高含硫氣田開采安全安全技術

1、PAGE12高含硫氣田開采安全技術一、緒論含硫氣田是指產(chǎn)出的天然氣中含有硫化氫以及硫醇、硫醚等有機物的氣田。硫化氫含量在2%70%為高含硫化氫氣田1戴金星.中國含硫化氫的天然氣分布特征、分類及其成因探討J.沉積學報, 1985, 3(4):109120.2樊廣鋒, 戴金星, 戚厚發(fā). 中國硫化氫天然氣研究J. 天然氣地球科學, 1992, 3(3): 110.3岡秦麟. 對氣田開發(fā)基本規(guī)律的幾點認識J. 天然氣工業(yè), 1997, 17(3): 3035.4王蘭生, 張鑒, 謝邦華. 四川盆地東部碳酸鹽巖含硫天然氣的成因和分布特征研究R. 成都:中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院, 2002

2、.5王一剛, 竇立榮, 等. 四川盆地東北部三疊系飛仙關組高含硫氣田H2S成因研究J. 地球化學, 2002, 31(6): 517524.6張子樞. 四川碳酸鹽巖氣田的硫化氫J. 石油實驗地質, 1983, 5(4): 304307.7戴金星. 我國高含硫化氫氣的成因J. 石油學報, 1984, 5(1): 2833.8陳安定. 陜甘寧盆地中部氣田奧陶系天然氣的成因及運移J. 石油學報, 1994, 15(2): 110.9沈平, 徐永昌, 王晉江, 等. 天然氣中硫化氫硫同位素組成及沉積地球化學相J. 沉積學報,1997, 15(2): 216219.10戴金星, 胡見義, 賈承造, 等.

3、 關于高硫化氫天然氣田科學安全勘探開發(fā)的建議J. 石油勘探與開發(fā), 2004, 31(2): 15.11常宏崗, 熊鋼, 等. 大型高含硫氣田安全開采及硫磺回收技術J. 天然氣工業(yè), 2012, 32(12): 8691.12 何生厚. 高含硫化氫和二氧化碳天然氣田開發(fā)工程技術M. 北京:中國石化出版社, 2008.13 岑芳, 李治平, 張彩, 等. 含硫氣田硫化氫腐蝕J. 資源產(chǎn)業(yè), 2005,Vol. 7(4), 7981.。世界上已發(fā)現(xiàn)了400多個具有商業(yè)價值的含硫化氫氣田1,。而目前我國含硫氣田(含硫2%4% )氣產(chǎn)量占全國氣產(chǎn)量的60%。四川、渤海灣、鄂爾多斯、塔里木和準噶爾等盆地

4、相繼發(fā)現(xiàn)了含硫化氫天然氣1,-10。硫化氫含有劇毒10,對人員有一定的危害。隨著天然氣勘探力度的不斷加大,油氣鉆井的難度不斷增加,含硫天然氣田的開采變得格外重要，現(xiàn)已成為我國天然氣開發(fā)的一個重要方向。因此，對于高含硫氣田開采過程的安全分析和安全管理變得格外重要。文章通過對高含硫氣田開采過程進行分析，從人機物法環(huán)角度，提出安全管理的要求，并對易發(fā)情況提出應對措施。二、我國高含硫氣田概況1. 我國高含硫氣田基本情況天然氣屬于清潔能源，大力發(fā)展天然氣工業(yè)是中國重大能源戰(zhàn)略決策。中國高含硫天然氣資源豐富，開發(fā)潛力巨大。截至2011年，中國累計探明高含硫天然氣儲量約，其中90%都集中在四川盆地11。從2

5、0世紀50年代至2000年，中國石油天然氣集團公司己在四川盆地開發(fā)動用高含硫天然氣，2000年后隨著川東北地區(qū)下三疊統(tǒng)飛仙關組氣藏和龍崗二、三疊系礁灘氣藏的探明，更是迎來了高含硫天然氣開采高峰（表1）12。隨著海相天然氣資源勘探力度的加大，中國高含硫天然氣探明儲量將進入快速增長期，為進一步加快高含硫氣田開采奠定了資源基礎。除天然氣外，硫磺也是高含硫氣田所蘊藏的寶貴資源。因此，安全、經(jīng)濟、高效地開采天然氣并將有毒硫化氫轉化為硫磺，對優(yōu)化能源結構和節(jié)能減排意義重大。表1 四川盆地主要的高含硫氣田統(tǒng)計表2. 高含硫氣藏劃分標準高含硫氣藏開發(fā)的先導性試驗從20世紀60年代開始進行（試驗井是臥龍河氣田的

6、臥63井，其含量），對含量達到多少才稱為高含硫氣藏，概念比較模糊。1995年，中國石油天然氣總公司發(fā)布了SY/T6168-1995“氣藏分類”，對高含硫氣藏定義做出明確規(guī)定（見表2）。表2 含硫化氫氣藏分類參照SY/T6168-1995劃分標準,目前投產(chǎn)的高含硫氣井主要分布在西南油氣田分公司所轄的重慶氣礦（有38口井）、川東北氣礦及羅家寨氣田等，主要產(chǎn)層為長興、飛仙關、嘉陵江。氣井腐蝕流體含量較高，其中含量,CO2含量。三、高含硫氣田開采的難點中國高含硫氣田普遍具有氣藏埋藏深、地質條件復雜、壓力高、含水、多位于人口稠密地的特點，資源開采而臨腐蝕性強、成本高、毒性大、事故后果嚴重等難點。1. 地

7、質特征復雜中國高含硫氣藏多為深層、高溫、高壓氣藏，氣藏非均質性強，常伴有地層水。目前己經(jīng)發(fā)現(xiàn)的高含硫氣藏最大埋深為7 000 m，最大原始地層壓力超過80MPa，氣藏最高溫度175，硫化氫最高含量超過。高含硫氣藏儲層類型復雜，常常包含裂縫一孔洞、裂縫一孔隙、孔隙型以及邊、底水活躍型儲層。2. 含硫天然氣田開采投資大、評價要求高與大型高含硫氣藏開采配套建設的天然氣凈化廠、集輸管網(wǎng)投資大，建設工程量大，難于沿用常規(guī)氣藏逐步完善產(chǎn)能建設的開發(fā)模式，因此在開發(fā)時對作業(yè)的安全和管材的性能都有更高的要求，在開發(fā)同等儲量和產(chǎn)量時，高含硫氣田需要更高的投資和管理費用。并且，一次性規(guī)?；ㄔO投產(chǎn)的開采方案對氣藏

8、早期描述、產(chǎn)能快速評價等開采早期評價技術提出了更高要求。3. 開采工程技術難度大高含硫氣藏含有硫化氫、二氧化碳和有機硫，其開采工程技術更為復雜。高含硫氣藏的安全清潔高效開發(fā)對完井技術、井筒工藝及工具材質、壓裂酸化液體系和增產(chǎn)改造工藝技術都提出了更高要求，同時，集輸過程必須解決腐蝕監(jiān)測與控制的難題，凈化工藝必須滿足大規(guī)模天然氣處理和嚴格的污染物排放標準要求，安全環(huán)保方而必須實現(xiàn)氣田水、硫化氫的零排放。4. 高含硫氣田硫化氫腐蝕嚴重13，環(huán)境與安全風險高高含硫氣藏多位于多山、多靜風、人居稠密地區(qū)。根據(jù)四川已開發(fā)氣田的統(tǒng)計分析表明,含硫氣井的腐蝕問題是非常嚴重的，嚴重影響氣田的正常生產(chǎn)和開發(fā)期限，并

9、影響著氣田的采收率。硫化氫的存在會腐蝕氣田的生產(chǎn)設備、施工設備（如完井和注入管線的材料等）和運輸系統(tǒng)。高含硫天然氣腐蝕性強，所含硫化物毒性大，鉆完井、地而集輸、天然氣凈化等生產(chǎn)環(huán)節(jié)一旦出現(xiàn)問題將造成嚴重的環(huán)境與安全事故。測試期間施工人員可能會有頭暈、惡心等癥狀，嚴重時甚至會導致死亡，如2003年的“1223”事故死亡了二百余人。5. 高含硫氣田硫沉積嚴重硫化氫氣體中的硫元素在開發(fā)時會析出形成硫沉積，堵塞地層，使產(chǎn)量降低，采收率降低。在國內外，不管是高含硫，還是低含硫氣田，在含硫氣田的開發(fā)過程中都會出現(xiàn)硫堵現(xiàn)象。因此硫沉積的研究對含硫氣藏的開發(fā)至關重要，硫的沉積會減小地層孔隙度、降低地層滲透率（

10、圖1），影響氣井產(chǎn)能。氣井產(chǎn)能隨元素硫沉積量的增大而降低，下降程度則由氣相相對滲透率決定。當采氣速度較大時，氣體對硫磺的攜帶能力大，可將硫磺的固體小顆粒帶出，從而減少了硫磺的沉積。因此在高含硫氣田的開發(fā)過程中，為了防止硫沉積，要適當?shù)夭捎酶咚匍_采的方式進行開發(fā)。圖1 地層固體沉積對滲透率傷害影響實驗分析曲線目前對硫沉積的研究還處于探索階段，因此急需加強對硫沉積機理研究，盡快解決硫沉積問題。6. 易形成水合物堵塞管線高含硫天然氣中含有大量硫化氫，它的天然氣水合物形成的溫度比較高，易形成天然氣水合物，特別是在高硫化氫濃度、高壓條件下。在天然氣的生產(chǎn)和儲運過程中，氣體通過的設備在環(huán)境溫度較低時易發(fā)生

11、冰堵，造成氣田生產(chǎn)油管及輸送管線的堵塞，給氣田的開發(fā)造成相當大的困難，影響氣田正常生產(chǎn)。四、高含硫氣田安全開采1. 投產(chǎn)前的準備高含硫天然氣井開采中，對設備、裝置的腐蝕要明顯大于普通含硫氣井，在開采和生產(chǎn)管理過程中存在的風險也大于普通含硫氣井。開采和生產(chǎn)管理不善，將會直接對人員和環(huán)境、設備造成嚴重的損傷和破壞。高含硫天然氣還可能析出單質硫，并降低天然氣水合物生成溫度，堵塞井口或管道，影響氣井的正常開采。因此，制定合理的開采方案和科學的管理制度來保障高含硫氣井的正常開采和生產(chǎn)十分重要。（1）對上、下游管線及設備預評價，確保設備等本質安全。在部分高含硫氣井的開采中，高含硫天然氣需要進入原有的天然氣

12、礦場集輸管網(wǎng)。因此，對原建裝置、設備及管線進行高含硫情況下的抗硫能力的預評價相當重要。高含硫天然氣進入原有的礦場集輸系統(tǒng)，與一般含硫量的天然氣混合后，天然氣中的含量會降低，對設備、裝置、管線的腐蝕也將會減弱。因此首先應該計算下游各節(jié)點處天然氣中的含量，然后再對含量高的地方（設備、管線、閥門等）進行相應的抗硫能力評價，防止在以后的生產(chǎn)過程中出現(xiàn)由于裝置、設備、管線等的本質不安全引起的破壞。（2）加強地企合作與聯(lián)動，使周邊群眾和政府高度重視高含硫氣井的井口、設備和其他生產(chǎn)裝置發(fā)生故障，使天然氣大量泄漏時，周圍空氣中H2S濃度會很高，對周圍環(huán)境和人身安全造成嚴重危害。為了降低這種風險，需要從以下幾個

13、方面開展工作。高含硫氣井開采中的應急救援工作需要與地方政府加強溝通和協(xié)調，讓地方政府積極參與到應急救援預案的編制、演練和實施工作中，確保預案的響應及時，針對性強，確保周遍群眾的安全。對周遍群眾的安全知識宣傳和應急技能培訓工作。對周邊群眾進行與人體急性中毒有關的安全知識宣傳，可以降低事故危害作用程度，并使群眾了解和支持緊急救援工作。高含硫氣井投產(chǎn)過程中地方政府單位的保駕護航?？諝庵袧舛群芨邥r可使人在數(shù)分鐘內死亡；天然氣又具有可燃性，能與空氣混合成可著火爆炸的氣體混合物。為使事故發(fā)生后能得到及時的控制，除了在技術和裝備上做考慮以外，需要地方公安、消防、醫(yī)療等相關部門配合，將醫(yī)療搶險隊伍、消防設施配

14、置到現(xiàn)場。（3）對相關的裝置、管線、設備進行敏感性試驗。高含硫集氣管線所有焊口應進行100%硬度檢測、焊前預熱和焊后熱處理。為避免站場工藝設備和天然氣輸送管線等在的作用下發(fā)生開裂，高含硫氣井投產(chǎn)前應對站場工藝設備和天然氣輸送管線進行72h的敏感性試驗。在試驗過程中，定時檢測和記錄各相關點壓力等數(shù)據(jù)，同時派專人佩帶空氣呼吸器在放空區(qū)、管線沿線進行巡邏，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，應立即采取相應措施。2. 高含硫氣田的安全措施（1）在企業(yè)制度建設方面，要不斷完善企業(yè)法規(guī)體系，增強其可操作性；加大對違規(guī)行為的處罰力度，若有人違反規(guī)定，從嚴處罰，減少事故發(fā)生；強化責任追究機制，加大對行為人的責任追究力度。對于違

15、規(guī)的主要負責人，進行處罰，造成嚴重后果的，要移交國家機關依法追究責任。（2）在開發(fā)高含硫氣田時，必須重視“HSE”，加強監(jiān)測，防止硫化氫中毒等安全問題。在含硫環(huán)境中操作時，需要首先解決的問題就是對進行監(jiān)測，確定在工作區(qū)域內是否有存在，有多高濃度，使操作人員確定要采取什么樣的防護措施。（3）加強對硫化氫腐蝕防治的研究。目前含硫氣田均采用了耐腐蝕合金鋼作為設備的基本材質，加注緩蝕劑、增加PH值、確定合理的采氣速度、用電化學方法來防止硫化氫腐蝕。此外，還必須加強對高含硫化氫氣井的監(jiān)測。（4）加強對硫沉積預測及防止技術的研究。目前國內外對于防止硫沉積主要采取的是控制采氣速度，減少硫沉積。但是對于硫沉積

16、機理及根據(jù)機理研究防治的技術還處于起步階段，因此應該加強這方面的工作。（5）深化研究防治水合物方法。目前國內外在處理和解決井下和井口附近高含硫氣田水合物堵塞問題時主要有兩種主要的處理方法：一種是將適量的溶劑（熱油溶劑）連續(xù)泵入井內油管和環(huán)行空間，然后用井口雙通節(jié)流加熱器加熱防止水合物生成。另外一種是下雙油管，注熱油循環(huán)防止水合物生成。對于集輸管線內的水合物堵塞問題，在寒冷地區(qū)采用水套爐間接加熱保溫、熱水管線跟蹤伴熱、連續(xù)向天然氣中加注甲醇和乙二醇等防凍劑、脫水等方法來防止水合物形成。（6）加強對脫硫回收硫磺技術的研究。目前，國內外處理廢氣的方法很多，依其弱酸性和強還原性進行脫硫可分為干法和濕法

17、。但具體的方法應根據(jù)廢氣的來源、性質及實際情況而定?？偟膩碚f我國采用的脫硫技術主要靠引進國外的先進技術，自主研發(fā)較少，脫硫成本高。因此應該加強對高含硫氣體脫硫技術的研究，形成具有自主知識產(chǎn)權、國際領先的脫硫技術，減少脫硫成本，增加硫資源利用率。3. 高含硫氣井生產(chǎn)管理要求（1）設備、管道的定期檢測。應用測厚和腐蝕檢測系統(tǒng)，對設備、管線進行連續(xù)和定期檢測，特別是流速高、易積水、應力集中嚴重的部位應重點檢測，掌握對設備、管線的腐蝕狀況。（2）進入危險生產(chǎn)場所的現(xiàn)場防護與監(jiān)護。裝置生產(chǎn)或大修復產(chǎn)期間、進行安全巡檢以及外來人員參觀學習時，必須派專人佩帶空氣呼吸器和氣體檢測報警儀巡檢無泄漏方可進入現(xiàn)場；

18、進行現(xiàn)場操作時，在佩帶空氣呼吸器和氣體檢測報警儀的同時，應一人操作，一人監(jiān)護。（3）危險、危急時的處理?，F(xiàn)場應安裝報警器，一旦發(fā)生天然氣泄漏事故，應在保證作業(yè)人員自身安全的前提下，首先切斷泄漏點上、下游閥門，并采用相應的應急措施。在站內無法切斷氣源的情況下，采用報警器進行報警，并告知其它站上人員和周邊居民撤離至安全地段。（4）特殊操作管理。放空火炬應保證有長明火，盡量減少放空次數(shù)和放空氣量；同時在放空時要嚴格按操作規(guī)程操作，以減少環(huán)境污染并避免中毒事件的發(fā)生。污水排放時要防止從水中逸出進入大氣，特別要防止排污中出現(xiàn)竄氣現(xiàn)象。設置自動排污的高低限值時，應盡可能將低限值設置高一些，盡量減少天然氣進

19、入大氣的可能性。4. 高含硫氣井開發(fā)的防腐措施（1）選擇合適的材料。保證設備、管道長期安全運轉，合理選材是首要的一環(huán)。合理選材既要考慮工藝條件及生產(chǎn)過程中可能發(fā)生的變化，又要考慮材料的結構、性質及使用中可能發(fā)生的變化。從國外開發(fā)高含硫氣田的經(jīng)驗可知，采用碳鋼并實施緩蝕劑保護完全能滿足高含硫氣田開發(fā)的需要，如加拿大，開發(fā)高含硫氣田一直采用碳鋼加緩蝕劑。（2）加注適宜的緩蝕劑。添加合理的緩蝕劑是防止高酸性油氣對碳鋼和低合金鋼設施腐蝕的一種有效方法。它能有效地減緩金屬表面腐蝕反應，從而降低可供鋼材吸收的氫原子，控制氫誘發(fā)裂紋（HIC）腐蝕的速度。（3）涂抹防腐蝕涂層。在油氣田防腐蝕工作中，應根據(jù)實際

20、情況靈活控制涂層系統(tǒng)結構，考慮的因素包括腐蝕狀況、防腐要求、施工程序等，不同的涂層防腐蝕效果大不相同，應認真加以分析處理，以獲得最佳的防腐效果。同時，站場管道可考慮采用復合管材。5. 高含硫氣井開發(fā)的防堵措施（1）水合物堵塞防治措施。高含硫氣井水合物形成與天然氣的組分、組成、游離水含量、溫度和壓力有關。對于水合物堵塞，主要采用除水法、加熱法、降壓控制法和添加化學抑制劑法防治措施。（2）單質硫防堵措施。由于含硫量不同，部分高含硫氣井出現(xiàn)不同程度的硫堵，對于單質硫的處理，目前還沒有成熟的辦法。目前主要采用物理法處理，即利用停產(chǎn)機會，將發(fā)生硫堵嚴重的分離頭等撤下來清洗。（3）解除硫沉積堵塞工藝技術。

21、單質硫防治措施主要有以下幾種方法：通過優(yōu)化配產(chǎn)和生產(chǎn)制度來防止硫沉積；除垢防止硫沉積；加熱熔化；加注硫溶劑。6. 日常生產(chǎn)、維護管理在日常的生產(chǎn)管理和維護中，需要針對高含硫的特點對生產(chǎn)和人身安全做相關規(guī)定，以保障生產(chǎn)和人身安全。（1）因異常情況出現(xiàn)不可控制的泄漏，值班人員應采取果斷措施關閉井口或其他閥門，及時切斷氣源。（2）加強巡檢工作，認真堅持每4h進行一次現(xiàn)場巡回檢查，巡檢時一人檢查，一人監(jiān)護。發(fā)現(xiàn)問題立即采取相應的措施并做好記錄。同時應嚴格執(zhí)行每半小時一次的LCD面板巡回檢查制度。（3）應在排污前檢查污水罐附近是否有人畜活動，排污時盡量將自動排污低限設置高一些，避免含硫天然氣進入污水罐。

22、（4）每月定期定時組織井站員工進行防中毒等有針對性的安全事故應急預案的演練。（5）每天由當班人員檢查空氣呼吸器的供氣壓力是否足夠，每周一次檢查空氣呼吸器的管路是否完好和符合安全要求。（6）外來施工人員進入井站施工，必須自行配備帶有獨立清潔空氣源的呼吸器（不能挪用井站現(xiàn)有的空氣呼吸器），如氧氣呼吸器、空氣呼吸器等，做好相應的應急措施預案，并嚴格按審批后的施工方案進行施工。（7）當環(huán)境空氣中濃度達到而報警時，井站作業(yè)人員應立即查明泄漏點，準備防護用具。當濃度達到報警時，所有人員須首先通過風向標觀察風向，疏散下風向人員，搶救人員進入戒備狀態(tài)，同時查明泄漏原因，采取措施，控制泄漏，向上級報告情況。濃度

23、持續(xù)上升無法控制時，立即實施應急預案。（8）高含硫氣井應定期作氣質分析化驗，及時了解的變化情況。五、總結 安全生產(chǎn)是社會發(fā)展永恒的主題，是一切工作的真諦。安全是企業(yè)發(fā)展的前提和根本，與企業(yè)的生存發(fā)展息息相關，企業(yè)要想尋求更大發(fā)展，獲得更廣闊的市場，就必須切實抓好安全生產(chǎn)工作，全面落實安全生產(chǎn)責任制，遏制生產(chǎn)安全事故的發(fā)生，才能創(chuàng)造出更好的經(jīng)濟效益。高含硫氣田開采安全技術涉及到高含硫氣田開采的方方面面。高含硫天然氣開采風險除了本身所具有的高隱蔽和高風險外，還突出表現(xiàn)在高濃度帶來的強腐蝕和劇毒兩個方面。復雜地質條件加上高含硫，使天然氣開采作業(yè)難度和風險整體上進一步加大。安全高效的開發(fā)高含硫氣田，不單是一個技術問題，還必須從管理、技術和人才等各方面全面規(guī)劃，嚴格前期論證與井位審批，從源頭抓起，綜合治理。（1）牢固樹立“安全第一、環(huán)境優(yōu)先、以人為本”理念，真正落實本質安全高含硫氣田因所含的強腐蝕和劇毒性，使本身十分隱蔽和易燃易爆的天然氣勘探開發(fā)的安全風險極大增加，任何一個環(huán)節(jié)稍有不慎，都可能給人的生命安全和環(huán)境造成嚴重損害。因此，必須牢固樹立“安全第一、環(huán)境優(yōu)先、以人為本”的理念