埕島油區(qū)硫化氫分布及影響

于衛(wèi)濤　趙宏偉

摘 要：硫化氫氣體具有極強(qiáng)的毒性，同時(shí)硫化氫化學(xué)活動(dòng)性極強(qiáng)，對鉆桿、套管、集輸管線的腐蝕作用大，對人身和石油設(shè)備及環(huán)境都構(gòu)成了極大的威脅。本文通過對埕島油田H2S分布情況和對硫化氫危害的機(jī)理和影響因素分析，初步評價(jià)了埕島油田H2S的影響并提出了意見和建議。

主題詞：埕島油田；H2S；腐蝕；防H2S

一、引 言

一般把天然氣中硫化氫的含量超過2%的稱為高硫化氫氣。硫化氫氣體極毒，人吸入1g/m3的硫化氫時(shí)，數(shù)秒內(nèi)就會(huì)死亡。我國的高硫化氫油氣藏主要分布于四川盆地。2003年12月23日重慶的高含硫化氫（濃度平均為149.32g/m3）的羅家寨大氣田發(fā)生強(qiáng)烈井噴，造成大量人員傷亡。同時(shí)硫化氫化學(xué)活動(dòng)性極強(qiáng)，對鉆桿、套管、集輸管線的腐蝕作用大。對人身和石油設(shè)備及環(huán)境都構(gòu)成了極大的威脅。而我們埕島油田在2003年底在樁海102井檢測到了硫化氫氣體，隨后又在埕北30潛山和樁海10井等處發(fā)現(xiàn)硫化氫氣體。

二、硫化氫在埕島油田的分布情況

為了搞清埕島油田油井中硫化氫的分布情況，多次到現(xiàn)場取樣，委托多家單位進(jìn)行化驗(yàn)。從中我們可以看出：

1）埕島油田總體硫化氫含量較低，即使是含量最高的樁海102井的硫化氫含量也僅是四川羅家寨大氣田的1/10不到。

2）高硫化氫氣體僅出現(xiàn)在碳酸鹽巖儲(chǔ)層中，碎屑巖儲(chǔ)層中的天然氣中含量極少。從層位上看，主要分布于古生界，中生界、東營組、沙河街組、館陶組和明化鎮(zhèn)組極少。從井上看，主要分布于古潛山井；

3）在古潛山井中，主要分布于樁海地區(qū)和埕北30潛山。

4）在油氣集輸管線和集輸站硫化氫含量低。暫不用考慮硫化氫的影響，但以后樁海地區(qū)和埕北30潛山的原油進(jìn)入集輸管道后，可能會(huì)有一定的影響。

三、硫化氫對油氣鉆采設(shè)備和集輸管道的危害及影響因素

硫化氫除了具有較強(qiáng)的毒性以外，對金屬還具有較強(qiáng)的腐蝕性，因而對金屬鉆采設(shè)備和集輸管網(wǎng)具有較大的危害。

1、H2S對金屬腐蝕機(jī)理

含硫化氫介質(zhì)的腐蝕主要有三類：

（1）電化學(xué)腐蝕

含有電解質(zhì)，如水，是發(fā)生這類腐蝕的必需條件，如果介質(zhì)中含有Cl-、CO2等會(huì)協(xié)同作用，加速腐蝕。包括均勻腐蝕、局部腐蝕等，其化學(xué)反應(yīng)為Fe+H2S=FeS+H2。

（2）硫化氫應(yīng)力開裂（SSC）

在含有水的酸性環(huán)境，金屬材料會(huì)發(fā)生硫化氫應(yīng)力開裂。主要見于高強(qiáng)度、高內(nèi)應(yīng)力鋼構(gòu)件及硬焊縫，它發(fā)生于內(nèi)外應(yīng)力或應(yīng)變條件下，并沿著垂直于拉伸應(yīng)力方向。通常認(rèn)為硫化氫應(yīng)力開裂是由氫脆引起的，即腐蝕產(chǎn)生的氫原子經(jīng)鋼表面進(jìn)入鋼內(nèi)后，向具有較高三相拉伸應(yīng)力狀態(tài)的區(qū)域或各捕集氫的陷阱擴(kuò)散富集，促使鋼材脆化而開裂。這種作用下，裂紋擴(kuò)散迅速，斷裂多為突發(fā)性，斷裂時(shí)應(yīng)力遠(yuǎn)低于鋼材的抗拉強(qiáng)度，易造成管材斷裂、爆破。端口多為脆性。在開發(fā)含H2S油氣田的過程中，無論是國外或是我國四川，實(shí)踐都證明SSC最具危害性。

（3）氫誘發(fā)裂縫（HIC）

電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的進(jìn)入金屬內(nèi)部，局部聚集在鋼內(nèi)形成平行于板面的階梯型裂紋，在鋼表面形成鼓泡。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，聚集于陷阱的氫原子一旦結(jié)合為氫分子，其產(chǎn)生的氫壓可達(dá)3000大氣壓，這種由于氫壓導(dǎo)致的開裂現(xiàn)象叫氫誘發(fā)裂縫。

2、影響H2S腐蝕性的因素

H2S的腐蝕發(fā)生的機(jī)理主要為以上三類，其中電化學(xué)腐蝕是產(chǎn)生另兩類腐蝕的基礎(chǔ)，但危害較大的為SSC和HIC。影響H2S腐蝕的因素主要為以下四個(gè)方面：

（1）H2S分壓

H2S分壓越高，其腐蝕性越強(qiáng)，有資料表明，H2S分壓為0.1-0.5MPa時(shí)其相應(yīng)的氫滲透率較高，發(fā)生SSC和HIC的敏感性也較大。

（2）溫度

研究表明，SSC和HIC的敏感性最大的溫度為24℃，低于24℃時(shí)，升溫使腐蝕反應(yīng)及氫擴(kuò)散速度加快，腐蝕性增強(qiáng)。超過24℃時(shí)，升溫使H2S濃度降低，SSC和HIC的敏感性下降。

（3）水

在含H2S的三類腐蝕中，水都是造成腐蝕產(chǎn)生的重要原因，因此，如脫去天然氣中的水分，理論上可以不考慮H2S腐蝕。

（4）PH值

研究表明，PH值在1-6范圍內(nèi)，SSC和HIC的敏感性隨著PH值得增加而下降。當(dāng)PH值大于6時(shí)，發(fā)生SSC和HIC的可能性較小。

四、埕島油田H2S影響的評價(jià)和建議

通過對埕島油田H2S分布情況和對硫化氫危害的機(jī)理和影響因素分析，我們可以對埕島油田H2S的影響做出初步評價(jià)，并在認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，提出意見和建議。

1）H2S具有較強(qiáng)的毒性，對人和環(huán)境都具有較大的危害，在高含H2S的油氣井生產(chǎn)時(shí)一定要做好防H2S的安全工作，特別要注意防止高含H2S的油氣井的井噴。

2）從目前情況來看，H2S分布較為局限，為避免防H2S腐蝕的成本升高，建議對于高含H2S的油氣盡量不要進(jìn)集輸管道生產(chǎn)。如果要是進(jìn)集輸管道生產(chǎn)，也應(yīng)在進(jìn)集輸管道前，把天然氣中的H2S分離出燃燒掉。

3）溫度對H2S的腐蝕具有較大的影響，超過24℃時(shí)，升溫使H2S的腐蝕性下降。埕島油田的高硫化氫氣體主要分布于古潛山井，古潛山井深度一般在2500m以上，溫度在80℃以上，對油氣生產(chǎn)的井下工具影響可能不大。對井口機(jī)械可能具有一定的影響，建議進(jìn)一步加強(qiáng)研究和評價(jià)，看現(xiàn)有工藝和流程是否可滿足防H2S的需求。

4）用油船拉高硫化氫氣體的原油，必須做好防H2S的措施，做好防H2S的預(yù)案，船上人員必須普及防H2S的知識(shí)，由于SSC和HIC的破害性較大，船體必須加厚防腐涂層和加緩蝕劑等防H2S的措施。