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1、高含硫气田开采安全技术,一、绪论 含硫气田是指产出的天然气中含有硫化氢以及硫醇、硫醚等有机物的气田。硫化氢 含量在 2%70%为高含硫化氢气田1。世界上已发现了 400 多个具有商业价值的含硫化 氢气田1,2。而目前我国含硫气田(含硫 2%4% )气产量占全国气产量的 60%。四川、渤 海湾、鄂尔多斯、塔里木和准噶尔等盆地相继发现了含硫化氢天然气1,3-10。硫化氢含有 剧毒10,对人员有一定的危害。随着天然气勘探力度的不断加大,油气钻井的难度不断增 加,含硫天然气田的开采变得格外重要，现已成为我国天然气开发的一个重要方向。 因此，对于高含硫气田开采过程的安全分析和安全管理变得格外重要。文章通
2、过对 高含硫气田开采过程进行分析，从人机物法环角度，提出安全管理的要求，并对易发情 况提出应对措施。 二、我国高含硫气田概况 1. 我国高含硫气田基本情况 天然气属于清洁能源，大力发展天然气工业是中国重大能源战略决策。中国高含硫 天然气资源丰富，开发潜力巨大。截至 2011 年，中国累计探明高含硫天然气储量约 11012 m3 ，其中 90%都集中在四川盆地11。 从 20 世纪 50 年代至 2000 年，中国石油天然气集团公司己在四川盆地开发动用高 含硫天然气1402.5108 m3 ，2000 年后随着川东北地区下三叠统飞仙关组气藏和龙岗二、 三叠系礁滩气藏的探明，更是迎来了高含硫天然气
3、开采高峰（表 1）12。随着海相天然 气资源勘探力度的加大，中国高含硫天然气探明储量将进入快速增长期，为进一步加快 高含硫气田开采奠定了资源基础。除天然气外，硫磺也是高含硫气田所蕴藏的宝贵资源。 因此，安全、经济、高效地开采天然气并将有毒硫化氢转化为硫磺，对优化能源结构和 节能减排意义重大。,1,表 1 四川盆地主要的高含硫气田统计表,2. 高含硫气藏划分标准 高含硫气藏开发的先导性试验从 20 世纪 60 年代开始进行（试验井是卧龙河气田的,22,卧 63 井，其H S含量419.490g / m3 ），对H S含量达到多少才称为高含硫气藏，概念比,较模糊。1995 年，中国石油天然气总公司
4、发布了 SY/T6168-1995“气藏分类”，对高含硫 气藏定义做出明确规定（见表 2）。 表 2 含硫化氢气藏分类,参照 SY/T6168-1995 划分标准,目前投产的高含硫气井主要分布在西南油气田分公司 所辖的重庆气矿（有 38 口井）、川东北气矿及罗家寨气田等，主要产层为长兴、飞仙关、,2,2,嘉陵江。气井腐蚀流体含量较高，其中H S 含量 34.62491.490 g / m3 ,CO2 含量 0.145,222.10 g / m3 。,3,三、高含硫气田开采的难点 中国高含硫气田普遍具有气藏埋藏深、地质条件复杂、压力高、含水、多位于人口 稠密地的特点，资源开采而临腐蚀性强、成本高
5、、毒性大、事故后果严重等难点。 地质特征复杂 中国高含硫气藏多为深层、高温、高压气藏，气藏非均质性强，常伴有地层水。目 前己经发现的高含硫气藏最大埋深为 7 000 m，最大原始地层压力超过 80MPa，气藏最 高温度 175，硫化氢最高含量超过200g / m3 。高含硫气藏储层类型复杂，常常包含裂 缝一孔洞、裂缝一孔隙、孔隙型以及边、底水活跃型储层。 含硫天然气田开采投资大、评价要求高 与大型高含硫气藏开采配套建设的天然气净化厂、集输管网投资大，建设工程量大， 难于沿用常规气藏逐步完善产能建设的开发模式，因此在开发时对作业的安全和管材的 性能都有更高的要求，在开发同等储量和产量时，高含硫气
6、田需要更高的投资和管理费 用。并且，一次性规模化建设投产的开采方案对气藏早期描述、产能快速评价等开采早 期评价技术提出了更高要求。 开采工程技术难度大 高含硫气藏含有硫化氢、二氧化碳和有机硫，其开采工程技术更为复杂。高含硫气 藏的安全清洁高效开发对完井技术、井筒工艺及工具材质、压裂酸化液体系和增产改造 工艺技术都提出了更高要求，同时，集输过程必须解决腐蚀监测与控制的难题，净化工 艺必须满足大规模天然气处理和严格的污染物排放标准要求，安全环保方而必须实现气 田水、硫化氢的零排放。 高含硫气田硫化氢腐蚀严重13，环境与安全风险高 高含硫气藏多位于多山、多静风、人居稠密地区。根据四川已开发气田的统计
7、分析 表明,含硫气井的腐蚀问题是非常严重的，严重影响气田的正常生产和开发期限，并影响 着气田的采收率。硫化氢的存在会腐蚀气田的生产设备、施工设备（如完井和注入管线 的材料等）和运输系统。高含硫天然气腐蚀性强，所含硫化物毒性大，钻完井、地而集 输、天然气净化等生产环节一旦出现问题将造成严重的环境与安全事故。测试期间施工 人员可能会有头晕、恶心等症状，严重时甚至会导致死亡，如 2003 年的“1223”事故 死亡了二百余人。 高含硫气田硫沉积严重 硫化氢气体中的硫元素在开发时会析出形成硫沉积，堵塞地层，使产量降低，采收,率降低。在国内外，不管是高含硫，还是低含硫气田，在含硫气田的开发过程中都会出
8、现硫堵现象。因此硫沉积的研究对含硫气藏的开发至关重要，硫的沉积会减小地层孔隙 度、降低地层渗透率（图 1），影响气井产能。气井产能随元素硫沉积量的增大而降低， 下降程度则由气相相对渗透率决定。当采气速度较大时，气体对硫磺的携带能力大，可 将硫磺的固体小颗粒带出，从而减少了硫磺的沉积。因此在高含硫气田的开发过程中， 为了防止硫沉积，要适当地采用高速开采的方式进行开发。,图 1 地层固体沉积对渗透率伤害影响实验分析曲线 目前对硫沉积的研究还处于探索阶段，因此急需加强对硫沉积机理研究，尽快解决 硫沉积问题。 6. 易形成水合物堵塞管线 高含硫天然气中含有大量硫化氢，它的天然气水合物形成的温度比较高，
9、易形成天 然气水合物，特别是在高硫化氢浓度、高压条件下。在天然气的生产和储运过程中，气 体通过的设备在环境温度较低时易发生冰堵，造成气田生产油管及输送管线的堵塞，给 气田的开发造成相当大的困难，影响气田正常生产。 四、高含硫气田安全开采 1. 投产前的准备 高含硫天然气井开采中， H2 S 对设备、装置的腐蚀要明显大于普通含硫气井，在开 采和生产管理过程中存在的风险也大于普通含硫气井。开采和生产管理不善，将会直接,4,5,对人员和环境、设备造成严重的损伤和破坏。高含硫天然气还可能析出单质硫，并降低 天然气水合物生成温度，堵塞井口或管道，影响气井的正常开采。因此，制定合理的开 采方案和科学的管理
10、制度来保障高含硫气井的正常开采和生产十分重要。 对上、下游管线及设备预评价，确保设备等本质安全。在部分高含硫气井的 开采中，高含硫天然气需要进入原有的天然气矿场集输管网。因此，对原建装置、设备 及管线进行高含硫情况下的抗硫能力的预评价相当重要。 高含硫天然气进入原有的矿场集输系统，与一般含硫量的天然气混合后，天然气中 的 H2 S 含量会降低，对设备、装置、管线的腐蚀也将会减弱。因此首先应该计算下游各 节点处天然气中 H2 S 的含量，然后再对 H2 S 含量高的地方（设备、管线、阀门等）进行 相应的抗硫能力评价，防止在以后的生产过程中出现由于装置、设备、管线等的本质不 安全引起的 H2 S
11、破坏。 加强地企合作与联动，使周边群众和政府高度重视 高含硫气井的井口、设备和其他生产装置发生故障，使天然气大量泄漏时，周围空 气中H2S 浓度会很高，对周围环境和人身安全造成严重危害。为了降低这种风险，需要 从以下几个方面开展工作。 高含硫气井开采中的应急救援工作需要与地方政府加强沟通和协调，让地方政府 积极参与到应急救援预案的编制、演练和实施工作中，确保预案的响应及时，针对性强， 确保周遍群众的安全。 对周遍群众的安全知识宣传和应急技能培训工作。对周边群众进行与 H2 S 人体急 性中毒有关的安全知识宣传，可以降低事故危害作用程度，并使群众了解和支持紧急救 援工作。 高含硫气井投产过程中地
12、方政府单位的保驾护航。空气中 H2 S 浓度很高时可使人 在数分钟内死亡；天然气又具有可燃性，能与空气混合成可着火爆炸的气体混合物。为 使事故发生后能得到及时的控制，除了在技术和装备上做考虑以外，需要地方公安、消 防、医疗等相关部门配合，将医疗抢险队伍、消防设施配置到现场。 对相关的装置、管线、设备进行敏感性试验。高含硫集气管线所有焊口应进 行 100%硬度检测、焊前预热和焊后热处理。为避免站场工艺设备和天然气输送管线等 在 H2 S 的作用下发生开裂，高含硫气井投产前应对站场工艺设备和天然气输送管线进行 72h 的敏感性试验。在试验过程中，定时检测和记录各相关点压力等数据，同时派专人 佩带空
13、气呼吸器在放空区、管线沿线进行巡逻，一旦发现异常情况，应立即采取相应措 施。,6,高含硫气田的安全措施 在企业制度建设方面，要不断完善企业法规体系，增强其可操作性；加大对 违规行为的处罚力度，若有人违反规定，从严处罚，减少事故发生；强化责任追究机制， 加大对行为人的责任追究力度。对于违规的主要负责人，进行处罚，造成严重后果的， 要移交国家机关依法追究责任。 在开发高含硫气田时，必须重视“HSE”，加强监测，防止硫化氢中毒等安全 问题。在含硫环境中操作时，需要首先解决的问题就是对 H2 S 进行监测，确定在工作区 域内是否有 H2 S 存在，有多高浓度，使操作人员确定要采取什么样的防护措施。 加
14、强对硫化氢腐蚀防治的研究。目前含硫气田均采用了耐腐蚀合金钢作为设 备的基本材质，加注缓蚀剂、增加 PH 值、确定合理的采气速度、用电化学方法来防止 硫化氢腐蚀。此外，还必须加强对高含硫化氢气井的监测。 加强对硫沉积预测及防止技术的研究。目前国内外对于防止硫沉积主要采取 的是控制采气速度，减少硫沉积。但是对于硫沉积机理及根据机理研究防治的技术还处 于起步阶段，因此应该加强这方面的工作。 深化研究防治水合物方法。目前国内外在处理和解决井下和井口附近高含硫 气田水合物堵塞问题时主要有两种主要的处理方法：一种是将适量的溶剂（热油溶剂） 连续泵入井内油管和环行空间，然后用井口双通节流加热器加热防止水合物
15、生成。另外 一种是下双油管，注热油循环防止水合物生成。对于集输管线内的水合物堵塞问题，在 寒冷地区采用水套炉间接加热保温、热水管线跟踪伴热、连续向天然气中加注甲醇和乙 二醇等防冻剂、脱水等方法来防止水合物形成。 加强对脱硫回收硫磺技术的研究。目前，国内外处理 H2 S 废气的方法很多， 依其弱酸性和强还原性进行脱硫可分为干法和湿法。但具体的方法应根据废气的来源、 性质及实际情况而定。总的来说我国采用的脱硫技术主要靠引进国外的先进技术，自主 研发较少，脱硫成本高。因此应该加强对高含硫气体脱硫技术的研究，形成具有自主知 识产权、国际领先的脱硫技术，减少脱硫成本，增加硫资源利用率。 高含硫气井生产管
16、理要求 设备、管道的定期检测。应用测厚和腐蚀检测系统，对设备、管线进行连续 和定期检测，特别是流速高、易积水、应力集中严重的部位应重点检测，掌握 H2 S 对设 备、管线的腐蚀状况。 进入危险生产场所的现场防护与监护。装置生产或大修复产期间、进行安全 巡检以及外来人员参观学习时，必须派专人佩带空气呼吸器和 H2 S 气体检测报警仪巡检,7,无泄漏方可进入现场；进行现场操作时，在佩带空气呼吸器和 H2 S 气体检测报警仪的同 时，应一人操作，一人监护。 危险、危急时的处理。现场应安装报警器，一旦发生天然气泄漏事故，应在 保证作业人员自身安全的前提下，首先切断泄漏点上、下游阀门，并采用相应的应急措 施。在站内无法切断气源的情况下，采用报警器进行报警，并告知其它站上人员和周边 居民撤离至安全地段。 特殊操作管理。放空火炬应保证有长明火，尽量减少放空次数和放空气量； 同时在放空时要严格按操作规程操作，以减少环境污染并避免中毒事件的发生。污水排 放时要防止 H2 S 从水中逸出进入大气，特别要防止排污中出现窜气现象。设置自动排污 的高低限值时，应尽可能将低限值设置高一些，尽量减少天然气进入
