楊春宇 苗國晶 吳高平(大慶油田有限責任公司第九采油廠)
在A 區(qū)塊T1、T2 等油井中,檢測到硫化氫(H2S)質(zhì)量濃度最高達261 mg/m3(174×10-6),增加了生產(chǎn)及作業(yè)施工的風險。T3井壓裂后,下泵施工過程中因硫化氫中斷施工90 天。為了明確硫化氫產(chǎn)生的原因及條件,并消減施工風險,開展了井筒有毒有害氣體產(chǎn)生原因及防護措施研究。
硫化氫產(chǎn)生原因分為原生和次生兩種。原生成因包括原油伴生與巖漿活動[1-2]。原生硫化氫來源于巖漿活動使地殼深處的巖石熔融,其含量很大程度上取決于巖漿成分及氣體運移,氣象、基底斷裂等條件[3]。
根據(jù)目前國內(nèi)發(fā)現(xiàn)硫化氫油田情況,井筒次生硫化氫主要包括原油、硫酸鹽、含硫化合物熱化學反應和硫酸鹽還原菌(SRB)的還原反應4 種。根據(jù)A區(qū)塊地層溫度條件,結合返排液硫酸鹽還原菌超標特征,后兩種反應可能性較大[4-5]。
由水熱裂解實驗機理分析可知,硫化氫的生成包括:原油水熱裂解→重排→脫羰→一氧化碳(CO)→水氣轉(zhuǎn)換→產(chǎn)生氫氣→原油加氫脫硫→產(chǎn)生硫化氫,硫化氫生成條件相對難些,只能在生成一氧化碳的前提下產(chǎn)生。
1)對A 區(qū)塊的產(chǎn)出液中原油進行熱裂解實驗,明確是否產(chǎn)生硫化氫、一氧化碳,以及產(chǎn)生的條件。對T9 井的采出液進行脫水,對脫水原油進行高溫(110 ℃)裂解,在6 h后檢測出一氧化碳。
2)對檢測出硫化氫和一氧化碳的T3井進行裂解,裂解原油+水+改性瓜膠。實驗結果顯示,在1 h、120 ℃以上的條件下能產(chǎn)生一氧化碳,原油+壓裂液熱裂解實驗統(tǒng)計見表1。
表1 原油+壓裂液熱裂解實驗統(tǒng)計
3)對T3井原油+壓裂液清水(B)+滑溜水+締合壓裂液+過硫酸鉀+亞硫酸鈉進行裂解?;旌弦涸?0 ℃時就開始產(chǎn)生大量一氧化碳,在140 ℃時開始產(chǎn)生一定量的硫化氫,壓裂液混合液裂解實驗結果統(tǒng)計見表2。將進一步細化實驗條件,找出硫化氫更具體的產(chǎn)生原因及硫的來源。
4)為找出硫化氫的生成來源及生成條件,排除其他因素對實驗的影響,僅對T3井原油+過硫酸鉀+亞硫酸鈉在110 ℃條件下進行裂解。結果顯示,混合液在110 ℃、48 h的條件下產(chǎn)生了一氧化碳,在120 ℃、24 h的條件下產(chǎn)生了硫化氫。將T3井原油+過硫酸鉀或+亞硫酸鈉在100~110 ℃下條件下進行裂解。結果顯示,加過硫酸鉀或加亞硫酸鈉都能在105 ℃下均產(chǎn)生硫化氫,見表3、表4。統(tǒng)計A 區(qū)塊地層底界溫度為103~112 ℃,存在產(chǎn)生硫化氫的溫度及物質(zhì)。
表2 壓裂液混合液裂解實驗結果統(tǒng)計
表3 過硫酸鉀(2 g)+原油裂解結果統(tǒng)計
表4 亞硫酸鈉(2 g)+原油裂解結果統(tǒng)計
利用原油與水源井中少量硫酸鹽還原菌反應,觀察2周未檢測到硫化氫。對不同類別的油井產(chǎn)出液進行檢測,發(fā)現(xiàn)均含有硫酸鹽還原菌;對產(chǎn)出液水樣進行硫酸鹽還原菌檢測(表5)發(fā)現(xiàn),縫網(wǎng)壓裂配液池中硫酸鹽還原菌較多,壓裂水源硫酸鹽還原菌化驗結果見表6,但都未達到較高數(shù)值。目前調(diào)研硫酸鹽還原菌達到106個/mL,初步分析硫酸鹽還原菌不是A區(qū)塊大量產(chǎn)生硫化氫的主要原因[6]。
表5 產(chǎn)出液水樣硫酸鹽還原菌檢測情況
表6 壓裂水源硫酸鹽還原菌化驗結果
以中斷硫源及破壞硫化氫產(chǎn)生條件入手,從預防、保障、消減措施三方面,優(yōu)化工藝,消減硫化氫,提高現(xiàn)場施工的安全可靠性[7-9]。
1)硫化氫消減措施。依據(jù)硫化氫易溶于水(溶解度為3.6 g/L)、呈酸性的特性開展室內(nèi)實驗,綜合考慮施工成本等因素,給出了清水洗井、添加氫氧化鈉溶液洗井等措施,井口采用防爆風機強制擴散,保障施工中作業(yè)人員安全。表7為硫化氫室內(nèi)消減措施實驗統(tǒng)計。
表7 硫化氫室內(nèi)消減措施實驗統(tǒng)計
表8 硫化氫風險井管理措施
2)優(yōu)化施工方案。共提升管理、優(yōu)化工程方案339 井次,現(xiàn)場施工320 井次,通過清水洗井、防爆風機強制擴散等的方式均實現(xiàn)安全施工。表8為硫化氫風險井管理措施。
1)硫化氫的生成一定與壓裂液中的破膠劑(含硫)有關,初步分析產(chǎn)生的臨界溫度為105 ℃。
2)硫酸鹽還原菌的還原反應,由于其含量較少,不是A區(qū)塊產(chǎn)生硫化氫的主要原因。
3)通過優(yōu)化工程方案、采用清水洗井等措施,能夠?qū)崿F(xiàn)安全施工的目的。