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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M。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。文章通过对 高含硫气田开
2、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 1x 10A12O3，其中90%都集中在四川盆地口】。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1402.5x10A8m3,2000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开采高峰（表1） 12】。随着海相天然 气资
3、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。表1四川盆地主要的高含硫气田统计表气田名称探明储量/108 m3最高巳$含量/ （g mf ）投产时间威远10015. 21965年10月卧龙河18975.61973年8月中坝8611，. 11982年3月磨溪*19LL 11991年2月黄龙场33201. 52003年4月高峰场25105. 62004年12月龙岗试采区1 023130. 3200
4、9年7月普光2 7 38215. S2009年10月罗家寨797150. 1未投产渡口河359HZ. 8未投产铁山坡371204. 1未投产兀坝1顽71. 1术投产2.高含硫气藏划分标）隹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 卧63井，其H2S含量419.490g/m3），对H2S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含硫化氢气藏分类气藏分类m低含硫中含疏局含疏特局含疏硫化,标准气藏气藏气藏气藏气腐气藏th S含量也3 0
5、.020.02含量 5 05含量303K含量150 15K.含量770&S含量/%0.001 30.001 K含量0.3 0.3含量22含量10lKf50参照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、 嘉陵江。气井腐蚀流体含量较高，其中H2S含量34.62491.490 g /m3 ,CO2含量0.145 222.10 g / m3。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
6、、毒性大、事故后果严重等难点。1. 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。2. 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，高含硫气田需要更
7、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。3. 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。4. 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分
8、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。5. 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 现
9、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。沉积物体枳分放（小数）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
10、较高，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，HS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 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制度来保障高含硫气
11、井的正常开采和生产十分重要。（1）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H2S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H2S的含量，然后再对H2S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HS破坏。2（2）加强地企合作与联动，使周边群
12、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H2S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方政府单位的保驾护航。空气中HS浓度很高时可使
13、人2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。（3）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H2S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
14、采取相应措 施。2. 高含硫气田的安全措施（1）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。（2）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H2S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。（3）加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
15、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。（4）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。（5）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。（6）加强对脱硫回收硫磺技术的研究。目前，国内外处理H2S废气的方法很多， 依其弱酸性和强还原性进行脱硫可分为十法和湿法。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
