渤海某油田中心平臺生產(chǎn)流程硫化氫治理與效果評價

王瀟，代齊加，殷川

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

渤海某油田中心平臺是油田群中心樞紐，接收上游B/C/D/E 四個平臺產(chǎn)出物流并進一步處理。 上游來液經(jīng)段塞流、兩臺并聯(lián)的一級分離器、二級分離器等進行油、氣、水三相分離，原油經(jīng)脫水處理合格后外輸至陸地終端，分離出的生產(chǎn)水經(jīng)斜板、氣浮、核桃殼濾器和雙介質(zhì)濾器處理達標后回注地層，脫出的氣體經(jīng)燃氣洗滌器和燃氣緩沖罐處理后供給透平發(fā)電。 原油、燃氣和生產(chǎn)水三大系統(tǒng)如圖1 所示。 在對平臺生產(chǎn)各級流程進行硫化氫檢測中，發(fā)現(xiàn)均有不同濃度的硫化氫存在，部分含量高達200ppm 以上，高濃度的硫化氫會造成設(shè)備管線腐蝕，影響人員健康，嚴重制約油田安全生產(chǎn)和長遠發(fā)展，因此流程硫化氫治理成為亟待解決的課題[1]。

圖1 某油田中心平臺生產(chǎn)流程示意圖

1 硫化氫成因分析

油田開發(fā)生產(chǎn)過程中所含的硫化氫成因大致可分為三類： 第一類是有機質(zhì)熱裂解(TDS)，即油藏中不穩(wěn)定的含硫化合物在過熱地層中（120～160℃）發(fā)生熱裂解生成水、碳殘渣及硫化氫；第二類為硫酸鹽熱化學還原（TSR），主要由地層中含有的硫酸鹽巖， 在高溫條件下與烴類或有機質(zhì)發(fā)生化學還原反應(yīng)生成硫化氫， 該類成因生成的硫化氫含量較高； 第三類為微生物成因，主要是硫酸鹽還原菌（SRB）的代謝產(chǎn)物，硫酸鹽及油田水中的SO42-在厭氧條件下， 通過油田生產(chǎn)設(shè)施或地層中滋生的SRB 生物活動還原作用生成[2]。

通過對油田油藏儲層物性、 地層溫度條件、SRB 培養(yǎng)試驗及平臺自身流程處理工藝特點等角度綜合分析，最終得出平臺同時存在原生硫化氫及次生硫化氫，即油田伴生氣中自帶的和SRB微生物活動所致。 針對現(xiàn)場實際情況，油田開展硫化氫綜合治理，實現(xiàn)各級處理流程的硫化氫含量≤20ppm 這一目標。

2 治理方案

鑒于平臺兩種硫化氫不同來源，采取多種治理措施。 通過對流程加藥點進行優(yōu)化改造，達到及時加注處理、有效反應(yīng)消除的目的；針對次生硫化氫，主要措施為通過加注殺菌劑，殺滅油田設(shè)施中的SRB，從而有效控制其代謝產(chǎn)物硫化氫產(chǎn)生；針對原生硫化氫，主要措施為通過加入硫化氫抑制劑，與硫化氫發(fā)生化學反應(yīng)，將有害的硫化氫轉(zhuǎn)化為無害的含硫化合物[3]。

2.1 優(yōu)化改造藥劑注入點

油田投產(chǎn)時原設(shè)計的殺菌劑注入點在注水緩沖罐入口，位于整個生產(chǎn)流程的終點，生產(chǎn)水經(jīng)過注水緩沖罐后直接進入各注水井，反應(yīng)時間短，殺菌效果較差，且對上游流程無法進行有效殺菌，SRB 超標嚴重。 經(jīng)過現(xiàn)場研究，將殺菌劑注入點由注水緩沖罐調(diào)整至段塞流捕集器（見圖2）， 殺菌劑的注入由流程終點優(yōu)化改造至起點，從而充分保證其反應(yīng)時間， 有利于殺菌效果，對流程的保護效果更優(yōu)。 通過改造前后對SRB 的多次培養(yǎng)試驗結(jié)果來看，能夠在一定程度上有效殺死細菌，降低SRB 滋生[4]。

圖2 藥劑注入點優(yōu)化改造示意圖

2.2 優(yōu)選殺菌劑

目前，使用化學藥劑仍然是控制生產(chǎn)流程中SRB 的主要方法。 經(jīng)過實驗室評估，判斷油田現(xiàn)在使用的殺菌劑BHS-37 已不適合當前工況，SRB 對殺菌劑產(chǎn)生抗藥性。 通過對藥劑進行重新篩選比對，THPS 新型殺菌劑較目前使用的BHS-37 有更好的效果， 該殺菌劑具有極強穿透性，可迅速作用于通用殺菌劑難以波及的微細空隙區(qū)域，殺滅其中滋生的SRB，從而抑制細菌代謝產(chǎn)物硫化氫產(chǎn)生。 藥劑換型后，進行現(xiàn)場應(yīng)用，在段塞流補集器前端加注強滲透性殺菌劑，首先進行高質(zhì)量分數(shù)沖擊加注，沖擊時長2h，加注質(zhì)量分數(shù)150ppm（以一級分離器最大處理液量計）；再調(diào)節(jié)新型殺菌劑加注量至日常加注水平， 連續(xù)加注，加注質(zhì)量分數(shù)30ppm。圖3 所示為殺菌劑換型前后，幾個流程監(jiān)測點的SRB 含量對比，新型殺菌劑加注后， 平臺流程SRB 迅速降低， 流程中SRB 被徹底殺滅，可控制生產(chǎn)流程SRB 維持在0個/mL。 同時對不同殺菌劑加注質(zhì)量分數(shù)下的流程硫化氫含量進行檢測[5](見圖4 和圖5)。

圖3 殺菌劑換型前后流程SRB 治理效果圖

圖4 原油及燃氣流程硫化氫治理效果

圖5 生產(chǎn)水處理流程硫化氫治理效果

結(jié)合圖4 和圖5 可以看出：原殺菌劑BHS-37采取提高加注質(zhì)量分數(shù)，僅二級分離器覆蓋氣硫化氫略有下降，平臺整體硫化氫含量未見明顯效果，結(jié)合SRB 數(shù)據(jù)可知，現(xiàn)場原有殺菌劑對SRB殺滅效果甚微， 無法有效抑制次生硫化氫產(chǎn)生。而新型殺菌劑THPS 加注后， 平臺流程硫化氫迅速降低，其中二級、斜板、氣浮的硫化氫降幅顯著，最高降幅接近200ppm。 至第7 日后生產(chǎn)流程各級硫化氫基本平穩(wěn)，不再下降，結(jié)合SRB 數(shù)據(jù)可知，此時生產(chǎn)流程中SRB 被徹底殺滅，基本杜絕了次生硫化氫產(chǎn)生。

平臺次生硫化氫治理完成后，流程中剩余硫化氫即為原生硫化氫，機理為隨著流程逐漸向后端進行，壓力逐漸降低（段塞流操作壓力850kPa，氣浮操作壓力100kPa）， 溶解于液相中硫化氫析出，釋放至設(shè)備覆蓋氣，因設(shè)備覆蓋氣流通緩慢，液相流通相對較快，液相中溶解的硫化氫不斷釋放至氣相，最終導致硫化氫積聚。

新型殺菌劑THPS 效果顯著優(yōu)于現(xiàn)場原有殺菌劑BHS-37，在加注濃度30ppm 條件下，殺菌率100%，可有效去除流程中SRB，抑制次生硫化氫產(chǎn)生，但流程中仍存在原生硫化氫且含量仍然偏高，僅采取此項措施，未能使硫化氫含量達標。

2.3 加注硫化氫抑制劑

針對原生硫化氫，在殺菌劑加注的同時，在段塞流補集器前端加注硫化氫抑制劑， 通過硫化氫抑制劑將硫化氫轉(zhuǎn)化為無害產(chǎn)物， 祛除平臺殘留的原生硫化氫，使平臺硫化氫含量控制在預(yù)期目標范圍內(nèi)。

本著節(jié)能降耗的原則同時又能最大程度實現(xiàn)平臺流程硫化氫治理，采取新型殺菌劑、硫化氫抑制劑交替加注的方式進行加注。 為保障流程平穩(wěn)，逐漸將硫化氫抑制劑加注量調(diào)整至500L/d（4h 內(nèi)完成），硫化氫抑制劑每天連續(xù)加注20h 后更換新型殺菌劑加注，加注質(zhì)量分數(shù)30ppm，連續(xù)加注4h， 同時摸索出硫化氫抑制劑最佳加注量，相關(guān)監(jiān)測點結(jié)果見圖6。

圖6 平臺硫化氫抑制劑應(yīng)用效果

從圖6 可以看出：硫化氫抑制劑間歇加注后，平臺全流程硫化氫含量均迅速下降， 降幅顯著，在加注量500L/d 條件下，可使平臺流程硫化氫含量控制在20ppm 以內(nèi)，多數(shù)監(jiān)測點質(zhì)量分數(shù)甚至小于10ppm。 在硫化氫抑制劑加注量300L/d 條件下，較500L/d 加注條件流程下硫化氫含量有上升趨勢，為使治理效果達到預(yù)期，采取硫化氫抑制劑加注量為500L/d。

3 結(jié)論

1）優(yōu)化改造藥劑加注點，解決了殺菌劑注入不及時、針對性不強、化學作用時間短的問題，能夠有效降低SRB 數(shù)量。

2）新型殺菌劑THPS 效果顯著優(yōu)于原有殺菌劑BHS-37，可有效殺滅流程中SRB，抑制次生硫化氫產(chǎn)生，藥劑加注后，生產(chǎn)流程SRB 被徹底殺滅。

3）本著節(jié)能降耗的原則，最終采取新型殺菌劑THPS 每日加注4h，加注質(zhì)量分數(shù)30ppm，配合硫化氫抑制劑每日加注20h，加注500L/d，平臺流程硫化氫可控制在20ppm 以內(nèi)，多數(shù)檢測點硫化氫在10ppm 以內(nèi)，治理效果達到預(yù)期目標。

4）該油田流程硫化氫治理的成功實踐，保障了設(shè)備和人員安全， 有效改善了安全生產(chǎn)環(huán)境，同時相關(guān)措施方法為其他油田開展硫化氫綜合治理提供了有益的參考。