蒸汽驅油井硫化氫安全防治技術*

高廣啟

(中國石化勝利油田分公司石油工程技術研究院，山東東營 257000)

硫化氫是無色、劇毒、酸性氣體，有一種特殊的臭雞蛋味。當人吸入少量高濃度硫化氫可于短時間內致命，硫化氫的職業接觸限值為10mg/m3[1]。在油田的稠油開采過程中，需要對稠油注入蒸汽進行加熱，從而降低黏度使稠油具有流動性[2]。這個蒸汽加熱過程會使油層產生大量的硫化氫[3，4]。隨著油田開發深入進行，目前油田的多個稠油熱采區塊都出現大量高含硫化氫的油井[4]。個別油井套管氣中硫化氫含量大大超出國家規定硫化氫的最高容許含量，不僅造成油井、管線等的腐蝕，影響油井正常作業生產，而且嚴重威脅周邊以及作業人員安全[2，3]。目前常規處理硫化氫方法有兩種，一種是通過地面裝置進行回收處理，裝置一般為固定式或者撬裝式，其裝置在脫硫化氫處理過程中起到一定的作用，但由于硫化氫處理在地面進行，如果處理失敗將會造成人員傷害，而且占用地面空間，還需專門人員進行操作等缺陷；另外一種方式是采用地面泵通過油井套管或油管向油層注入[5]，這種方法的缺點是注劑用量大，注劑與油層液混合不均勻，甚至浮在動液面上不能進入到產出液，不能和含硫化氫原油混合而中和掉硫化氫。因此，研究一種油田井下治理硫化氫的技術，從而達到安全有效地消除原油中硫化氫的目的。

1 技術方案

1.1 技術原理

該技術在于提供蒸汽驅油井井下注劑注入方法及注入管柱，其原理是依靠井內采出液的流動動能作為驅動能源，驅動安裝在井下的一種微型螺桿泵，將預置在井下尾管中的除硫劑注入到采出液中，從而消除采出液中的硫化氫。

1.2 結構組成

1.2.1消除硫化氫注劑管柱

蒸汽驅油井井下消除硫化氫注劑注入管柱結構見圖1。注劑管柱耐溫200 ℃，耐壓25MPa，管柱最大外徑114mm。其組成包括置于套管內的管柱總成，管柱總成與套管之間為油套環空，管柱總成包括自上而下依次連接的篩管、注劑管柱、微型螺桿泵管柱。篩管上端連接抽油泵，注劑管柱內裝有注劑，在注劑液面上方的注劑管柱內腔設置有U型隔離皮碗，微型螺桿泵管柱內部設置微型螺桿泵，在微型螺桿泵管柱的下端外側設置V型擋流皮碗，以阻擋井液向油套環空流動。微型螺桿泵管柱上開設徑向的井液流道和注劑流道，井液流道位于微型螺桿泵的下方，注劑流道開設位置對應微型螺桿泵內腔，篩管為消除硫化氫后的井液流入流道。

井液從油層流出，在V型擋流皮碗的阻擋下，改變流向進入微型螺桿泵管柱，從井液流道進入油套環空，同時在井液液流的驅動下，葉輪旋轉，帶動葉輪軸旋轉，從而帶動螺桿泵轉子旋轉，旋轉過程中，由于通過偏心節進行動力傳遞，所以螺桿泵轉子在旋轉過程中和定子之間產生了間隙，注劑從螺桿泵定子和轉子的間隙中流入微型螺桿泵管柱，然后從注劑流出流道進入油套環空；注劑和井液在油套環空混合，通過化學反應消除硫化氫，消除硫化氫后的井液從篩管進泵，被抽油管柱舉升至地面。因受井下尾管長度的限制，注劑容量最大1 350L，因此，應用范圍一般為產量80m3/d的油井。

圖1 注入管柱結構示意

1.2.2微型螺桿泵總成

微型螺桿泵總成的作用是通過螺桿轉子的旋轉把消除硫化氫的注劑泵入到井液中。微型螺桿泵總成包括轉子、定子、偏心節、減速器、葉輪軸、葉輪，見圖1。一般來說，螺桿泵選用單頭螺線，設計排量0.02～0.1L/h，葉輪選用雙葉片，設計葉輪回轉直徑60mm。螺桿泵定子與微型螺桿泵管柱通過緊固螺釘進行固定，轉子位于定子中心；減速器與微型螺桿泵管柱通過緊固螺釘進行固定，轉子下端通過偏心節依次與減速器、葉輪軸、葉輪相連接。注劑管柱上端和下端分別通過連接管與篩管和微型螺桿泵管柱連接。

1.2.3流量調節閥

微型螺桿泵管柱上設有流量調節閥，位于井液流道口位置。流量調節閥和微型螺桿泵管柱接觸部位分別開設各自的孔槽，通過相對旋轉確定兩者的孔槽重合度來調控通過葉片的流量，繼而通過流量變化調節葉輪的轉速實現注劑注入量的調節。通過該調節閥調節，可使注劑管柱適應含硫化氫濃度在30～2 000mg/m3之間的油井。

2 技術特點

a)整套工藝管柱和裝置放置于油井井下，不占用地面空間，脫硫化氫的過程完全在井下完成，安全性更高。

b)依靠井內產出液流動作為驅動動力，無需下入專門的動力設備，節省能源，綠色低碳。

c)采用微型螺桿泵，可實現極小排量控制，既便于下入井下，又便于采用高效除硫劑，使的防硫化氫工藝更加優化，使用壽命更長。

d)葉輪既作為動力驅動輪，同時又對注劑有攪拌功能，使除硫劑充分與井液均勻混合，中和反應效率高，相比從地面泵送注劑需要的注入量小，節約成本。

e)注劑即時注入量可以隨油井產液量的變化而自動調節，使藥液始終保持與產液量相適應的注入濃度，避免出現消除硫化氫不穩定的現象。

3 施工操作方法

在下井應用時，先在生產管柱的底端接上V型擋流皮碗，以迫使油層液沿著螺桿泵的入口方向流入生產管柱。接好V型擋流皮碗后，安裝流量調節閥，并根據油井的產量和硫化氫的含量調節好調節閥的開度。然后接上微型螺桿泵總成，再根據需要的注劑總量接尾管，一般接50～300m，最大不應超過350m。將注劑注入到接好的尾管中，然后把U型隔離皮碗放置于尾管內，碗口方向朝上，并試推皮碗，其阻力不能大于4.9N。最后接篩管和抽油泵并隨泵上油管下入井內。

4 現場應用

2018年5月開始，該技術成功在孤島、現河、濱南等采油廠熱采井應用37口，通過統計，37口熱采油井產出液硫化氫濃度平均由460mg/m3降低到10mg/m3以下。硫化氫含量最高的油井GD2-23X532井硫化氫含量達到2 162mg/m3,日產液量27.9m3/d，通過該技術處理后，井口產出液硫化氫濃度始終保持在5.1～9.7mg/m3。相比現有地面泵注入技術，注劑用量減少了76%。除硫效果提高了36%，而且節約了藥劑費、電費等生產費用。

5 結論

a)現場應用證明，該技術為油田防治含硫化氫油井提供了一種新的應用技術。

b)整套裝置放置于井下，除硫化氫的過程完全在井下完成，安全性更高。

c)井口產出液硫化氫濃度大大降低，完全達到安全生產的許可濃度。

d)該技術使用成本低，對油田擴大稠油蒸汽驅開采具有促進作用。