袁本福

（ 中國石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，河南鄭州 450006 ）

大牛地氣田下古生界碳酸鹽巖儲層，面積997 km2，儲量305×108m3，是大牛地氣田產(chǎn)能建設(shè)的重要接替儲層，具有較好的開發(fā)前景[1–4]。目前共投產(chǎn)90口井，由于地質(zhì)原因，部分氣井含一定濃度的H2S氣體，目前，檢測出含有H2S的氣井52口，含硫井占57.8%。52口含硫井中，H2S體積分數(shù)超過13（國家二類氣外輸標準）的氣井占48%，共25口；H2S體積分數(shù)13～100的有12口，體積分數(shù)大于100的有13口。由于大牛地氣田下古生界氣藏含硫特征具有井位分散、H2S濃度整體低微、產(chǎn)出規(guī)律不明確的特點，若進行地面裝置集中脫硫，需要一次性投入很高的成本，投資風(fēng)險較大。因此，本文通過建立相關(guān)評價模型，對五種液體除硫劑在大牛地氣田下古生界試驗效果進行客觀分析與評價，擇優(yōu)而選，進而全面推廣應(yīng)用，為釋放含硫氣井產(chǎn)能，實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益最大化提供技術(shù)支撐。

1 井筒除硫技術(shù)

目前，國內(nèi)外脫除H2S的方法主要可分為物理法、化學(xué)法和生物法等，其中，化學(xué)法在含H2S油氣藏脫硫應(yīng)用最為廣泛[5]。川西、普光、長慶等高含硫氣藏，均采用地面集中濕法/干法脫硫，實現(xiàn)了高含硫氣藏效益開發(fā)[6–7]。井筒除硫技術(shù)是通過向井筒內(nèi)泵入液體除硫劑實現(xiàn)降低H2S濃度的一種簡單、實用、經(jīng)濟的工藝技術(shù)，屬于化學(xué)方法除硫范疇。液體除硫劑是一種由主劑、促吸劑、催化劑等多種單劑復(fù)配后的化學(xué)藥劑，通過化學(xué)反應(yīng)將H2S中的H原子置換成C原子，把H–S鍵轉(zhuǎn)化為C–S鍵，使S元素以無毒、穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)存在，從而降低含H2S天然氣的毒性和對管材設(shè)備的腐蝕危害[1]。

目前，市場中生產(chǎn)的液體除硫劑主要包括均三嗪類、醇胺類、堿溶液類等，不同液體除硫劑的除硫能力、價格等也參差不齊，如何針對不同的除硫劑進行優(yōu)選評價，進而推廣應(yīng)用，需要開展現(xiàn)場試驗對比分析。為此，本文根據(jù)不同除硫劑的性能參數(shù)以及試驗氣井的特點進行加注量設(shè)計和加注制度的制定。

1.1 除硫劑加注量設(shè)計

除硫能力是表征除硫劑脫除H2S的一個重要指標，即每消耗1kg的除硫劑，可以除去H2S的量。因此，以除硫能力為主要變量，結(jié)合氣井試驗前的日均產(chǎn)氣量和檢測的H2S濃度，可以計算出每一種除硫劑的設(shè)計加注量，見公式（1）所示：

式中：V為除硫劑加量，L；1Q為試驗前日均產(chǎn)氣量，m3；xV為試驗前平均H2S體積分數(shù)，10–6；1ρ為H2S標況下密度，1 518 g/m3；2ρ為除硫劑密度，g/cm3；C為除硫能力，g/L。

1.2 除硫劑加注制度

為了得到不同除硫劑在同一口含硫氣井上的除硫效果，采用統(tǒng)一的加注方式和加注周期。同時，為了盡量降低不同除硫劑之間因試驗前后順序不同而相互干擾，每種除硫劑試驗后，設(shè)定10 d的空白期，使含硫天然氣盡可能地消耗殘余除硫劑和恢復(fù)到試驗前的硫化氫濃度范圍。

首先，井口油管一次性加注每日設(shè)計用量，關(guān)井2 h后開井生產(chǎn)。在集輸站單井管線入口壓力表考克處，通過安裝在線式硫化氫檢測儀，把H2S檢測數(shù)據(jù)實時傳送到值班房，實現(xiàn)對井筒除硫后H2S濃度的安全監(jiān)測與動態(tài)評價[8–9]。

其次，加注制度分為三個周期。第1～2 d為第一周期，加注量為理論設(shè)計量的3倍，加水最小稀釋比例1∶3，最大稀釋比例1∶5；第3～5 d為第二周期，加注量以理論設(shè)計量為基礎(chǔ)，結(jié)合第一周期試驗效果，可進行±50%調(diào)整，加水稀釋比例最大1∶3；第6～10 d為第三周期，加注量可根據(jù)第二周期試驗效果進行±20%調(diào)整，并保持加注量不變至結(jié)束，加水稀釋比例最大1∶3。

2 評價指標

井筒除硫現(xiàn)場試驗主要從除硫劑配伍性、除硫能力、經(jīng)濟性三個指標進行評價，從而優(yōu)選出性價比最優(yōu)的除硫劑，進行進一步推廣應(yīng)用。

2.1 配伍性評價指標

室內(nèi)配伍性實驗是分別將甲醇、泡排劑、地層水與除硫劑按1∶1比例混合，靜置4 h后觀察是否互溶或者是否產(chǎn)生絮凝物沉淀等現(xiàn)象，若產(chǎn)生絮凝物沉淀，可能會對氣井長期穩(wěn)定生產(chǎn)帶來不利影響，則不考慮進行推廣應(yīng)用。

2.2 除硫能力評價指標

為了對不同除硫劑現(xiàn)場實際應(yīng)用效果做客觀地評價，并獲取與含硫氣井實際工況更為符合的除硫能力，根據(jù)試驗前和試驗期間氣井平均日產(chǎn)氣量、平均H2S體積分數(shù)、除硫劑加量以及試驗天數(shù)，建立現(xiàn)場試驗工況下的除硫能力計算模型，見公式（2）。

式中：C′為除硫能力，g/L；1Q為試驗前日均產(chǎn)氣量，m3；xV為試驗前平均H2S體積分數(shù)，10–6；1Q′為試驗期間日均產(chǎn)氣量，m3；xV′為試驗期間平均H2S體積分數(shù)，10–6；1ρ為H2S標況下密度，1 518g/m3；d為試驗時間，d；V為除硫劑加量，L。

2.3 經(jīng)濟性評價指標

為了優(yōu)選評價出經(jīng)濟、有效的除硫劑，依據(jù)不同除硫劑價格，結(jié)合現(xiàn)場試驗除硫劑加注量、氣井日均產(chǎn)氣量、試驗天數(shù)等參數(shù)建立了經(jīng)濟性計算模型，見公式（3）。

式中：P為成本，元/m3；V為除硫劑加量，L；2ρ為除硫劑密度，g/cm3；T為除硫劑價格，元/t；1Q′為試驗期間日均產(chǎn)氣量，cm3；d為試驗時間，d。

3 試驗效果評價

優(yōu)選XG3為試驗井，該井試驗前空白期日均產(chǎn)氣量47 254 m3/d，H2S平均體積分數(shù)64.86×10–6，計算得出日潛硫量為4 652 g。對五種除硫劑進行了現(xiàn)場井筒除硫試驗，試驗天數(shù)均為10 d，試驗前空白天數(shù)均為10 d，依據(jù)建立的評價指標模型和試驗數(shù)據(jù)得到客觀的評價結(jié)果。

3.1 配伍性評價結(jié)果

通過室內(nèi)15組配伍性實驗得出，B與C除硫劑與不同藥劑及地層水的配伍性完全達標（圖1、圖2），A除硫劑與地層水混合后發(fā)生了絮狀物沉淀，D、E三種除硫劑與地層水混合后均發(fā)生了顏色變化，但未產(chǎn)生絮狀物沉淀，詳細實驗結(jié)果如表1所示。

圖1 除硫劑B與不同藥劑及地層水配伍性

圖2 除硫劑C與不同藥劑及地層水配伍性

表1 不同除硫劑配伍性實驗結(jié)果

3.2 除硫能力評價結(jié)果

依據(jù)除硫能力計算模型公式（2），結(jié)合試驗數(shù)據(jù)，分別對現(xiàn)場試驗的五種除硫劑進行了評價，根據(jù)計算結(jié)果可知，B除硫劑的除硫能力最高（表2），與除硫能力偏差值也最小。除硫能力偏差值反映除硫劑廠家提供的室內(nèi)理論值與現(xiàn)場實際井況試驗值之間的偏差百分比，該值越小，越能真實地反映除硫劑的除硫效果，說明除硫劑設(shè)計加注量更合理。

表2 試驗期間不同除硫劑除硫能力評價結(jié)果

3.3 經(jīng)濟性評價結(jié)果

依據(jù)經(jīng)濟性評價模型公式（3），結(jié)合試驗數(shù)據(jù)，分別對現(xiàn)場試驗的五種除硫劑進行經(jīng)濟性評價，根據(jù)計算結(jié)果可知：每立方米氣成本和每克硫成本從小到大排序為：B＜C＜E＜D＜A。具體數(shù)據(jù)見表3，其中B除硫劑的每立方米氣成本最低，經(jīng)濟性最好。

表3 試驗期間不同除硫劑除硫成本評價

3.4 推廣應(yīng)用效果

通過2019年對五種除硫劑進行現(xiàn)場試驗與評價，綜合試驗期間配伍性評價、除硫能力評價、經(jīng)濟性評價三個重要指標，優(yōu)選出性價比最優(yōu)的B型除硫劑（圖3）。針對H2S體積分數(shù)小于100的含硫氣井，在2020年全面推廣應(yīng)用12口井，其中2口井加注一個月后，H2S體積分數(shù)至今一直為0；3口井加注三個月后，H2S體積分數(shù)一直維持在國家二類氣外輸標準以下；剩余7口井持續(xù)進行井筒除硫，產(chǎn)出H2S體積分數(shù)也控制在國家二類氣外輸標準以下，取得了較好的除硫效果。期間，通過優(yōu)化藥劑加注量和制度，除硫綜合成本為0.049元/m3（除硫劑成本按照26 000元/t購買，每立方米氣按照1.168元銷售，計算產(chǎn)出氣凈收益2 973萬元，見表4）。

圖3 五種除硫劑試驗效果跟蹤

表4 推廣應(yīng)用階段效果分析

針對H2S體積分數(shù)小于100的含硫氣井，推廣應(yīng)用階段，有5口井在一定時間內(nèi)加注除硫劑后產(chǎn)出氣不再含H2S或體積分數(shù)小于13，也進一步說明部分氣井產(chǎn)出的硫化氫為次生，采用集中建站的脫硫工藝并不適用，且存在較大的經(jīng)濟風(fēng)險；另外7口井除硫效果顯著，綜合成本較低，具有盈利空間。綜合來看，井筒除硫技術(shù)在大牛地氣田下古生界低微含硫氣井的應(yīng)用效果較好。

4 結(jié)論

（1）通過建立除硫能力評價和除硫成本評價模型，結(jié)合現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)和配伍性實驗結(jié)果可對五種除硫劑進行客觀地評價并優(yōu)選。

（2）通過優(yōu)選出性價比最優(yōu)的除硫劑B，并推廣應(yīng)用，綜合除硫成本為0.049元/m3，2020年凈收益2 973萬元，具有可觀的經(jīng)濟效益，實現(xiàn)了大牛地氣田低微含硫氣井產(chǎn)能有效釋放。

（3）根據(jù)大牛地氣田下古生界含硫氣井井位分散、低微含硫、硫化氫產(chǎn)出不規(guī)律的特點，形成了特色的經(jīng)濟、有效井筒除硫技術(shù)，規(guī)避了地面集中脫硫一次性大額投資的風(fēng)險，對國內(nèi)類似特征的氣田具有一定的參考意義。