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(cè)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(kāi)采過(guò)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(huì)造成管線設(shè)備的腐蝕，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致氫脆、硫化物應(yīng)力開(kāi)裂，威脅平臺(tái)的安全生產(chǎn)，同時(shí)，硫化氫本身為一種劇毒氣體，極易造成人員中毒。因此，對(duì)原油中的硫化氫含量進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，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(duì)于確保平臺(tái)的安全運(yùn)營(yíng)、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(cè)

在原油開(kāi)采過(guò)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(wú)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(duì)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(dá)到一定程度后，還會(huì)造成管線設(shè)備的氫脆和硫化物應(yīng)力開(kāi)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(shí)，硫化氫氣體毒性僅次于氰化物，低濃度時(shí)便可對(duì)呼吸道及眼部造成刺激，高濃度時(shí)會(huì)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(dá)到1 000 ppm時(shí)，可導(dǎo)致人員瞬間死亡。不同硫化氫氣體體積分?jǐn)?shù)對(duì)人體的危害如表1所示。

1 項(xiàng)目概況

渤海某油田在原油開(kāi)采過(guò)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(jìn)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(kāi)展了該油田的硫化氫檢測(cè)工作。

表1 不同硫化氫氣體體積分?jǐn)?shù)對(duì)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(wú)能夠進(jìn)行氣體液體同時(shí)取樣的裝置。同時(shí)，考慮到取樣時(shí)現(xiàn)場(chǎng)帶壓，氣體、液體中均含有硫化氫，取樣時(shí)如何進(jìn)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(chǎng)的合適的硫化氫檢測(cè)方法成為該項(xiàng)目實(shí)施的關(guān)鍵。

2 方案設(shè)計(jì)

針對(duì)以上情況可知，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)各井口原油伴生氣中硫化氫檢測(cè)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(shí)，為保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，防止由于取樣袋對(duì)硫化氫氣體吸附造成的誤差，硫化氫檢測(cè)工作需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。

若想解決上述問(wèn)題，必須實(shí)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(guò)程中，原油中的氣體會(huì)從原油中逸出，而在重力作用下，氣體和液體又會(huì)自動(dòng)分離。因此，若想得到所需檢測(cè)的氣體，需制作一個(gè)裝置將原油伴生氣降至常壓。

目前，用于硫化氫檢測(cè)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(cè)定、亞甲基藍(lán)測(cè)定法、離子色譜法、快速檢測(cè)管法、醋酸鉛試紙法、硫化氫報(bào)警法、硫化氫現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀法等[3-4]。通過(guò)對(duì)比不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)，我們最終決定選用硫化氫快速檢測(cè)管法進(jìn)行此次檢測(cè)，并將此次原油伴生氣硫化氫檢測(cè)的實(shí)施流程設(shè)計(jì)如圖1。

圖1 H2S監(jiān)測(cè)裝置連接示意圖

首先，原油伴生氣進(jìn)入緩沖減壓罐，降低流速，同時(shí)，由于壓力驟降至常壓，原油內(nèi)的硫化氫氣體泄放出來(lái)與之前原油伴生氣中的氣體混合，從而得到需要測(cè)量的氣體。持續(xù)放樣若干分鐘，待所測(cè)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?cè)趯?shí)驗(yàn)室按照上述流程進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)證明，上述試驗(yàn)基本能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)需求，但存在以下幾個(gè)問(wèn)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(shí)生活中，單憑家長(zhǎng)的力量確實(shí)難以協(xié)調(diào)生活、工作與家園共育活動(dòng)之間在時(shí)間上的沖突，政府、幼兒園、企業(yè)應(yīng)該為家長(zhǎng)參與家園共育創(chuàng)造更多的機(jī)會(huì)。政府可以牽頭成立專門(mén)的家庭教育指導(dǎo)機(jī)構(gòu)、家長(zhǎng)學(xué)?；蛏鐓^(qū)協(xié)作機(jī)構(gòu)，組織家長(zhǎng)學(xué)習(xí)幼兒教育有關(guān)知識(shí)。幼兒園可以將家長(zhǎng)會(huì)、家訪、親子活動(dòng)等家園共育活動(dòng)安排在節(jié)假日、雙休日，方便家長(zhǎng)參與。家長(zhǎng)所在工作單位要在充分理解家長(zhǎng)處境的基礎(chǔ)上，建立規(guī)范的請(qǐng)假制度，允許家長(zhǎng)請(qǐng)假參與家園共育活動(dòng)，以提高家長(zhǎng)家園共育活動(dòng)的參與率。

②經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同壓力、不同硫化氫濃度、不同溫度都會(huì)對(duì)氣體的置換時(shí)間產(chǎn)生影響

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

經(jīng)過(guò)反復(fù)論證試驗(yàn)，我方最終將現(xiàn)場(chǎng)的硫化氫檢測(cè)裝置設(shè)置如圖2所示：

圖2 H2S現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置

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

3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

經(jīng)過(guò)與業(yè)主溝通，我方按照以下步驟對(duì)現(xiàn)場(chǎng)井口區(qū)原油伴生氣的硫化氫含量進(jìn)行了檢測(cè)，具體步驟如下：

3.1 作業(yè)前準(zhǔn)備

檢測(cè)人員在開(kāi)展海上設(shè)施的硫化氫監(jiān)測(cè)活動(dòng)前必須與設(shè)施監(jiān)督、HSE負(fù)責(zé)人充分溝通風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(cè)工作的工具、材料、設(shè)備、PPE和硫化氫探測(cè)器在現(xiàn)場(chǎng)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(guò)程中，應(yīng)注意穿戴橡膠手套，并及時(shí)進(jìn)行攪拌。打開(kāi)氫氧化鈉儲(chǔ)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(chǔ)罐中，并進(jìn)行密封。

3.3 連接入口軟管，進(jìn)行氣體取樣

硫化氫檢測(cè)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(cè)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)時(shí)間安排。連接現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)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(cè)

將兩端沒(méi)有切割的檢測(cè)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(duì)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(shí)，用手指拉住把柄慢慢放松。

打開(kāi)檢測(cè)點(diǎn)控制閥門(mén)和針形閥或減壓閥，關(guān)閉氣樣檢測(cè)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(gè)一個(gè)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(jìn)行置換，這一過(guò)程至少要持續(xù)3 min。

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

打開(kāi)氣樣檢測(cè)軟管處的蝴蝶夾，使氣流從檢測(cè)口流出。

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

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

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

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

如果氣體實(shí)際取樣量與檢測(cè)管指定取樣量一致，直接讀數(shù)即為檢測(cè)結(jié)果。如果實(shí)際取樣量與檢測(cè)管指定取樣量不一致，需要對(duì)讀數(shù)按照下式進(jìn)行修正：

每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)取樣檢測(cè)兩次，如果兩次檢測(cè)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(diǎn)H2S含量，計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值必須小于兩次檢測(cè)結(jié)果平均值的10%。

兩次檢測(cè)結(jié)果都要記錄下來(lái)，包括檢測(cè)管的規(guī)格、取氣量等。

3.5 廢氣處理

檢測(cè)完成后，將閥門(mén)調(diào)至通往NaOH溶液一路，進(jìn)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(shí)，打開(kāi)硫化氫檢測(cè)裝置的下部閥門(mén)，將廢液倒入廢液桶內(nèi)，并按平臺(tái)要求進(jìn)行處理。

3.7 廢棄檢測(cè)管處理

檢測(cè)完成后，將閥門(mén)調(diào)至通往NaOH溶液一路，進(jìn)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(cè)數(shù)據(jù)（表2）

表2 硫化氫檢測(cè)數(shù)據(jù)

4 建議

從以上數(shù)據(jù)可知，該平臺(tái)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(dá)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(cè)儀，同時(shí)，在各井口添加硫化氫標(biāo)志，并對(duì)硫化氫含量較高的井口進(jìn)行著重標(biāo)注，定期進(jìn)行硫化氫含量檢測(cè)工作[5]。此外，為進(jìn)一步確定硫化氫產(chǎn)生的原因，建議按照井口開(kāi)采的時(shí)間、井口深度、井口藥劑加注情況等方面開(kāi)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(yǔ)

此次硫化氫檢測(cè)工作的順利實(shí)施，填補(bǔ)了我國(guó)單井原油伴生氣硫化氫現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的空白。通過(guò)對(duì)平臺(tái)各單井原油伴生氣的監(jiān)測(cè)，可以有效的了解各井口硫化氫的分布，同時(shí)，通過(guò)對(duì)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(tái)的安全生產(chǎn)提供有效保障。

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

［2］周金堂,楊偉彪,趙安軍,周寶義. 井場(chǎng)硫化氫氣體檢測(cè)方法及防護(hù)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(cè)方法探討[J]. 油氣田環(huán)境保護(hù),2014,24(1):54-56.

［4］維麗,董煥平. 硫化氫濃度測(cè)定方法的比較和建議[J]. 檢驗(yàn)與測(cè)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(cè)和防護(hù)應(yīng)急程序[J]. 企業(yè)技術(shù)開(kāi)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(jí)工程師，2012年畢業(yè)于天津科技大學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)，研究方向：從事腐蝕防護(hù)技術(shù)工作。E-mail：chenzhd11@cnooc.com.cn。