硫化氢是仅次于氰化物的剧毒物, 是易致人于死亡的有毒气体。硫化氢不仅危害人的生命安全, 而且还造成严重的污染环境, 对金属设备造成严重的腐蚀破坏。因此, 为确保酸化作业人员的绝对安全, 杜绝硫化氢中毒事故发生, 了解酸化过程中硫化氢气体的来源和危害, 并掌握有效的防治措施意义重大。
1 硫化氢物理化学性质
硫化氢是一种无色、剧毒气体、强酸性气体。低体积分数硫化氢气体具有臭鸡蛋味, 其相对密度为1.19, 较空气略重, 能溶于水, 溶解度随水温度增加而降低。燃烧时淡蓝色火焰, 产生对眼和肺非常有害的二氧化硫气体。硫化氢在空间易聚集不易飘散, 和金属发生化学反应, 对金属设备造成严重的腐蚀破坏[1]。H2S为剧毒 (窒息性) 气体, 主要经呼吸道进入, 吸入高浓度的硫化氢气体, 引起反射性呼吸抑制, 导致呼吸麻痹, 造成“电击型”死亡。
2 酸化作业中硫化氢来源
酸化作业时向地层注入一种或几种酸液或酸性混合液, 增加H+浓度, 使得化学反应 (1) (2) 反应速度增加, 加速氢离子与二价硫离子结合, 生成硫化氢量增加。
硫化氢溶解度随水温度增加而降低, 当酸液与部分矿物的化学反应时, 释放大量的热量, 水中硫化氢的溶解量减少, 硫化氢气体从水中分离, 相当于油气混合物的油气分离, 产生滑脱现象[2], 气体上升到井口, 井口浓度增加。
3 硫化氢防治措施
3.1 现场配备硫化氢防治器材
在酸化作业现场, 可能存在要求硫化氢浓度超标, 必须配置严格按照现场规范标准相应的防护设备和检测器材, 并在含硫化氢生产场所设立风向标, 悬挂安全警示标志, 作业人员进入作业区域作业必须携带硫化氢报警器, 在井口检测人员建议佩戴空气呼吸器。
3.2 井筒加化学药品消除硫化氢
因硫化氢和金属发生化学反应, 对金属设备造成严重的腐蚀破坏, 因此对于井下的硫化氢应予消除, 防止其腐蚀油管柱。 (1) 酸碱中和消除硫化氢。当氢氧化钠足量时, 通常发生的化学反应为:2NaOH+H2S====Na2S+2H2O。当氢氧化钠量不足, 吸收过量的硫化氢, 减少用量:NaOH+H2S====NaHS+H2O。但硫化氢属酸和氢氧化钠发生酸碱中和反映, 要放热, 影响H2S在水中的吸收, 不利于完全消除硫化氢, 且NaOH成本较高, 常不采用。 (2) 吸收剂CL-001吸收H2S的吸收。CL-001常温状态下为淡蓝色液体, 有轻微的刺激性, 主要成分是具有一定结构的季铵盐, 因而具有很好的水溶性和酸溶性。与稳定剂同时使用时, 在不同强度的酸性条件下都能保持很高的稳定性, 在100℃下能稳定存在2h以上。
吸收剂CL-001与H2S在水溶液中的主要反应为。
如图1所示。
吸收剂CL-001对H2S的吸收反应主要为加成反应, 上述反应产物仍为季铵盐类化合物, 具有高的酸溶性和水溶性。当H2S含量较高时, 将增加副反应进行的程度。副反应将额外消耗吸收剂, 会增加吸收剂的用量, 但副反应产物仍保持高的酸溶性和水溶性, 不会从溶液中析出沉淀。此外, 吸收剂加入到井筒后因温度原因会影响其吸收效果, 而CL-001在高温以下有很高的稳定性, 为有机胺与H2S反应作用提供了充分的时间[3]。因此在我们选择有机胺吸收剂CL-001为H2S除硫剂。
2008年, 先后在张渠区块3口进行了H2S治理试验, 效果明显, 硫化氢气体浓度均在安全范围内 (小于10ppm) , 确保了井下作业安全实施。如图2所示。
4 结论与认识
(1) 在酸化作业过程, 因为增加了井内氢离子浓度, 使得产生硫化氢气体量增加, 同时由于酸液与地层或井筒发生化学反应, 释放热量, 使硫化氢在水中溶解量变小, 使气体挥发, 增加了硫化氢的浓度。 (2) 在酸化作业现场, 必须配置严格按照现场规范标准相应的防护设备和检测器材, 以检测和防治硫化氢气体产生。 (3) 现场试验CL-001型硫化氢去除剂, 能有效去除井筒内聚集的硫化氢气体, 保障井下作业施工安全。建议在酸化时, 配备一些添加C L-001型硫化氢去除剂。
摘要:硫化氢是一种无色、剧毒气体, 属于一级危害物质, 在安塞油田酸化作业中, 部分井产生硫化氢。本文介绍了安塞油田酸化作业过程中H2S气体的产生机理, 并从化学角度分析H2S气体防治措施, 为降低酸化作业安全风险提供技术保障。
关键词:安塞油田,硫化氢,酸化,防治措施
参考文献
[1] 周金堂, 杨伟彪, 赵安军, 等.井场硫化氢气体检测方法及防护措施[J].录井技术, 2004, 15 (2) .
[2] 王鸿勋, 张琪.采油工艺原理[M].北京:石油工业出版社, 1981.
[3] 董小丽, 苑慧莹, 贺娟, 等.安塞油田井下作业过程中H2S气体产生机理及防治技术研究[D].延安:安塞油田科技大会论文集, 2009.
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