 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析，三嗪溶液與硫化氫含量較低的天然氣接觸脫除硫化氫，工藝簡(jiǎn)單，脫除效率較高。脫硫裝置適用于集輸管線不抗硫，中低壓集氣模式的，產(chǎn)氣量≤4×104m3/d，水氣比≤3 m3/104m3，硫化氫含量≤2 000 mg/m3的天然氣井。

4.3.3 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià) 統(tǒng)計(jì)了試驗(yàn)期間3口氣井的脫硫藥劑用量及單位天然氣藥劑消耗情況（見表5）。

從表5中可以看出，3口試驗(yàn)氣井的平均產(chǎn)出投入比達(dá)到3.48，經(jīng)濟(jì)效益較好。隨著天然氣中硫化氫含量增高，脫除每萬(wàn)方天然氣中硫化氫所需費(fèi)用增加，產(chǎn)出投入比減小。

5 結(jié)論

表4 試驗(yàn)氣井生產(chǎn)運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)表

表5 試驗(yàn)期間氣井費(fèi)用情況

（1）試驗(yàn)裝置功能集成，占地面積小，適用的氣井產(chǎn)氣量范圍廣，較適合于井場(chǎng)硫化氫脫除使用。

（2）試驗(yàn)裝置采用雙罐設(shè)計(jì)，氣量小于2×104m3的氣井可實(shí)現(xiàn)輪換運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)氣井不關(guān)井生產(chǎn)。

（3）三嗪類液體脫硫脫除效率高，對(duì)于脫除硫化氫含量較低的天然氣有較好的經(jīng)濟(jì)性，且處理成本與硫化氫含量相關(guān)，與天然氣產(chǎn)量無(wú)關(guān)。

（4）三嗪溶液井口脫硫試驗(yàn)有利于盤活閑置資源、可有效治理邊遠(yuǎn)低含硫化氫氣井，讓因硫化氫含量高關(guān)停的氣井發(fā)揮產(chǎn)能、“重?zé)ㄇ啻骸薄?/p>

西南物探研究院提交國(guó)內(nèi)最大頁(yè)巖氣三維勘探解釋成果

2019年4月22日，通過(guò)僅僅20天的解釋攻關(guān)，由東方物探西南物探研究院承擔(dān)的《四川盆地瀘州區(qū)塊瀘203井區(qū)頁(yè)巖氣三維地震勘探》向甲方西南油氣田公司提交了高質(zhì)量的第一輪解釋成果，并獲得甲方稱贊。

瀘203井區(qū)三維項(xiàng)目是目前西南油氣田實(shí)施的國(guó)內(nèi)最大的頁(yè)巖氣地震勘探項(xiàng)目，資料面積達(dá)2 100平方千米。由于前期該區(qū)塊內(nèi)部署的瀘203井獲得高產(chǎn)頁(yè)巖氣氣流，成為國(guó)內(nèi)首口單井測(cè)試日產(chǎn)量超百萬(wàn)立方米的頁(yè)巖氣井。

該項(xiàng)目于2018年12月26日順利完成采集并通過(guò)驗(yàn)收，今年4月2日完成第一輪疊前時(shí)間偏移處理。項(xiàng)目組解釋人員收到資料后及時(shí)制定解釋方案并與甲方積極溝通交流，結(jié)合測(cè)井資料，采用“5＋2”“白加黑”模式制定了合理緊湊的工作計(jì)劃，在短短20天內(nèi)完成了目的層層位追蹤、斷層、裂縫發(fā)育帶預(yù)測(cè)等工作。此次階段成果，為瀘203地區(qū)2019年度頁(yè)巖氣水平井平臺(tái)的部署與實(shí)施提供了資料成果，為川渝地區(qū)2020年實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣建產(chǎn)100億立方米奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（摘自中國(guó)石油報(bào)第7338期）