特超稠油區塊含硫化氫產出液的處理

魏鋼 中國石化勝利油田石油開發中心有限公司

特超稠油區塊含硫化氫產出液的處理

魏鋼 中國石化勝利油田石油開發中心有限公司

王莊鄭411區塊為特超稠油區塊，在生產過程中部分油井發現了硫化氫氣體，且含高濃度硫化氫油井的比例逐年增加。自2010年6月～2012年12月，在鄭411、坨826區塊15口井上安裝了HJ—2型吸附劑硫化氫治理裝置。實踐證明，在日平均產氣量小于1000m3/d、硫化氫含量小于800mg/m3時，該裝置最長安全運行時間可達270天左右，檢測口硫化氫濃度一直保持為0，脫除硫化氫效果良好；同時該裝置內部反應介質為固體顆料，吸附劑飽和后常溫下不會揮發出來，對環境、人體無影響。為了更直觀地反應各階段試驗的效果，依據評價標準表對三個階段的試驗方案進行評價，從對比結果可以看出，五級干式反應法優于濕式反應法，更具推廣價值。

稠油開采；硫化氫；脫硫；試驗

1 硫化氫產出情況

勝利油田王莊鄭411區塊油藏埋深1300m以上，原油黏度高達40×104～70×104mPa·s，為特超稠油區塊，采用HDCS方式開采。生產過程中部分油井發現了硫化氫氣體，且含高濃度硫化氫油井的比例逐年增加。統計結果顯示，硫化氫濃度變化呈現兩個規律：一是位于鄭411區塊西南部的靠近邊水油井的H2S濃度較高；二是隨吞吐輪次的增加，硫化氫濃度逐漸變高。

2 產出液硫化氫成因分析

2.1 硫化氫成因

（1）硫酸鹽熱化學還原反應[1]（TSR）。硫酸鹽熱化學還原反應發生的3個必要條件是硫酸鹽、烴類和高溫(高于120℃)。鄭411塊區塊蒸汽吞吐溫度達300℃以上，另外，注入水中有硫酸根離子，因此有生成硫化氫的可能。

（2）有機硫的熱化學分解[2]（TDS）。含硫烴原巖及含硫化合物在熱力作用下，含硫的雜環斷裂，產生硫化氫。但是這種方式不可能形成高濃度硫化氫氣體。鄭411塊原油屬低含硫原油，其硫含量大都在0.6%～1.5%之間，因此不是該區塊的主要成因。

2.2 影響因素

（1）邊底水影響。TSR反應多位于油水邊界，鄭411—P7、鄭411—P43井受到區塊邊底水侵入的影響，地層水中SO42-大量侵入使硫酸鹽熱化學還原反應速度提升，導致硫化氫濃度升高。

（2）硫酸根離子影響。該區塊稠油蒸汽吞吐的注水系統中含有SO4-2，是硫酸鹽熱化學還原反應發生的物質基礎。

3 硫化氫脫除工藝流程設計

（1）工藝原理。傳統的濕式反應脫硫工藝不能滿足現場生產需要，采用干法脫硫工藝進行攻關試驗。采用的脫硫工藝是使用高效吸附劑進行物理吸附，其脫硫反應機理為FeOOH+H2S→FeOSH+ H2O。物理吸附法脫硫是利用活性固體吸附劑來吸收硫化氫氣體，然后用一定方法把吸附的硫化氫氣體轉換儲存起來。HJ—2型高效吸附劑，有選擇性的吸附硫化氫氣體，而不會與二氧化碳、氮氣發生反應。

（2）工藝流程。HJ—2型吸附劑硫化氫治理裝置分為三段五級反應。油罐中的氣體第一階段進入氣、水兩相分離器中，將氣和水進行初步分離，第二階段進入二級反應罐中通過活性炭吸附進行再脫水及吸附，第三階段進入三級吸收反應罐，通過硫化氫干式反應達到硫化氫氣體的排放濃度為零[3]。

（3）工藝參數。設備處理參數：進氣量≤5000m3/d，硫化氫含量≤1800mg/L，設備出口硫化氫含量≤5mg/L。操作溫度為30～40℃；操作壓力為0.10MPa。

4 礦場應用效果

4.1 試驗數據及其相關規律

（1）試驗第一階段：NaOH試驗階段。將儲油罐密閉，罐內氣體通過集氣管線放出，集氣管線出口引入容積為1m3的反應箱，反應箱內放置反應液，利用化學中和的原理，脫除硫化氫氣體。在反應箱內注入600kg清水，首先加入50kg氫氧化鈉試劑。通過試驗數據對比可以看出，加注氫氧化鈉效果不理想。加注的氫氧化鈉與氣體反應速度較快，加入50kg氫氧化鈉僅能維持2h左右（不超過10mg/L），更換溶液勞動強度較大，加注的藥劑具有腐蝕性[4]。

（2）試驗第二階段：二乙醇胺試驗階段。清空NaOH溶液后，加入試驗藥劑（800kg二乙醇胺溶劑），加完10min后檢測，反應液pH值為11，出口硫化氫濃度為12mg/L，2h后濃度上升為60mg/L，4h后濃度超過100mg/L。乙二醇胺與氣體反應速度比氫氧化鈉更快，證明此方法不可行。

（3）試驗第三階段：五級干式反應階段。將油罐中的氣體引入1號氣水兩相分離器中，將氣和水進行初步分離；伴生氣體繼續進入2、3號反應罐中，充分接觸后，氣體與水完全脫離，2、3號反應罐可先行吸附一部分硫化氫氣體；氣體引入三級吸收反應器，經吸附劑處理使硫化氫氣體被充分吸收，最終實現硫化氫零排放。該裝置自6月11日～27日共16天的時間里，出口硫化氫濃度保持為0，說明脫除硫化氫效果良好。

4.2 現場試驗效果及綜合評價

自2010年6月～2012年12月，在鄭411、坨826區塊15口井上安裝了HJ—2型吸附劑硫化氫治理裝置。實踐證明，在日平均產氣量小于1000m3/d、硫化氫含量小于800mg/m3時，該裝置最長安全運行時間可達270天左右，檢測口硫化氫濃度一直保持為0，脫除硫化氫效果良好；同時該裝置內部反應介質為固體顆料，吸附劑飽和后常溫下不會揮發出來，對環境、人體無影響[5]。為了更直觀地反應各階段試驗的效果，依據評價標準表對三個階段的試驗方案進行評價，從對比結果可以看出，五級干式反應法優于濕式反應法，更具推廣價值。

[1]王順華．油田開發生產安全技術[M]．東營：中國石油大學出版社，2009．

[2]吳拓，楊俊印，林仲，等．稠油注蒸汽開發區塊H2S成因研究[J]．特種油氣藏，2012，12（6）：35-36.

[3]馬強．稠油熱采油田硫化氫生成機理研究[J]．吐哈油氣，2012，9（3）：273-275.

[4]范洪富，劉永建，鐘立國．油層礦物對蒸汽作用稠油組成與黏度變化的影響[J]．油田化學，2001，18（4），299-301.

[5]劉偌伍．稠油油田伴生氣的硫化氫處理研究[J]．特種油氣藏，2006，13（增刊）：232-234.

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.026