蒸汽驅硫化氫防治技術研究與應用

【摘??要】隨著汽驅生產的不斷深入，齊40塊蒸汽驅井組內伴生氣產量逐漸升高，伴生氣內含有H2S、CO2、CH4等多種氣體組分。本文從硫化氫的產生機理及區塊蒸汽驅開發特點出發，確定了硫化氫消除劑配方，開展了現場試驗，應用效果良好。

【關鍵詞】齊40塊;蒸汽驅;;配方

1?基本情況

齊40塊自1998年蒸汽驅試驗以來，油井套管氣組分開始變化，開始出現H2S、CO2等氣體。隨著蒸汽驅井底溫度的升高，H2S的濃度普遍升高，2012年已有51.4%的油井H2S含量超過100mg/m3。高濃度的H2S含量，給汽驅井作業安全造成嚴重威脅。傳統防治主要采取負壓抽吸和修井作業過程中大量注入熱污水進行壓井的辦法，不僅成本高，還會對地層造成冷傷害，并延長排水期，影響汽驅生產效果。

2?H2S產生原因分析

從油氣藏H2S成因機理來看，H2S的成因類型主要有生物作用、TDS+TRS、有機物熱分解。齊40塊采用高達300℃的蒸汽驅，微生物不具備存活的條件。從整個齊40快的儲層礦物分析結果來看，儲層中含硫礦物包括石膏、重晶石、黃鐵礦等。齊40塊的H2S來源以有機質熱分解為主，硫化物熱分解和含硫化何物還原為輔。

3?H2S消除劑配方研究

通過對齊40塊地層敏感性試驗、儲層巖石速敏性評價、儲層巖石水敏性評價、儲層巖石鹽敏性評價、儲層巖石堿敏性評價等室內試驗及理論研究，確定H2S消除劑配方。

3.1?H2S消除劑配方構成理論研究

從現場來看，H2S和CO2都是過量的，由于溶液中的H+的存在，H2S大部分以分子的形式存在。實現H2S的完全消除，需要先中和掉大量的CO2。H2S溶解于水后電離具有還原性的S2-離子，可以利用氧化劑將其氧化。由于原油和天然氣呈現弱氧化性，氧化劑將首先與還原性強的H2S反應。所以，在齊40塊采用弱氧化劑氧化處理井筒內的H2S是一種徹底、有效的方法。

3.2?H2S中和劑的確定

堿液首要考慮安全性、溶解性、以及在井筒和近井油層200℃以下的穩定性。其次優先與H2S反應，再與CO2反應或者不反應，生成物不能是固體。三乙醇胺和三乙胺都具有很高的H2S消除性能。即使在95℃情況下，其同等質量分數下，對H2S的清除率也高于碳酸鈉。對K3PO4、K2HPO4以及Na2HPO4做同類試驗進行對比，K3PO4略強于Na3PO4，但是由于性價比低于Na3PO4，K2HPO4及Na2HPO4雖然堿性弱，使用更安全，但效果遠低于Na3PO4。對比以上藥劑，選擇三乙醇胺、三乙胺、Na3PO4和K2CO3的作為H2S中和劑。

3.3?H2S氧化劑的確定

井筒內含有原油、天然氣等有機物，溫度高，如果氧化性強，存在安全隱患。選擇氧化性低的氧化劑，要證既能氧化H2S，又不與其他有機物進行反應，生成物不是固體和有毒有害物質。由于齊40塊井底溫度高，有必要測試H2S氧化劑對地層有機物的氧化性和穩定性。實驗分別測試甲烷和乙炔氣體在氧化劑中的穩定性，Na2SO3，NaClO和NaNO2符合H2S井筒氧化消除劑要求。

3.4?綜合吸收劑的確定

FeCl3，NaClO和NaNO2雖然可以實現H2S的高效清除，但碳酸的酸性不足以支持該反應的進行，必須使酸濃度達到0.01mol/L。但是現場具有不安全性，必須將酸性降低。其次，由于氧化反應持續消耗酸。所以直接使用氧化劑消除H2S是不可行的。

3.4.1氧化中和吸收法研究

H2S與FeCl3發生是氧化中較為簡易的處理辦法，但是該反應會導致反應液酸性增強，不利于現場操作。如果在反應液中加入價廉的NaHCO3，生成物不會有強酸生成，H2S的吸收量將增加3倍，生成物穩定。

3.4.2?置換氧化吸收法室內實驗

在實際應用時可以采用5%濃度的CuSO4溶液與10%濃度的NaNO2溶液按照1比2的比例混合，然后加入少量的鹽酸調節酸度進行現場施工。該配方H2S消除效果好，且受溫度影響小。

3.5?H2S輔助吸收劑的確定

采用溶液實現H2S的消除。使用表面活性劑可以同時降低氣液兩相的表面張力，還可以通過發泡來提高氣液兩相的接觸面，是有效提高H2S清除劑對H2S吸附的途徑。氟碳表面活性劑FC—4430無論在低溫25℃還是在實驗室內的最高溫度95℃，都表現出超強的性能，泡沫性能和消泡時間都沒有發生改變。

3.6?井筒H2S消除劑配方確定

通過前面實驗，井筒H2S消除劑基本配方如下：H2S中和劑N（C2H5O）3、Na3PO4、N（CH3CH2）3、K2CO3;H2S氧化劑Na2SO3，NaClO和NaNO2;H2S輔助吸收劑FC-4430;溶解介質H2O。

3.7?地層配伍性及產物穩定性研究

置換氧化吸收配方采取中和劑超量辦法進行H2S的控制。由于堿超量，總體環境仍屬于堿性，所以采用Na3PO4?中和后生產的NaHS處與較穩定的狀態，在此比例下不會析出H2S氣體。采用N（C2H5O）3處理H2S生產的配位堿合物（C2H6O）3N：S性質更加穩定，在300℃才會發生逆反應。此劑量中和后的生成物性質穩定。

4結論

（1）齊40塊H2S次生為主，為汽驅致含硫有機質熱分解所產生，大部分以H2S分子形式存在。

（2）采用該消除劑進行H2S消除施工，作業井井口H2S氣體濃度低于5ppm，單井有效時間大于72小時。

（3）與傳統灌注污水處理齊40塊井筒H2S技術對比，不會對地層造成冷傷害，不會污染地層;與傳統負壓抽吸井筒內H2S氣體相比，該技術施工簡單，有效時間長、無需處理抽吸出的H2S氣體等二次工藝;與傳統單一灌注堿水處理井筒內H2S氣體的辦法對比，該技術創新的采用弱氧化劑處理井筒內H2S氣體，將H2S氧化成單質硫，消除劑消耗少，H2S產物穩定。

參考文獻：

[1]羅佳潔.油氣田開發中硫化氫產生機理和防治研究[J].化工管理，2016（2）：20～21

[2]胡同建，朱景敏，韓積軍.油氣田開發過程中硫化氫防護措施探討[J].中國化工貿易，2016，8（3）：18～19.

作者簡介：

郝麗偉，女，1983年生，工程師，2007年畢業于長江大學地球化學系，現從事科技管理工作。

（作者單位：遼河油田公司歡喜嶺采油廠）