陳振棟，解依琳，王東，高海賓，劉亮

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渤海某油田井口區(qū)原油伴生氣硫化氫含量檢測研究

陳振棟1，解依琳2，王東1，高海賓1，劉亮1

（1. 中海油（天津）管道工程技術(shù)有限公司，天津 300452； 2. 寰球技術(shù)（北京）有限公司, 北京 102200）

在原油開采過程中，往往含有較多雜質(zhì)，原油伴生氣中的硫化氫有毒氣體危害極大。硫化氫不僅會造成管線設(shè)備的腐蝕，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致氫脆、硫化物應(yīng)力開裂，威脅平臺的安全生產(chǎn)，同時，硫化氫本身為一種劇毒氣體，極易造成人員中毒。因此，對原油中的硫化氫含量進行定期監(jiān)測，掌握各井口原油伴生氣中的硫化氫含量，并據(jù)此制定有效的安全防范措施，對于確保平臺的安全運營、保證人員安全具有重要意義。

原油；伴生氣；硫化氫；腐蝕監(jiān)測

在原油開采過程中，往往含有較多雜質(zhì)，其中硫雜質(zhì)十分有害，尤其是硫化氫有毒氣體。硫化氫氣體具有無色、惡臭（臭雞蛋氣味）、劇毒、化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定等特性，極易對人和設(shè)備造成傷害[1]。硫化氫易溶于水，在潮濕環(huán)境中，極易造成管線設(shè)備的電化學(xué)腐蝕，當(dāng)濃度達到一定程度后，還會造成管線設(shè)備的氫脆和硫化物應(yīng)力開裂，從而導(dǎo)致井下管柱突然斷落、地面管匯和儀表爆裂等，引發(fā)井噴、火災(zāi)爆炸等事故。同時，硫化氫氣體毒性僅次于氰化物，低濃度時便可對呼吸道及眼部造成刺激，高濃度時會引發(fā)中樞神經(jīng)系統(tǒng)麻痹、人員窒息，造成永久損傷，當(dāng)濃度達到1 000 ppm時，可導(dǎo)致人員瞬間死亡。不同硫化氫氣體體積分?jǐn)?shù)對人體的危害如表1所示。

1 項目概況

渤海某油田在原油開采過程中，發(fā)現(xiàn)原油伴生氣中含有大量的硫化氫有毒氣體。為進一步了解該油田各井口原油伴生氣中的硫化氫含量，防止突發(fā)事故的發(fā)生，我方受業(yè)主委托開展了該油田的硫化氫檢測工作。

表1 不同硫化氫氣體體積分?jǐn)?shù)對人體的危害[2]

油田井口區(qū)一般為高壓，且為油氣混合狀態(tài)。目前，氣體取樣一般采用氣樣袋，液體則采用取樣桶，尚無能夠進行氣體液體同時取樣的裝置。同時，考慮到取樣時現(xiàn)場帶壓，氣體、液體中均含有硫化氫，取樣時如何進行泄壓且使液體中的硫化氫逸散到氣體及選擇適用于現(xiàn)場的合適的硫化氫檢測方法成為該項目實施的關(guān)鍵。

2 方案設(shè)計

針對以上情況可知，進行現(xiàn)場各井口原油伴生氣中硫化氫檢測工作的主要困難是在氣液混輸?shù)臓顟B(tài)下如何獲取各井口原油伴生氣樣品。同時，為保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，防止由于取樣袋對硫化氫氣體吸附造成的誤差，硫化氫檢測工作需要現(xiàn)場進行。

若想解決上述問題，必須實現(xiàn)原油伴生氣氣液分離、降壓、氣體混合等工作。因原油在泄壓過程中，原油中的氣體會從原油中逸出，而在重力作用下，氣體和液體又會自動分離。因此，若想得到所需檢測的氣體，需制作一個裝置將原油伴生氣降至常壓。

目前，用于硫化氫檢測的方法較多，主要包括：碘量法、電位滴定法、電導(dǎo)滴定法、硫酸銅溶液間接測定、亞甲基藍(lán)測定法、離子色譜法、快速檢測管法、醋酸鉛試紙法、硫化氫報警法、硫化氫現(xiàn)場檢測儀法等[3-4]。通過對比不同方法的優(yōu)缺點，我們最終決定選用硫化氫快速檢測管法進行此次檢測，并將此次原油伴生氣硫化氫檢測的實施流程設(shè)計如圖1。

圖1 H2S監(jiān)測裝置連接示意圖

首先，原油伴生氣進入緩沖減壓罐，降低流速，同時，由于壓力驟降至常壓，原油內(nèi)的硫化氫氣體泄放出來與之前原油伴生氣中的氣體混合，從而得到需要測量的氣體。持續(xù)放樣若干分鐘，待所測量的氣體將緩沖減壓罐內(nèi)的氣體置換完畢后，按照標(biāo)準(zhǔn)用手泵抽取規(guī)定量程的氣體，讀取讀數(shù)。

為此，我們在實驗室按照上述流程進行了模擬實驗，經(jīng)試驗證明，上述試驗基本能夠滿足現(xiàn)場需求，但存在以下幾個問題：

①由于從原油管道的取樣為油氣混合狀態(tài)，出現(xiàn)了緩沖減壓罐被液體充滿，但氣體仍未置換完畢的情況

在現(xiàn)實生活中，單憑家長的力量確實難以協(xié)調(diào)生活、工作與家園共育活動之間在時間上的沖突，政府、幼兒園、企業(yè)應(yīng)該為家長參與家園共育創(chuàng)造更多的機會。政府可以牽頭成立專門的家庭教育指導(dǎo)機構(gòu)、家長學(xué)?；蛏鐓^(qū)協(xié)作機構(gòu)，組織家長學(xué)習(xí)幼兒教育有關(guān)知識。幼兒園可以將家長會、家訪、親子活動等家園共育活動安排在節(jié)假日、雙休日，方便家長參與。家長所在工作單位要在充分理解家長處境的基礎(chǔ)上，建立規(guī)范的請假制度，允許家長請假參與家園共育活動，以提高家長家園共育活動的參與率。

②經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，不同壓力、不同硫化氫濃度、不同溫度都會對氣體的置換時間產(chǎn)生影響

③為進一步的促進氣液分離，進入緩沖減壓罐的管線應(yīng)使用彎曲管，并且尺寸不應(yīng)過小，以防止堵塞。

經(jīng)過反復(fù)論證試驗，我方最終將現(xiàn)場的硫化氫檢測裝置設(shè)置如圖2所示：

圖2 H2S現(xiàn)場監(jiān)測裝置

（1）移動小車;（2）軟管入口;（3）晃動扶手;（4）罐體;（5）罐體固定裝置;（6）排污閥;（7）液位計下閥門;（8）液位計;（9）壓力表;（10）氫氧化鈉儲罐;（11）液位計上閥門;（12）導(dǎo)向閥;（13）氣體測試軟管; （14）墊圈（15）;密封裝置

3 現(xiàn)場檢測

經(jīng)過與業(yè)主溝通，我方按照以下步驟對現(xiàn)場井口區(qū)原油伴生氣的硫化氫含量進行了檢測，具體步驟如下：

3.1 作業(yè)前準(zhǔn)備

檢測人員在開展海上設(shè)施的硫化氫監(jiān)測活動前必須與設(shè)施監(jiān)督、HSE負(fù)責(zé)人充分溝通風(fēng)險評估、工作安全分析，并獲得相關(guān)設(shè)備的工作許可；確保監(jiān)測工作的工具、材料、設(shè)備、PPE和硫化氫探測器在現(xiàn)場已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。

3.2 配備NaOH溶液

用蒸餾水、氫氧化鈉粉末等配備足量的氫氧化鈉溶液，配備過程中，應(yīng)注意穿戴橡膠手套，并及時進行攪拌。打開氫氧化鈉儲罐，用玻璃棒導(dǎo)流，將冷卻后的氫氧化鈉溶液倒入氫氧化鈉儲罐中，并進行密封。

3.3 連接入口軟管，進行氣體取樣

硫化氫檢測人員作業(yè)前聯(lián)系生產(chǎn)主管/生產(chǎn)工程師，確認(rèn)工作范圍、監(jiān)測點、監(jiān)測時間安排。連接現(xiàn)場監(jiān)測裝置，將針形閥或減壓閥與控制閥出口連接，針形閥或減壓閥出口與取樣瓶直接用盡可能短的軟管連接，取樣口出口與尾氣吸收裝置連接。

3.4 氣體檢測

將兩端沒有切割的檢測管插入安裝口橡膠管中，將末端容器的紅線與旋轉(zhuǎn)軸的紅線對合之后拉把手到盡頭，鎖住旋轉(zhuǎn)軸。

放置1 min后，將旋轉(zhuǎn)軸鎖解除，確認(rèn)旋轉(zhuǎn)軸是否回到原處，在真空狀態(tài)解除鎖扣時，用手指拉住把柄慢慢放松。

打開檢測點控制閥門和針形閥或減壓閥，關(guān)閉氣樣檢測軟管處的蝴蝶夾，調(diào)節(jié)氣速使氣流在尾氣吸收瓶中形成一個一個的氣泡連續(xù)冒出，將管線中積存的氣體和取樣瓶中的空氣進行置換，這一過程至少要持續(xù)3 min。

將檢測管兩端封口割開，按照檢測管上標(biāo)記的氣流方向?qū)z測管一段插入手泵，另一端插入氣體檢測口中。

打開氣樣檢測軟管處的蝴蝶夾，使氣流從檢測口流出。

拉動手泵拉桿至相應(yīng)檔位，使氣流從檢測管中穿過。檢測過程中要保證氣樣出口保持正壓，并且保證檢測管始終位于取樣瓶內(nèi)。

取樣檢測前首先要根據(jù)預(yù)估H2S含量選擇相近量程測試管進行預(yù)測試，以便選定合適量程的測試管進行正式檢測，如果檢測結(jié)果在檢測管量程一半以上則比較準(zhǔn)確。

利用選定量程的檢測管按照上述方法進行兩次重復(fù)測試，每次測試間隔3 min。

當(dāng)手泵指示器跳出，取樣結(jié)束時立即取下檢測管，按照檢測管標(biāo)記刻度讀數(shù)，如果是不均勻斑點，要讀取最大值和最小值，然后記錄平均值。

如果氣體實際取樣量與檢測管指定取樣量一致，直接讀數(shù)即為檢測結(jié)果。如果實際取樣量與檢測管指定取樣量不一致，需要對讀數(shù)按照下式進行修正：

每個檢測點取樣檢測兩次，如果兩次檢測結(jié)果在同一標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)，則該平均值記錄為該點H2S含量，計算的標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值必須小于兩次檢測結(jié)果平均值的10%。

兩次檢測結(jié)果都要記錄下來，包括檢測管的規(guī)格、取氣量等。

3.5 廢氣處理

檢測完成后，將閥門調(diào)至通往NaOH溶液一路，進行多余氣體的中和，直至NaOH溶液中不在產(chǎn)生氣泡，壓力表讀數(shù)為0。

3.6 廢液處理

NaOH溶液中不再產(chǎn)生氣泡，壓力表讀數(shù)為0時，打開硫化氫檢測裝置的下部閥門，將廢液倒入廢液桶內(nèi)，并按平臺要求進行處理。

3.7 廢棄檢測管處理

檢測完成后，將閥門調(diào)至通往NaOH溶液一路，進行多余氣體的中和，直至NaOH溶液中不在產(chǎn)生氣泡，壓力表讀數(shù)為0。

3.8 硫化氫檢測數(shù)據(jù)（表2）

表2 硫化氫檢測數(shù)據(jù)

4 建議

從以上數(shù)據(jù)可知，該平臺各井口硫化氫含量不盡相同，且硫化氫含量普遍較高（最高達10 000 ppm以上），為防止突發(fā)事變的發(fā)生，建議在井口安裝硫化氫監(jiān)測儀，同時，在各井口添加硫化氫標(biāo)志，并對硫化氫含量較高的井口進行著重標(biāo)注，定期進行硫化氫含量檢測工作[5]。此外，為進一步確定硫化氫產(chǎn)生的原因，建議按照井口開采的時間、井口深度、井口藥劑加注情況等方面開展研究，確定硫化氫產(chǎn)生的原因，并據(jù)此制定有效的硫化氫治理方案。

5 結(jié)束語

此次硫化氫檢測工作的順利實施，填補了我國單井原油伴生氣硫化氫現(xiàn)場檢測的空白。通過對平臺各單井原油伴生氣的監(jiān)測，可以有效的了解各井口硫化氫的分布，同時，通過對各井原油伴生氣硫化氫含量的分析，可以有效的確定硫化氫產(chǎn)生的原因，從而確定有效的解決方案，為平臺的安全生產(chǎn)提供有效保障。

［1］陳陽,趙向陽. 硫化氫氣體檢測方法及安全防范措施[J]. 油氣田環(huán)境保護,2011,21(01):44-46.

［2］周金堂,楊偉彪,趙安軍,周寶義. 井場硫化氫氣體檢測方法及防護措施[J]. 錄井技術(shù),2004,15(2):1-5.

［3］張桂瑞,陸慶,陳忱. 原油中硫化氫含量檢測方法探討[J]. 油氣田環(huán)境保護,2014,24(1):54-56.

［4］維麗,董煥平. 硫化氫濃度測定方法的比較和建議[J]. 檢驗與測試技術(shù),2010(1):42-44.

［5］崔文霞,王瑞娥. 含硫油氣井中的硫化氫氣體檢測和防護應(yīng)急程序[J]. 企業(yè)技術(shù)開發(fā),2010,29（1）:89-91.

Research on Detection of H2S Content in Oil-associated Gas at Wellhead Area in a Bohai Oil Field

1,2,1,1,1

（1. CNOOC (Tianjin) Pipeline Engineering Technology Co.,Ltd., Tianjin 300452, China; 2.Global Technology(Beijing) Co.,Ltd., Beijing 102200, China）

In the process of oil exploration, crude oil often contains many impurities. The H2S in oil-associated gas is very harmful. H2S can not only lead to pipeline corrosion, but also can cause hydrogen embrittlement susceptibility and sulfur stress corrosion cracking, which can threaten the safety of the platform. At the same time, H2S is most easy to cause poisoning as a toxic gas. So it’s important to monitor and master the H2S content of each wellhead to make effective safety precautions, which has a great significance to ensure the safety of the platform operation and people.

Crude oil; Associated gas; H2S; Corrosion detection

TE 133

A

1671-0460（2017）12-2535-03

2017-02-13

陳振棟（1989-），男，天津市人，初級工程師，2012年畢業(yè)于天津科技大學(xué)工業(yè)設(shè)計專業(yè)，研究方向：從事腐蝕防護技術(shù)工作。E-mail：chenzhd11@cnooc.com.cn。