蔣成銀，張 云，曹光榮，王志剛，劉 華，張 鵬

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，陜西西安 710018；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第六采氣廠，陜西西安 710018）

蘇里格氣田正逐步開(kāi)發(fā)下古含硫氣藏，由于下古集輸系統(tǒng)建設(shè)不完善，不抗硫上古管網(wǎng)不能接收下古含硫天然氣，導(dǎo)致下古天然氣氣井產(chǎn)能無(wú)法得到發(fā)揮。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，因此原因，蘇里格氣田每天約50×104m3天然氣無(wú)法生產(chǎn)。

近年來(lái)，三嗪類液體脫硫作為一種非再生型高效脫硫劑，在國(guó)外得到廣泛應(yīng)用，脫硫劑與天然氣接觸反應(yīng)脫硫取得較好的應(yīng)用效果[4，9]，同時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物無(wú)毒無(wú)害。長(zhǎng)慶氣田2018 年開(kāi)始在氣井井口開(kāi)展三嗪液體脫硫試驗(yàn)評(píng)價(jià)[1，5，6]。目前，單井井口三嗪液體脫硫劑加注工藝采用整體小型撬裝和管道內(nèi)部噴淋，均能較好脫除天然氣中硫化氫，恢復(fù)氣井生產(chǎn)[2，3]。

1 三嗪液體脫硫機(jī)理

三嗪類液體脫硫劑可溶于水，常溫常壓下呈無(wú)色或淡黃色、黏稠、無(wú)刺激性氣味，實(shí)驗(yàn)室瞬時(shí)脫硫率可達(dá)98%以上。三嗪化合物是一種大分子的活性劑，分子鏈上富含氮原子，與硫化氫中的硫離子發(fā)生親核取代反應(yīng)生成噻二嗪[4-8]。反應(yīng)產(chǎn)物噻二嗪易溶于水，無(wú)毒無(wú)害，符合常規(guī)采出水處理工藝要求。

三嗪與硫化氫反應(yīng)過(guò)程（見(jiàn)圖1），理論上1 mol 的三嗪可以吸收3 mol 的硫化氫，但實(shí)際上第三步反應(yīng)很難發(fā)生，故其反應(yīng)產(chǎn)物主要為噻二嗪化合物。

圖1 三嗪液體脫硫劑與硫化氫反應(yīng)機(jī)理圖

2 兩種脫硫裝置工藝簡(jiǎn)介

2.1 井口液體脫硫一體化集成裝置

2.1.1 裝置原理 井口液體脫硫一體化集成裝置安裝在井口高低壓緊急關(guān)斷閥與流量計(jì)之間，具有雙罐輪換運(yùn)行的功能，井口來(lái)天然氣經(jīng)過(guò)分離器分離出較小液滴，分離出的天然氣經(jīng)脫硫罐底部進(jìn)入，與罐內(nèi)的三嗪脫硫劑在填料層內(nèi)逆向充分接觸脫除硫化氫，除硫后的天然氣經(jīng)脫硫罐頂部捕霧絲網(wǎng)去除大于5 μm 的三嗪液滴后進(jìn)入下游管網(wǎng)。現(xiàn)場(chǎng)工藝流程（見(jiàn)圖2）[10]。

圖2 井口液體脫硫一體化集成裝置工藝流程圖

2.1.2 裝置安裝 井口液體脫硫一體化集成裝置工藝安裝（見(jiàn)圖3），裝置安裝在氣井井口，裝置連接口設(shè)置在井口高低壓緊急關(guān)斷閥與流量計(jì)之間，進(jìn)口與高低壓緊急關(guān)斷閥下游法蘭連接，出口與井口流量計(jì)上游法蘭連接。裝置放空管線安裝于最小風(fēng)頻的上風(fēng)向，距離裝置不小于10 m，高度應(yīng)高出10 m 范圍的平臺(tái)或建筑物頂2.0 m 以上，且可靠固定[10]。

圖3 井口液體脫硫一體化集成裝置工藝安裝示意圖

2.2 井口噴淋霧化脫硫裝置

2.2.1 裝置原理 井口噴淋霧化脫硫裝置安裝在井口，井口儲(chǔ)藥罐內(nèi)的脫硫劑經(jīng)過(guò)柱塞泵加壓后經(jīng)過(guò)安裝在天然氣生產(chǎn)管路上的霧化器進(jìn)行霧化，霧化后的脫硫劑與天然氣接觸發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到脫除天然氣中硫化氫的目的?，F(xiàn)場(chǎng)工藝流程（見(jiàn)圖4）。

圖4 井口噴淋霧化脫硫裝置工藝流程圖

2.2.2 裝置安裝 井口噴淋霧化脫硫裝置工藝安裝（見(jiàn)圖5），裝置霧化器安裝在井口8 號(hào)閥門與保護(hù)器之間，通過(guò)改造工字短節(jié)安裝高壓霧化器，霧化器與藥劑加注設(shè)備間加裝單向閥，配套藥劑加注設(shè)備固定安裝于井場(chǎng)5 m 外的空地。

圖5 井口噴淋霧化脫硫裝置工藝安裝示意圖

3 兩種脫硫裝置工藝對(duì)比

3.1 安裝方式及時(shí)間

兩種脫硫裝置在井口吊裝到位后均需動(dòng)火改造相關(guān)工藝管線，井口液體脫硫一體化集成裝置所需改造管線相對(duì)較多，改造時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)。兩種裝置安裝方式及時(shí)間對(duì)比（見(jiàn)表1）。

表1 兩種脫硫裝置安裝方式及安裝時(shí)間對(duì)比表

3.2 適用范圍

主要對(duì)比兩種裝置的適用氣井壓力、處理量、硫化氫含量等參數(shù)（見(jiàn)表2）。從表中可看出，井口噴淋霧化脫硫裝置的適用范圍相對(duì)更廣。

表2 兩種脫硫裝置參數(shù)對(duì)比表

3.3 藥劑更換周期

兩種脫硫裝置均有1～2 個(gè)儲(chǔ)存脫硫劑的罐，井口液體脫硫一體化集成裝置具有兩個(gè)脫硫罐，單罐可存儲(chǔ)1.2 m3脫硫劑，井口噴淋霧化脫硫裝置一般配備一個(gè)容積為4 m3的脫硫罐。井口噴淋霧化脫硫裝置理論計(jì)算的藥劑更換周期相對(duì)較長(zhǎng)（見(jiàn)表3）。

表3 兩種脫硫裝置理論藥劑更換周期對(duì)比表

3.4 自動(dòng)化程度

井口液體脫硫一體化集成裝置需人工檢測(cè)脫硫后天然氣中硫化氫含量，裝置全部為靜設(shè)備，可在摸清脫硫劑更換頻率后實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

井口噴淋霧化脫硫裝置采用風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)為柱塞泵供電，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)向管線內(nèi)加注脫硫劑，脫硫后天然氣中硫化氫含量也需人工檢測(cè)，理論上摸清藥劑加注周期后也可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

3.5 脫硫后產(chǎn)物排放

井口液體脫硫一體化集成裝置設(shè)有兩種脫硫劑廢液的排放方式，一種是隨天然氣進(jìn)入下游采氣管線，一種是現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)罐車?yán)\(yùn)或回收處理。

井口噴淋霧化脫硫裝置的脫硫劑廢液只能隨天然氣進(jìn)入下游管線。

4 試驗(yàn)效果評(píng)價(jià)

4.1 試驗(yàn)氣井選取

試驗(yàn)選取氣井為A 井，該井2018 年4 月23 日投產(chǎn)，5 月20 日檢測(cè)硫化氫含量高關(guān)停，該井井口硫化氫含量檢測(cè)情況（見(jiàn)表4）。從表中可以看出，該井硫化氫含量變化較大，最大差值達(dá)到1 200 mg/m3。

表4 氣井硫化氫含量檢測(cè)情況表

4.2 試驗(yàn)氣井生產(chǎn)情況

2018 年5 月31 日至2019 年12 月16 日通過(guò)井口安裝噴淋霧化脫硫裝置開(kāi)始脫硫生產(chǎn)，期間氣井日均產(chǎn)氣1.92×104m3，累計(jì)產(chǎn)氣384×104m3；2019 年1 月9 日至3 月6 日、2019 年6 月29 日至12 月15 日通過(guò)井口安裝液體脫硫一體化集成裝置脫硫生產(chǎn)，期間氣井日均產(chǎn)氣0.73×104m3，累計(jì)產(chǎn)氣144×104m3（見(jiàn)圖6）。

圖6 A 井脫硫生產(chǎn)曲線

4.3 裝置運(yùn)行效果

4.3.1 脫硫情況 兩種裝置占地面積小，均能適用于面積局限的單井井場(chǎng)，經(jīng)裝置處理后的天然氣中硫化氫含量均低于20 mg/m3，能較好的適用于地面工藝管線不抗硫的氣井恢復(fù)生產(chǎn)。

4.3.2 藥劑用量 兩種脫硫裝置均能在井場(chǎng)使用三嗪類液體脫除天然氣中硫化氫，其中噴淋霧化脫硫裝置累計(jì)運(yùn)行180 d，液體脫硫一體化集成裝置共計(jì)運(yùn)行195 d，兩種裝置藥劑用量及更換周期（見(jiàn)表5）。

表5 兩種脫硫裝置運(yùn)行期間藥劑消耗及更換周期表

4.3.3 設(shè)備故障情況 兩種脫硫裝置均能正常運(yùn)行，期間出現(xiàn)不同類型的故障影響氣井正常生產(chǎn)，故障類型及故障次數(shù)（見(jiàn)表6）。

表6 兩種裝置運(yùn)行故障情況及影響氣井生產(chǎn)時(shí)間情況對(duì)比表

5 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)兩種脫硫方式的應(yīng)用分析可知，兩種脫硫裝置均采用三嗪類液體脫硫劑脫除天然氣中的硫化氫，累計(jì)增產(chǎn)超過(guò)500×104m3，在裝置運(yùn)行期間氣井產(chǎn)能得以恢復(fù)，應(yīng)用效果良好。

（2）通過(guò)對(duì)兩種脫硫裝置的工藝對(duì)比分析可知，在井口安裝時(shí)均需對(duì)現(xiàn)有流程進(jìn)行改造，改造時(shí)間為2～5 d。噴淋霧化脫硫裝置能適應(yīng)更高硫化氫含量氣井的生產(chǎn)恢復(fù)，且同等條件下的理論上藥劑更換周期更長(zhǎng)。兩種裝置理論上均能實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，只需人工定期補(bǔ)充或更換藥劑。

（3）兩種裝置的自動(dòng)化程度較低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)硫化氫含量在線監(jiān)測(cè)，人員檢測(cè)時(shí)存在硫化氫中毒的風(fēng)險(xiǎn)。目前設(shè)備運(yùn)行故障主要存在于管線及液位計(jì)的堵塞方面，在一定程度上影響氣井產(chǎn)能發(fā)揮，建議進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高裝置自動(dòng)化程度、降低設(shè)備故障率、削減人員安全風(fēng)險(xiǎn)。

（4）通過(guò)在A 井的試驗(yàn)情況分析，在硫化氫含量低于2 000 mg/m3的氣井上，對(duì)比藥劑消耗量、實(shí)際更換周期及設(shè)備故障率，井口液體脫硫一體化集成裝置相對(duì)為更好的選擇。下步可提高設(shè)備材質(zhì)性能，適用于更高硫化氫含量的氣井輔助生產(chǎn)。