鉆井硫化氫防護(hù)

1、第一章硫化氫的來(lái)源及濃度概念第一節(jié)硫化氫的來(lái)源硫化氫（H2S）是硫和氫結(jié)合而成的氣體。硫化氫都存在于動(dòng)植物的機(jī)體中，在高溫、高壓及細(xì)菌作用下，經(jīng)分解可產(chǎn)生硫化氫。在天然氣生產(chǎn)、高含硫原油生產(chǎn)中經(jīng)常能遇到硫化氫。油氣井中的硫化氫主要來(lái)源于以下四個(gè)方面：（1）熱作用于油氣層時(shí)，油氣中的有機(jī)硫化物分解，產(chǎn)生出硫化氫。（2）石油中的烴類、有機(jī)質(zhì)與儲(chǔ)集層水中的硫酸鹽經(jīng)高溫還原作用而產(chǎn)生硫化氫。（3）通過地層裂縫等通道，下部地層中硫酸鹽層的硫化氫上竄而來(lái)。在非熱區(qū)，因底水運(yùn)移，將含硫化氫的地層水推入生產(chǎn)井中。（4）油氣井鉆井作業(yè)中，鉆井液的某些處理劑在高溫作用下發(fā)生熱分解以及鉆井液中細(xì)菌的作用都可能產(chǎn)生硫

2、化氫。含硫化氫油氣田在區(qū)域分布上，多存在于碳酸鹽巖一蒸發(fā)巖地層中，其含量隨地層埋深增加而增大。第二節(jié)硫化氫濃度概念一、硫化氫濃度單位描述某種流體中的硫化氫濃度有以下三種方式。（一）體積分?jǐn)?shù)指硫化氫在某種流體中的體積比，單位為或皿1/皿3,現(xiàn)場(chǎng)所用硫化氫監(jiān)測(cè)儀器通常采用的單位是ppm，1ppm=1ml/m3。（二）質(zhì)量濃度指硫化氫在lm3流體中的質(zhì)量，常用mg/m3或g/m3表示，該單位為我國(guó)的法定計(jì)量單位。（三）硫化氫分壓指在相同溫度下，一定體積天然氣中所含硫化氫單獨(dú)占有該體積時(shí)所具有的壓力。二、單位之間的換算關(guān)系l%=l44l4mg/m3lppm=l.44l4mg/m3硫化氫分壓=硫化氫體積

3、分?jǐn)?shù)（%）*總壓力三、幾個(gè)重要的概念（一）含硫化氫天然氣指天然氣的總壓等于或大于0.4Mpa（60psi），而且該天然氣中硫化氫分壓等于或大于0.0003Mpa；或硫化氫含量大于75mg/m3（50ppm）的天然氣。（二）酸性天然氣油系統(tǒng)含硫化氫天然氣一油系統(tǒng)是否屬于酸性天然氣油系統(tǒng)按有關(guān)條件劃分。（1）當(dāng)天然氣與油之比大于1000m3/t時(shí)，按含硫化氫天然氣條件劃分。（2）當(dāng)天然氣與油之比小于1000m3/t時(shí)若系統(tǒng)的總壓力大于1.8Mpa，則按含硫化氫天然氣的條件劃分。若系統(tǒng)的總壓力等于或小于1.8Mpa，天然氣中硫化氫分壓大于0.07Mpa或硫化氫體積分?jǐn)?shù)大于15%時(shí)，則為酸性天然氣油系

4、統(tǒng)。（三）閾限值閾限值指幾乎所有工作人員長(zhǎng)期暴露都不會(huì)產(chǎn)生不利影響的某種有毒物質(zhì)在空氣中的最大濃度。硫化氫的閾限值為15mg/m3（10ppm）,二氧化硫的閾限值為5.4mg/m3（2ppm）。閾限值為硫化氫檢測(cè)的一級(jí)報(bào)警值。安全臨界濃度安全臨界濃度是指工作人員在露天安全工作8h可接受的最高濃度。硫化氫的安全臨界濃度為30mg/m3(20ppm)，此濃度為硫化氫檢測(cè)的二級(jí)報(bào)警值。危險(xiǎn)臨界濃度達(dá)到危險(xiǎn)臨界濃度時(shí)，對(duì)生命和健康會(huì)產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的或延遲性的影響。硫化氫的危險(xiǎn)臨界濃度為150mg/m3(100ppm)，此濃度為硫化氫檢測(cè)的三級(jí)報(bào)警值。第二章硫化氫的物理化學(xué)性質(zhì)及對(duì)人體的危害第一節(jié)硫化氫的

5、物理化學(xué)性質(zhì)硫化氫是一種無(wú)色、有臭雞蛋味、劇毒、可燃和具有爆炸性的氣體，其主要的物理化學(xué)性質(zhì)如下：一種無(wú)色氣體，沸點(diǎn)為-60.2C(-76.4F)。在0.34.6ppm的低濃度時(shí)，可聞到臭雞蛋味；當(dāng)濃度高于4.6ppm時(shí)，人的嗅覺迅速鈍化而感覺不出它的存在，因此氣味不能用作警示措施。毒性較一氧化碳大56倍，幾乎與氰化氫的毒性相同。燃點(diǎn)為260C(500F),燃燒時(shí)呈藍(lán)色火焰，產(chǎn)生有毒的二氧化硫，危害人的眼睛和肺部。在15C(59F)、0.10133Mpa(latm)下相對(duì)密度為1.189,比空氣略重，極易在低洼處聚集。其與空氣混合濃度達(dá)4.3%-46%時(shí)將形成一種爆炸混合物。易溶于水和油，在2

6、0C、1個(gè)大氣壓下，1體積的水可溶解2.9體積的硫化氫。溶解度隨溶液溫度升高而降低。含硫化氫的水溶液對(duì)金屬具有強(qiáng)烈的腐蝕作用。第二節(jié)硫化氫對(duì)人體的危害一、危害的生理過程硫化氫只有進(jìn)入人體并與人體的新陳代謝發(fā)生作用后，才會(huì)對(duì)人體造成傷害。硫化氫侵入人體的途徑有三條：(1)通過呼吸道吸入；(2)通過皮膚吸收；(3)通過消化道吸收。硫化氫主要通過人的呼吸器官對(duì)人產(chǎn)生傷害，只有少量經(jīng)過皮膚和胃進(jìn)入人的肌體。吸入的硫化氫大部分滯留在呼吸道里。硫化氫與呼吸道粘膜的表面接觸時(shí)與堿反應(yīng)生成Na2S,Na2S具有刺激和腐蝕作用。但硫化氫對(duì)人體的危害主要在于對(duì)肌體總的危害上。硫化氫是一種神經(jīng)毒劑，亦為窒息性和刺激

7、性氣體，可與人體內(nèi)部某些酶發(fā)生作用，抑制細(xì)胞呼吸，造成組織缺氧。硫化氫進(jìn)入人體，將與血液中的溶解氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)硫化氫濃度極低時(shí)，它將被氧化，會(huì)壓迫中樞神經(jīng)系統(tǒng)，對(duì)人體威脅不大；中等濃度硫化氫會(huì)刺激神經(jīng)；而硫化氫濃度較高時(shí)，將奪去血液中的氧，會(huì)引起神經(jīng)麻痹，使人體器官缺氧，造成人中毒，甚至死亡。硫化氫對(duì)血液的氧化作用最初表現(xiàn)為紅血球數(shù)量升高然后下降，血紅蛋白的會(huì)計(jì)師下降，血液的凝固性和粘度上升。硫化氫中毒時(shí)，人體血紅蛋白對(duì)氧氣的呼吸能力將大幅下降，致使血液中氧氣的飽和能力降低。硫化氫被吸入人體，通過呼吸道，經(jīng)肺部，由血液運(yùn)送到人體各個(gè)器官。首先刺激呼吸道，使嗅覺鈍化，引發(fā)咳嗽，嚴(yán)重時(shí)呼吸道被

8、灼傷；接著眼睛被刺痛，嚴(yán)重時(shí)將失明；刺激神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致頭暈，喪失平衡，呼吸困難，心臟跳動(dòng)加速，嚴(yán)重時(shí)心臟缺氧導(dǎo)致死亡。硫化氫中毒發(fā)病機(jī)理：（1）血液中高濃度硫化氫可直接刺激頸動(dòng)脈竇和主動(dòng)脈區(qū)的化學(xué)感受器，導(dǎo)致反射性呼吸抑制。（2）硫化氫可直接作用于腦，低濃度時(shí)起興奮作用；高濃度時(shí)起抑制作用，引起呼吸中樞和血管運(yùn)動(dòng)中樞麻痹。（3）硫化氫引起呼吸暫停、肺水腫以及血氧含量降低，可致繼發(fā)性缺氧，從而導(dǎo)致中毒人員發(fā)生多器官功能衰竭。（4）硫化氫遇到眼睛和呼吸道粘膜表面的水分后分解，對(duì)粘膜有強(qiáng)刺激和腐蝕作用，引起不同程度的化學(xué)性炎癥反應(yīng)。對(duì)組織損傷最重，易引起肺水腫。（5）硫化氫可使冠狀血管痙攣、心肌缺血

9、、水腫、炎性浸潤(rùn)及心肌細(xì)胞內(nèi)氧化，造成心肌損害。二、中毒癥狀（一）慢性中毒人體暴露在低濃度硫化氫環(huán)境（如50-100ppm）下，將會(huì)慢性中毒，癥狀是：頭痛、暈眩、興奮、惡心、口干、昏睡、眼睛劇痛、連續(xù)咳嗽、胸悶及皮膚過敏等。長(zhǎng)時(shí)間在低濃度硫化氫環(huán)境下工作，也可能造成人員窒息死亡。長(zhǎng)期與低濃度硫化氫接觸，常出現(xiàn)神經(jīng)衰弱綜合癥和植物神經(jīng)功能紊亂。硫化氫主要作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)，亦可伴有心臟等多器官損害。（二）急性中毒吸入高濃度的硫化氫氣體會(huì)導(dǎo)致氣喘，臉色蒼白，肌內(nèi)痙攣；當(dāng)硫化氫濃度大于700ppm時(shí)，人很快失去知覺，幾秒鐘后就會(huì)窒息，心臟停止工作，如果未及時(shí)搶救，會(huì)迅速死亡。而當(dāng)硫化氫濃度

10、大于2000ppm時(shí)，只要吸一口氣，就會(huì)立即死亡。硫化氫急性中毒后，會(huì)引起肺炎、肺水腫、腦膜炎和腦炎等疾病。經(jīng)硫化氫中毒后，人對(duì)其敏感性將提高，如人的肺在硫化氫中毒后，即使空氣中硫化氫濃度較低時(shí)，也會(huì)引起新的中毒。三、人體對(duì)不同濃度硫化氫的反應(yīng)硫化氫濃度對(duì)人體危害程度關(guān)系見表。第三章硫化氫腐蝕硫化氫極易溶解在水中形成弱酸（在76mm汞柱即10.13kPa、30C時(shí)其溶解度約為3000mg/L，此時(shí)溶液pH值約為4）,對(duì)金屬的腐蝕形式有電化學(xué)失重腐蝕、氫脆包括氫鼓泡（HB）和氫致開裂（HIC）和硫化物應(yīng)為腐蝕開裂（SSCC）,以后兩者為主的腐蝕一般統(tǒng)稱為氫脆破壞。第一節(jié)金屬的電化學(xué)失重腐蝕硫化氫

11、溶解在水中按下式分步離解：HSHS-+H+HS-S2-+H+2反應(yīng)平衡式向左或向右取決于溶液的PH值，在中性和堿性介質(zhì)中含硫氫離子最多，在酸性介質(zhì)中含分子硫化氫最多。硫化氫在溶液中的飽和度隨溫度升高而降低，隨壓力增大而增加。從圖中可看出，當(dāng)PH值在36時(shí)，硫化氫幾乎完全以分子形式存在，而PH值在69之間則有硫化氫分子與HS-和S2-共存。PH值高時(shí)，硫化氫分子轉(zhuǎn)為離子態(tài)硫化物，它對(duì)人體無(wú)直接危害。但當(dāng)PH值下降時(shí)，硫化物離子則還原成硫化氫分子造成嚴(yán)重危害。金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，由于金屬表面的不均勻性，如金屬種類、組織、結(jié)晶方向、內(nèi)應(yīng)力等，或者由于與金屬不同部位接觸的電解液的種類、濃度、溫度、

12、流速等的差別，從而在金屬表面出現(xiàn)陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)。陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)通過金屬本身互相閉合而形成許多腐蝕微電池和宏觀電池。電化學(xué)失重腐蝕就是通過這些陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)反應(yīng)過程進(jìn)行的。宏觀腐蝕電池：異金屬接觸電池；濃差電池(鹽濃差電池和氧濃差電池)；溫差電池。微觀腐蝕電池：金屬化學(xué)成分的不均勻性；組織結(jié)構(gòu)的不均勻性；金屬表面膜的不完整性；金屬表面物理狀態(tài)的不均勻性。硫化氫對(duì)金屬的腐蝕是氫去極化過程，反應(yīng)式如下：陽(yáng)極氧化反應(yīng)：Fe-2eFe2+陰極還原反應(yīng)：2H+2eH2fFe與H2S總的腐蝕過程的反應(yīng)：xFe+yH2SFexSy+yH2f上述反應(yīng)式簡(jiǎn)化表述了硫化氫對(duì)金屬材料的電化學(xué)失重腐蝕機(jī)理，而實(shí)際腐蝕機(jī)

13、理要復(fù)雜得多。FeS表示各種硫化鐵通式。當(dāng)硫化氫濃度在2.0mg/L以下時(shí)，金屬表面的硫化物薄膜xy由FeS和FeS2組成，其晶粒在0.02um以下，晶格缺陷相對(duì)較小，可阻止鐵陽(yáng)離子擴(kuò)散，因而對(duì)金屬有一定的保護(hù)作用。但當(dāng)硫化氫濃度在2.0mg/L以上時(shí)，就生成FeS(所謂坎西98特)。當(dāng)硫化氫濃度高于20mg/L時(shí)，腐蝕產(chǎn)物以FeS居多，晶體也增大到0.075um。98其晶體不完整，不能阻止鐵陽(yáng)離子擴(kuò)散，也就不具備對(duì)金屬的防護(hù)作用，其腐蝕速度也加快。鋼材受到硫化氫腐蝕以后陽(yáng)極的最終產(chǎn)物就是硫化鐵。該產(chǎn)物通常是一種有缺陷的結(jié)構(gòu)，它與鋼鐵表面的粘結(jié)力差，易脫落，易氧化，且電位較高，于是作為陰極與鋼

14、鐵基體構(gòu)成一個(gè)活性的微電池，其電位差可達(dá)0.2-0.4V,對(duì)鋼鐵基體繼續(xù)進(jìn)行腐蝕，導(dǎo)致油氣田設(shè)備、工具產(chǎn)生很深的“潰爛”。金屬的電化學(xué)失重腐蝕是集中在金屬局部區(qū)域陽(yáng)極區(qū)，陰極區(qū)沒有金屬腐蝕因此電化學(xué)失重腐蝕實(shí)質(zhì)上是局部腐蝕。局部腐蝕是設(shè)備腐蝕破壞的一種常見形式，工程中的重大突發(fā)腐蝕事故多是由于局部腐蝕造成的。常見的局部腐蝕形態(tài)有8種：電偶腐蝕、孔蝕(點(diǎn)蝕)、縫隙腐蝕、沿晶腐蝕、選擇性腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂、腐蝕疲勞、磨損腐蝕。電偶腐蝕：異種金屬彼此接觸或通過其他導(dǎo)體連通，處于同一介質(zhì)中，會(huì)造成接觸部分的局部腐蝕。其中電位較低的金屬溶解速度增大，電位較高的金屬溶解速度反而減小，這種腐蝕稱為電偶腐蝕，

15、或稱為接觸腐蝕雙金屬腐蝕?？孜g：又叫點(diǎn)蝕、坑蝕，是一種集中發(fā)生在某些點(diǎn)處并向金屬內(nèi)部發(fā)展的孔狀、坑狀腐蝕?？孜g是一種隱蔽性極強(qiáng)、破壞性極大的腐蝕形式，由于難于預(yù)計(jì)及檢測(cè)，往往造成金屬腐蝕穿孔，引起容器、管道等設(shè)施的破壞，而且誘發(fā)其他的局部腐蝕形式，導(dǎo)致突發(fā)的災(zāi)難性事故。(3)縫隙腐蝕：金屬部件在介質(zhì)中，由于金屬與金屬或金屬與非金屬之間形成特別小的縫隙，使縫隙內(nèi)的介質(zhì)處于滯流狀態(tài)，引起縫隙內(nèi)金屬的加速腐蝕。（4）沿晶腐蝕：腐蝕沿著金屬或合金的晶粒邊界或其他鄰近區(qū)域發(fā)展，晶粒本身腐蝕很輕微，這種腐蝕使稱為沿晶腐蝕，又叫作晶間腐蝕。（5）選擇性腐蝕：合金在腐蝕過程中，腐蝕介質(zhì)不是按合金的比例侵蝕，而

16、是發(fā)生了其中某種成分的選擇性溶解，使合金的機(jī)械強(qiáng)度下降，這種腐蝕形態(tài)稱之為成分選擇腐蝕，或稱為選擇性腐蝕。（6）應(yīng)力腐蝕開裂（SSCC）：簡(jiǎn)稱為應(yīng)力腐蝕，它是在拉應(yīng)力和特定的腐蝕介質(zhì)共同作用下發(fā)生的金屬材料的破裂現(xiàn)象。（7）腐蝕疲勞：金屬在腐蝕介質(zhì)和交變應(yīng)力共同作用下引起的破壞稱為腐蝕疲勞。（8）磨損腐蝕：指在磨損和腐蝕的綜合作用下材料發(fā)生的加速腐蝕破壞。有三種表現(xiàn)形式，即摩振腐蝕、湍流腐蝕和空泡腐蝕。第二節(jié)金屬的氫脆和硫化物應(yīng)力腐蝕開裂硫化氫對(duì)金屬材料的腐蝕破壞，其主要危險(xiǎn)還不在于電化學(xué)失重腐蝕，而是由于其加劇了金屬的滲氫作用，導(dǎo)致金屬材料的氫脆破壞和硫化物應(yīng)力腐蝕開裂。氫脆破壞往往造成井下

17、管柱的突然斷脫、地面管匯和儀表的爆破、井口裝置的破壞。硫化氫加劇金屬滲氫作用的機(jī)理還不完全清楚，現(xiàn)在主要有兩種觀點(diǎn)；一種是向金屬內(nèi)部擴(kuò)散的氫原子；另一觀點(diǎn)是向金屬內(nèi)部擴(kuò)散的氫離子。比較經(jīng)典的氫脆破壞理論是內(nèi)壓力理論：硫化氫電化學(xué)失重腐蝕產(chǎn)生的氫原子，在向鋼材內(nèi)部擴(kuò)散過程中遇到裂縫空隙、晶格層間錯(cuò)斷、夾渣或其他缺陷時(shí)，氫原子就在這些地方結(jié)合成比氫原子體積大20倍的氫分子（用氫探測(cè)裝備對(duì)試樣檢查證實(shí)了氫是以分子形式存在的），體積膨脹，這樣就在金屬內(nèi)部產(chǎn)生了極大的壓力（可高達(dá)30Mpa以上）致使低碳鋼或軟鋼發(fā)生氫鼓泡，高強(qiáng)度鋼或硬度高的鋼材內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，使鋼材變脆，即為氫脆。所謂硫化物應(yīng)力腐蝕開裂

18、，就是鋼材在足夠大的外加拉力或殘余張力下，與氫脆裂紋同時(shí)作用發(fā)生的破裂。大量研究和現(xiàn)場(chǎng)情況表明，金屬處于靜載荷條件下氫脆也會(huì)導(dǎo)致金屬的持久強(qiáng)度降低（稱之為靜力氫疲勞）。金屬材料的強(qiáng)度越高，則金屬靜力氫疲勞破壞的傾向也越大；金屬材料的硬度越大，其靜力氫疲勞傾向也越大，而低強(qiáng)度塑性好的鋼材則具有良好的耐靜力氫疲勞性能。應(yīng)力和硬度對(duì)碳鋼硫化物應(yīng)力腐蝕破壞的影響見圖3-2。由圖3-2可知，金屬材料的硬度和應(yīng)力負(fù)荷越大，則對(duì)硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性越大。硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的五個(gè)特征：（1）斷口平整，像陶瓷斷口，不存在塑性特征；（2）主要發(fā)生在受拉應(yīng)力時(shí)，斷口主裂紋和拉力方向垂直；（3）多發(fā)生在設(shè)備使用

19、不久時(shí)，屬于低應(yīng)力下破裂；（4）這種破裂往往是突然性斷裂，沒有任何先兆；（5）裂源多發(fā)生在應(yīng)力集中點(diǎn)。第三節(jié)影響硫化氫腐蝕的主要因素一、硫化氫濃度（或分壓）硫化氫濃度對(duì)金屬的腐蝕影響是很復(fù)雜的。硫化氫濃度對(duì)金屬電化學(xué)失重腐蝕的影響如圖所示。當(dāng)硫化氫濃度由2ppm增加到150ppm，金屬腐蝕速率迅速增加；硫化氫濃度增加到400ppm，腐蝕速率達(dá)到高峰；但當(dāng)硫化氫濃度繼續(xù)增加到1600ppm時(shí)，腐蝕速率反而下降（由于金屬材料表面形成硫化鐵保護(hù)膜）；當(dāng)硫化氫濃度在1600-2400ppm時(shí)，則腐蝕速率基本不變。在涉及硫化氫濃度對(duì)金屬氫脆和硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的影響時(shí)，往往以含硫化物氣體的總壓力和硫化氫

20、分壓作為衡量指標(biāo)。總壓力增大硫化氫分壓增大硫化氫濃度增大+增大PH值降低氫去極化腐蝕加劇腐蝕加速天然氣的總壓等于或大于0.4Mpa（60psi），而且該天然氣中硫化氫分壓等于或大于0.0003Mpa,或硫化氫會(huì)計(jì)師大于75mg/m3（50ppm）的天然氣屬酸性環(huán)境，必須考慮使用抗硫金屬材料。某些研究認(rèn)為：對(duì)于中低壓（6.9Mpa）的含硫天然氣，必須考慮使用抗酸材料的硫化氫下限濃度為5mg/m3；對(duì)于壓力高于6.9Mpa的含硫天然氣，必須計(jì)算其硫化氫分壓后再確定是否使用抗酸材料。介質(zhì)中的硫化氫濃度在50ppm以下，敏感金屬材料硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的時(shí)間較長(zhǎng)；介質(zhì)中的硫化氫濃度在50ppm以上，高強(qiáng)

21、度敏感金屬材料發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的時(shí)間與濃度無(wú)關(guān)。這說(shuō)明硫化物應(yīng)力腐蝕開裂存在一個(gè)下限值，而且在很短時(shí)間內(nèi)發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂。當(dāng)介質(zhì)中的硫化氫濃度很低（O.lppm）時(shí)，仍能使高強(qiáng)度敏感金屬材料發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂，只是破裂時(shí)間較長(zhǎng)。二、細(xì)菌腐蝕在細(xì)菌腐蝕中，危害最大的是硫酸鹽還原菌和硫菌，80%生產(chǎn)井的設(shè)備腐蝕都與硫酸鹽還原菌有關(guān)。細(xì)菌腐蝕易發(fā)生在積水的設(shè)備、管柱部位，如容器、油井套管柱、冷卻冷凝設(shè)備底部等。硫酸鹽還原菌不斷氧化水中的分子氫，從而使亞硫酸鹽和硫酸鹽轉(zhuǎn)變成硫化氫。介質(zhì)中僅有硫化氫時(shí)，鐵的腐蝕速度為0.3-0.5mm/a，而硫酸鹽還原菌的存在則會(huì)加劇油氣田設(shè)備、管材的腐

22、蝕。三、溫度溫度對(duì)硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的影響較大，在一定溫度范圍內(nèi)，溫度升高，硫化物應(yīng)力腐蝕開裂傾向減小。在25C左右，金屬被破壞所用的時(shí)間最短，硫化物應(yīng)力腐蝕最為活躍；當(dāng)溫度升高到一定值（93C）以上，氫的擴(kuò)散速度極大，反而從鋼材中逸出，不會(huì)發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕。因此，當(dāng)井下溫度高于93C時(shí)，油氣井中的套管和鉆鋌可以不考慮其抗硫性能。對(duì)電化學(xué)失重腐蝕而言，溫度升高則腐蝕速度加快。研究表明，溫度每升高10C，腐蝕速度增加2-4倍。對(duì)鉆柱來(lái)說(shuō)，由于井底鉆井液的溫度較高，因此發(fā)生電化學(xué)失重腐蝕嚴(yán)重，而上部溫度較低，加上鉆柱上部承受的拉應(yīng)力最大，故而鉆柱上部容易發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂。四、PH值PH值對(duì)

23、電化學(xué)失重腐蝕和硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的影響都大。隨PH值的降低，電化學(xué)失重腐蝕加??；當(dāng)PH6時(shí)，硫化物應(yīng)力腐蝕開裂嚴(yán)重，PH9時(shí)，就很少發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂。故而在鉆開含硫地層后，鉆井液的PH值應(yīng)始終控制在9.5以上。第四節(jié)硫化氫對(duì)非金屬材料和鉆井液的影響一、硫化氫能加速非金屬材料的老化在油氣田勘探開發(fā)中，地面設(shè)備、鉆井和完井井口裝置以及井下工具中大量采用橡膠、浸油石墨、石棉等非金屬材料制作的密封件，它們?cè)诹蚧瘹洵h(huán)境中使用一定時(shí)間后，橡膠會(huì)產(chǎn)生鼓泡脹大、失去彈性；浸油石墨及石棉繩上的油將被溶解而導(dǎo)致密封件的失效。二、硫化氫對(duì)鉆井液的污染硫化氫主要是對(duì)水基鉆井液有較大的污染。它會(huì)使鉆井液性能發(fā)生

24、很大變化，如密度下降、PH值下降、粘度上升，以致形成流不動(dòng)的凍膠；鉆井液的顏色變?yōu)橥呋疑?、墨色或墨綠色。第四章鉆井工程防硫化氫腐蝕措施應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況進(jìn)行分析，制定出安全可靠、切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)合理的防硫化氫腐蝕措施。目前國(guó)內(nèi)外在鉆井工程中采取的主要防腐方法是正確選用材料、采用防腐涂層、提高鉆井液防腐性能和強(qiáng)化科學(xué)管理等。第一節(jié)材料的選用一、金屬材料美國(guó)國(guó)家腐蝕工程師學(xué)會(huì)（NACE）標(biāo)準(zhǔn)MR-01-75中規(guī)定：含硫油氣田使用的金屬材料，其屈服極限不大于655Mpa、硬度不大于HRC22。若需使用屈服極限和硬度比上述要求高的鋼材，必須經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚恚ㄈ缯{(diào)質(zhì)、固溶處理等）并在含硫化氫介質(zhì)環(huán)境中

25、試驗(yàn)，證實(shí)其具有抗硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂性能后，方可采用。下面推薦適應(yīng)硫化氫環(huán)境中使用的部分管材。（一）常溫下適應(yīng)硫化氫環(huán)境的管材（二）常溫下不適應(yīng)硫化氫環(huán)境的管材（三）臨界溫度對(duì)鋼材適應(yīng)性的影響研究表明，各種鋼級(jí)的管材都有其抗硫化氫腐蝕的最低臨界溫度，在臨界溫度之上，它就具有抗硫化氫腐蝕的性能，表4-1所列為ARCO公司推薦的部分鋼級(jí)套管抗硫化氫腐蝕的最低臨界溫度。對(duì)于含硫化氫氣井，在設(shè)計(jì)套管柱時(shí)，由于越接近井口其井溫越低，因而套管柱接近井口部分應(yīng)優(yōu)先選擇K-55、L-80、C-75等鋼級(jí)套管，往下再按臨界溫度值選擇N-80、S-95、P-110、Q-125和S-140等鋼級(jí)套管。二、非金屬材料

26、根據(jù)美國(guó)SPE-AIME及有關(guān)資料推薦，可用于硫化氫環(huán)境的非金屬密封件材料有氟塑料（聚四氟乙烯、F-46）、聚苯硫醚塑料和氟橡膠（F-46、F-246）、丁腈橡膠、氯丁橡膠等。據(jù)APIBULL5AP和7AI通報(bào)的技術(shù)要求，鉆具和套管用的密封脂（螺紋油）應(yīng)是耐酸又不易分解的多效脂基或復(fù)合脂基，具有適當(dāng)稠度的礦物油，是一種高級(jí)密封材料。如目前國(guó)內(nèi)氣田廣泛使用的8401鉆桿螺紋油，8503油套管密封脂以及7405、7409螺紋密封脂。四川氣田鉆井井口和采氣井口平板閥廣泛采用的密封潤(rùn)滑脂有7901、7902等產(chǎn)品，二次密封脂有EM-09-1等產(chǎn)品。第二節(jié)涂層保護(hù)金屬材料表面涂層保護(hù)就是使金屬與硫化氫等

27、腐蝕性介質(zhì)隔絕，不讓腐蝕性介質(zhì)與金屬直接接觸，免受硫化氫的電化學(xué)腐蝕破壞。從20世紀(jì)60年低初國(guó)外就在推廣應(yīng)用該技術(shù)，比如鉆桿內(nèi)壁涂層技術(shù)，美國(guó)在20世紀(jì)70年代末大約有90%的鉆桿制造廠在其出售的產(chǎn)品中都有內(nèi)涂層；此外，法國(guó)、德國(guó)、日本也都生產(chǎn)涂層鉆桿。國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)70年代末開始研究并推廣應(yīng)用鉆桿內(nèi)涂層技術(shù)。用得較廣泛，效果最好的涂層材料是塑料。用塑料涂層保護(hù)鉆具，其使用壽命可延長(zhǎng)2-3倍，并且由于涂層光滑，從而降低了磨損，提高了液流速度，減少了鉆桿消耗，降低了事故發(fā)生率。涂層必須具有與鋼材良好的粘結(jié)能力和化學(xué)穩(wěn)定性、抗硫化氫等腐蝕性氣體的滲透性和耐溫性，比如國(guó)內(nèi)外廣泛采用的雙氧酚醛樹脂，

28、就具有防腐涂層的優(yōu)良性能。一、對(duì)鋼材表面的粘結(jié)力強(qiáng)雙氧樹脂中具有極性的脂肪羥基和醚鍵，使雙氧樹脂能和金屬表面的游離鍵起反應(yīng)形成化學(xué)鍵，因而其涂層的粘結(jié)力特別強(qiáng)。雙氧樹脂中含有穩(wěn)定的醚鍵和苯環(huán)，其結(jié)構(gòu)緊密，能耐有機(jī)溶劑和抗化學(xué)腐蝕；若是高分子量的雙氧樹脂，其剛性更強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度更高。二、抗腐蝕氣體的滲透性好溫度、腐蝕性氣體和涂層性質(zhì)是影響涂層抗腐蝕性氣體滲透性的主要因素。腐蝕性氣體和滲透途徑主要是涂層密度減小時(shí)出現(xiàn)的空穴、通道，當(dāng)溫度升高時(shí)，涂層膨脹，供氣體滲透的通道增加，因而腐蝕性氣體的滲透量也增加，也就提供了腐蝕性氣體和金屬接觸的機(jī)會(huì)。對(duì)腐蝕性氣體和涂層性質(zhì)的研究表明，經(jīng)掃描電鏡檢測(cè)，硫化氫分

29、子不能透過環(huán)氧樹脂涂層，但可透過其他一些涂層（如氯磺化聚乙烯）。國(guó)內(nèi)用一半氧樹脂和酚醛樹脂研制的dp-1涂料，其室內(nèi)性能試驗(yàn)（試棒和試片涂層）如果和現(xiàn)場(chǎng)鉆桿涂層試驗(yàn)結(jié)果證明，能經(jīng)受鉆井作業(yè)高溫、高壓、高流速鉆井液的沖刷、鉆桿變形、卡瓦大鉗反復(fù)沖擊力的作用，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性（熱分解溫度為280r）和抗硫化氫氣體滲透性。鉆桿涂層法防腐在新鉆桿上使用效果最好，在已用過的鉆桿上施加涂層，方法可行但效果不佳。這是因?yàn)橐延眠^鉆桿上原來(lái)存在的蝕坑即使使用噴砂或研磨都難以除掉，這些腐蝕缺陷難以蓋上涂層，新的腐蝕也從這些地方開始。第三節(jié)提高鉆井液防腐性能從硫化氫對(duì)金屬腐蝕機(jī)理可知，影響其腐蝕速率的因素除金屬

30、材料本身（硬度、強(qiáng)度、金相等）外，還取決于一些外部因素，如鉆井液的防腐性能。在鉆井液中加入防腐劑來(lái)減緩硫化氫對(duì)金屬材料的腐蝕速率，可延長(zhǎng)井下管材和地面設(shè)備的使用壽命。一、鉆井液中有害組分的預(yù)防在鉆井過程中，鉆井液中的有害組分對(duì)井下管材的腐蝕破壞比較復(fù)雜，現(xiàn)將目前國(guó)內(nèi)外預(yù)防鉆井液中有害組分的常用措施歸納于表4-2中。二、提高鉆井液PH值高PH值的鉆井液可抑制硫化氫、二氧化碳、氧等有害氣體對(duì)金屬材料的腐蝕，并可以提高其使用壽命。因此，鉆井液應(yīng)保持呈堿性，其PH值不低于9.5。若采用鋁制鉆具，PH值升高會(huì)使腐蝕加劇，此時(shí)，PH值應(yīng)控制在9.5至10.5之間。使用聚合物鉆井液時(shí)，若不能提高PH值，則應(yīng)

31、考慮采用其他相應(yīng)的防腐措施，如添加緩蝕劑等。三、鉆井液中常用的防腐添加劑鉆井液中的防腐劑通常有緩蝕劑、除硫劑、除氧劑、滅菌劑等。各種防腐劑的作用不相同，應(yīng)視鉆具的腐蝕程度大小配合應(yīng)用。鉆碳酸鹽巖地層及油氣井應(yīng)添加緩蝕劑，以抑制鉆井液中的二氧化碳、氧、硫化氫及鹽類對(duì)鉆具的腐蝕。添加緩蝕劑具有使用方便、效果顯著、用量少、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是不能除去鉆井液中的腐蝕源。鉆含硫油氣井，由于緩蝕劑不能去除鉆井液中可溶性硫化物，因而不能消除鉆具有硫化物應(yīng)力腐蝕開裂隱患，所以，鉆井液中必須添加除硫劑。若鉆井液對(duì)鉆具的腐蝕仍很嚴(yán)重，添加除硫劑的同時(shí)應(yīng)添加緩蝕劑，或采用油基鉆井液。緩蝕劑也不能去除鉆井液中的氧，鉆井

32、過程中，若鉆具氧腐蝕嚴(yán)重時(shí)，必須在鉆井液中添加除氧劑，防止由溶解氧引起的腐蝕疲勞。滅菌劑的使用主要是為防止鉆井過程中由于微生物的生化作用生成硫化氫或二氧化碳，對(duì)鉆井管材產(chǎn)生腐蝕。根據(jù)鉆井地層的特點(diǎn)及鉆井液的腐蝕性，合理地選擇各種防腐添加劑，并配合使用，可以達(dá)到更好的防腐效果，并延長(zhǎng)鉆具的使用壽命。（一）緩蝕劑加入少量的緩蝕劑，能有效的阻止或減緩化學(xué)物質(zhì)對(duì)金屬的腐蝕作用。緩蝕劑可分有機(jī)化化合物緩蝕劑和無(wú)機(jī)化合物緩蝕劑兩大類。1、有機(jī)化合物緩蝕劑其緩蝕作用原理大多是經(jīng)物理吸附（靜電引力等）和化學(xué)吸附（氮、氟、磷、硫的非共價(jià)電子對(duì)），當(dāng)有機(jī)傾倒物緩蝕劑以其極性基附于金屬表面，其碳?xì)滏湻菢O性基部分則在

33、金屬表面形成屏蔽層（膜），從而起到抑制金屬腐蝕的作用。此外，有的緩蝕劑與金屬陽(yáng)離子生成不溶性物質(zhì)或穩(wěn)定的結(jié)合物，在金屬表面形成沉淀性保護(hù)膜，起到抑制金屬腐蝕的作用。這因緩蝕劑有脂肪酸胺鹽（PA-40、PA-50等）、胺（雙氫胺、甲基丙基磯胺、尼凡T18、康托爾）、酰胺（7019、川天2-1、川天2-2、川天2-3、PA-75、A-162等）、季銨鹽（7251、4502等）、咪唑林（1017）、吡啶（粗吡啶、重質(zhì)吡啶1901等）、聚酰胺（蘭4-A等）等。經(jīng)室內(nèi)評(píng)定和現(xiàn)場(chǎng)使用來(lái)看，酰胺型緩蝕劑較其他緩蝕劑具有更高的緩蝕率，其用量少、成膜性能好且牢固、無(wú)臭味、抗氫滲透能力強(qiáng)、不污染環(huán)境。2、無(wú)機(jī)化合

34、物緩蝕劑其緩蝕作用原理是使金屬表面氧化面生成鈍化膜或改變金屬腐蝕電位，使電位向更高的方向移動(dòng)，來(lái)達(dá)到抑制金屬腐蝕的目的，這類緩蝕劑又被稱為鈍化劑或陽(yáng)性緩蝕劑。這類緩蝕劑有鉻酸鹽、亞硝酸鹽、鉬酸鹽、磷酸鹽等。在使用時(shí)，其濃度必須保持高于某一臨界值，如鉻酸鹽的臨界濃度為16160ppm，才能保護(hù)鈍化膜不被破壞。若濃度低于臨界值，則鈍化膜被破壞發(fā)生孔蝕，并迅速發(fā)展，甚至腐蝕程度比不加緩蝕劑更為嚴(yán)重，因而使用時(shí)必須特別注意。3、鉆井液中的緩蝕劑目前鉆井液中使用較多的緩蝕劑為有機(jī)化合物緩蝕劑，常用的緩蝕劑品種是有機(jī)胺胺類的脂肪酸鹽、季銨化合物、酰胺化合物。商品緩蝕劑常是它們的5%-20%的油溶性或油溶性

35、水分散性的溶液。為了便于水基鉆井液使用，通常配入分散性的表面溶性劑，將緩蝕劑從鉆桿內(nèi)投入，并使緩蝕劑注進(jìn)環(huán)形空間，在鉆桿表面形成保護(hù)薄膜，從而使鉆具得到良好的保護(hù)。計(jì)算緩蝕劑用量時(shí)，應(yīng)考慮鉆井液用量、腐蝕情況、緩蝕劑的緩蝕率等因素。抑制鉆井液中二氧化碳腐蝕的方法，通常是用堿將鉆井液PH值調(diào)到910，然后加入有機(jī)成膜型胺類緩蝕劑來(lái)控制二氧化碳的腐蝕。鉆井過程中抑制氧腐蝕的緩蝕劑有鉻酸鈉、含磷化合物和有機(jī)成膜型胺類。常用的磷化合物有六偏磷酸鹽、有機(jī)醇磷酸酯和有機(jī)磷酸鹽。含磷化合物具有抑制腐蝕和防結(jié)垢的雙重效果。近年美國(guó)廣泛使用亞硫酸氫鹽，它具有抑制氧腐蝕和脫除鉆井液中氧的雙重效果。4、含硫或含二氧

36、化碳的油氣井開采過程中使用的緩蝕劑在硫化氫和二氧化碳同時(shí)存在的油氣井中，若硫化氫份壓超過含硫化氫天然氣和酸性天然氣一油系統(tǒng)的界定條件時(shí)，則按硫化氫油氣井采取抗硫措施。二氧化碳對(duì)金屬材料（如防噴器、采油氣井口、鉆桿、套管等）的腐蝕是鉆井工程中常見的一種腐蝕形式，其腐蝕速率受二氧化碳分壓、溫度、井內(nèi)流體的流速、金屬材料的合金元素、硫化氫的濃度、井內(nèi)氯離子的濃度等因素的影響。根據(jù)APISpec6A井口裝置和采油樹設(shè)備規(guī)范和SY/T51272002井口裝置和采油樹規(guī)范介紹，當(dāng)油氣井中的二氧化碳分壓小于0.05Mpa時(shí)，二氧化碳對(duì)金屬材料無(wú)腐蝕；當(dāng)二氧化碳分壓在0.050.21Mpa之間時(shí)，只產(chǎn)生輕度腐

37、蝕；當(dāng)二氧化碳分壓大于0.21Mpa時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生中度至高度腐蝕。在含二氧化碳的油氣井中，可根據(jù)二氧化碳分壓的大小，決定是否采取抗二氧化碳腐蝕的措施。在含硫或含二氧化碳的油氣井開采過程中，根據(jù)硫化氫或二氧化碳的含量對(duì)井下管材和地面設(shè)備的腐蝕程度，間歇地或連續(xù)地向井中注入緩蝕劑，也可將緩蝕劑以高壓擠入地層，使其在開采過程中不斷釋放，達(dá)到保護(hù)井下管材和地面設(shè)備的目的。（二）除硫劑在含硫油氣層鉆井時(shí)，要用除硫劑通過化學(xué)反應(yīng)將隨巖屑和溢流進(jìn)入鉆井液中的可溶性硫化物轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N穩(wěn)定的、不與鋼材起反應(yīng)的惰性物質(zhì)，達(dá)到抑制腐蝕的目的。大多數(shù)除硫劑都是通過吸附或離子反應(yīng)沉淀方式起作用。若為表面吸附式，則鉆井液需充

38、分?jǐn)嚢枰员ＷC其與硫化物之間有充分接觸的機(jī)會(huì)；若為離子反應(yīng)沉淀式，則需了解除硫劑的特點(diǎn)，保證鉆井液的各種參數(shù)（如PH值和含鹽量等），以有利于除硫劑充分發(fā)揮作用。除硫劑主要有銅、鋅和鐵的金屬化合物。1、碳酸銅銅化合物中碳酸銅的除硫效果最好。銅離子和亞銅離子與二價(jià)硫化物離子反應(yīng)生邁出惰性硫化銅和硫化亞銅沉淀，從而脫除鉆井液中的硫化氫。其對(duì)鉆井液性能不會(huì)產(chǎn)生不利影響，但銅與鋼材會(huì)形成Cu-Fe腐蝕原電池，反而加速了鋼材的電化學(xué)腐蝕，即以一種腐蝕代替了另一種腐蝕，這樣就限制了它的使用。目前，現(xiàn)場(chǎng)最常用的的除硫劑為微孔堿式碳酸鋅和氧化鐵（海綿鐵）。2、微孔堿式碳酸鋅碳酸鋅作為除硫劑能避免碳酸銅帶來(lái)的雙金屬

39、腐蝕問題，但碳酸鋅和硫化氫的反應(yīng)受PH值的影響，如果PH值降低，則硫化氫可能再生，幫碳酸鋅作為除硫劑已被微孔堿式碳酸鋅所取代。微孔堿式碳酸鋅為一種白色、無(wú)毒、無(wú)臭的粉末狀物質(zhì)，其化學(xué)式為：，它與鉆井液中的硫化物反應(yīng)生成不溶于水的硫化鋅沉淀。微孔堿式碳酸鋅不僅能除凈鉆井液中的硫化物，而且對(duì)鉆具也有很好的緩蝕作用。碳酸鋅的密度較大（與重晶石相似），所以在懸浮能力較低的鉆井液和鹽水中易沉淀。鉻酸鋅本是一種有效的除硫劑，在鉆井液PH值高于9時(shí)，與硫化氫反應(yīng)生成硫酸鹽，但動(dòng)帶來(lái)了環(huán)保問題。另外，可形成溶液的鋅有機(jī)螯合物也是一種鉆井液除硫劑，較之堿式碳酸鋅，其分散得更均勻。鋅有機(jī)螯合物的含鋅量為2025%

40、了（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），中和1KG硫化氫需10kg以上的鋅有機(jī)螯合物。3、氧化鐵（海綿鐵）海綿鐵是一種人工合成的氧化鐵，其分子式為，與硫化氫反應(yīng)不受時(shí)間（反應(yīng)瞬時(shí)完成）或溫度的限制。海綿鐵具有海綿的多孔結(jié)構(gòu)，每克海綿鐵具有約10m2的表面，其吸附能力強(qiáng)。與硫化氫反應(yīng)生成性能較穩(wěn)定的黃鐵礦。且不會(huì)使鉆井液性能惡化。海綿鐵與硫化氫的反應(yīng)式為：海綿鐵的密度與重晶石一樣，其料度范圍在1.55.0um之間，其球狀粒度均勻，產(chǎn)生的磨損較小。它的磁飽和度高，剩磁少，不被鉆桿和套管吸附，因而還可替代重晶石起加重作用。目前國(guó)外除硫劑的開發(fā)方向?yàn)樗苄缘匿\有機(jī)化合物，其在使用時(shí)可配成溶液，加到鉆井液中，比粉末狀的堿性碳酸

41、鹽容易分配均勻。我國(guó)除硫劑的品種還有待進(jìn)一步開發(fā)。4、鉆井液中除硫劑的加入方法據(jù)國(guó)外資料介紹，在鉆含硫地層前60m，添加除硫劑，每立方米鉆井液中，海綿鐵添加量為11kg,堿式碳酸鋅為2kg,除硫劑添加量隨著鉆井液中硫化氫含量的增加而增加，直至返出地面的鉆井液中沒有硫化氫或?qū)θ梭w無(wú)影響為止。（三）殺菌劑廣泛使用的殺菌劑有含氮有機(jī)化合物二乙胺脂族胺鹽、N-羥甲基二胺和季銨鹽（烷基三甲基氯化銨、烷基芳基二甲基氯化銨等）。另外，磺酸類殺菌劑如芳基亞磺酸、咔唑烷基磺酸等，同時(shí)能用作除硫劑和殺菌劑。前蘇聯(lián)的石油工業(yè)在鉆開含硫地層時(shí)，常在鉆井液中加入210%的硫酸銅和硫酸鐵水溶液，并使其在鉆井液中的體積分?jǐn)?shù)

42、達(dá)到0.01-0.2%。若只有少量的硫化氫（如鉆屑?xì)猓┻M(jìn)入井筒時(shí)，鉆井液中加入25%的硅酸鉀或硅酸鈉；也有使用堿性溶液形成的酸類有機(jī)化合物的。第五章含硫油氣井鉆井作業(yè)的安全措施鉆井施工中硫化氫防護(hù)方面采取的主要措施，歸納在石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T50872005含硫化氫油氣井中安全鉆井推薦方法和Q/CNPC115-2006含硫油氣井鉆井操作規(guī)程中。要保證在含硫油氣田進(jìn)行安全鉆井作業(yè)，首先是搞好平衡鉆井和井控工作，嚴(yán)格執(zhí)行井控有關(guān)規(guī)章制度，尤其是上述標(biāo)準(zhǔn)和SY/T6426-2005鉆井井控技術(shù)規(guī)程SY/T5964-2003鉆井井控裝備組合配套、安裝調(diào)試和維護(hù)等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。第一節(jié)井場(chǎng)及鉆井設(shè)備的布

43、置1、應(yīng)遠(yuǎn)離人口稠密的村鎮(zhèn)，油氣井井口距高壓線及其他永久性設(shè)施不小于75M；距民宅不小于100M；距鐵路、高速公路不小于200M；距學(xué)校、醫(yī)院和大型油庫(kù)等人口密集性、高危性場(chǎng)所不小于500M。2、井場(chǎng)周圍應(yīng)空曠，風(fēng)能在井場(chǎng)前后或左右方向暢通流動(dòng)；井場(chǎng)上應(yīng)有兩個(gè)以上出入口，便于應(yīng)急時(shí)采取搶救措施和疏散人員。3、鉆井設(shè)備的安放位置應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐闹饕L(fēng)向和鉆開含硫油氣層時(shí)的季節(jié)風(fēng)風(fēng)向。井場(chǎng)值班室、工程室、鉆井液室、氣防器材室等應(yīng)設(shè)置在井場(chǎng)主要風(fēng)向的上風(fēng)方向。4、井場(chǎng)發(fā)電房、鍋爐房和儲(chǔ)油罐的擺放，以及電氣設(shè)備、照明器具及輸電線路的安裝應(yīng)按SY/T5225-2005石油天然氣鉆井、開發(fā)、儲(chǔ)運(yùn)防火防爆安全生

44、產(chǎn)技術(shù)規(guī)程中的相應(yīng)規(guī)定執(zhí)行。5、井場(chǎng)周圍應(yīng)設(shè)置兩到三處臨時(shí)安全區(qū)，一個(gè)位于當(dāng)?shù)丶竟?jié)風(fēng)的上風(fēng)方向處（一般為生活區(qū)方向），其余與之成90-120度分布。6、在臨時(shí)安全區(qū)、道路入口處、井架上、值班房等處安裝風(fēng)向指示器。7、在鉆進(jìn)含硫油氣層前，應(yīng)將機(jī)泵房、循環(huán)系統(tǒng)及二層臺(tái)等處設(shè)置的防風(fēng)護(hù)套和其他類似圍布拆除。寒冷地區(qū)在冬季施工時(shí)，對(duì)保溫設(shè)施可采取相應(yīng)的通風(fēng)措施，保證工作場(chǎng)所空氣流通。第二節(jié)地質(zhì)及工程設(shè)計(jì)的要求1、對(duì)井場(chǎng)周圍一定范圍內(nèi)的居民住宅、學(xué)校、廠礦（包括開采地下資源的礦業(yè)單位）、國(guó)防設(shè)施、高壓電線、水資源情況以及風(fēng)向變化等進(jìn)行實(shí)地勘察和調(diào)查，在鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)中標(biāo)注說(shuō)明，并作出地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性及環(huán)境、

45、安全評(píng)估。在煤礦、金屬礦等非油氣礦藏開采區(qū)鉆井，還應(yīng)標(biāo)明地下礦井坑道的分布、深度和走向及地面井位與礦井、坑道的關(guān)系。2、在地下礦產(chǎn)采掘區(qū)鉆井，井筒與采掘坑道、礦井通道之間的距離不少于100M，套管下深應(yīng)封住開采層并超過開采層底部深度100M以上。3、在含硫地區(qū)的鉆井地質(zhì)設(shè)計(jì)中，應(yīng)注明含硫地層及其深度和預(yù)計(jì)含量。當(dāng)預(yù)計(jì)儲(chǔ)層中天然氣的總壓等于或大于0.4Mpa（60psi），而且該氣體中硫化氫分壓等于或高于0.0003Mpa,或硫化氫含量大于75mg/m3：50ppm）時(shí)，應(yīng)使用抗硫井控設(shè)備、工具和井用管材。4、高壓含硫地區(qū)可采用厚壁鉆桿。在井下溫度高于93r的井段，套管可不考慮其抗硫性能。（注意

46、：在壓裂酸化、大排量洗井時(shí)，井下溫度可能降低）。5、鉆開含硫地層的設(shè)計(jì)鉆井液密度，其安全附加密度在規(guī)定的范圍內(nèi)宜取上限值，或附加井底壓力在規(guī)定的范圍內(nèi)宜取上限值。6、井隊(duì)?wèi)?yīng)儲(chǔ)備井筒容積1-2倍的大于在用鉆井液密度的高密度鉆井液。7、儲(chǔ)備滿足需要的鉆井液加重材料。8、儲(chǔ)備足量的緩蝕劑和除硫劑。9、不允許在含硫油氣地層進(jìn)行欠平衡鉆井。第三節(jié)井用管材材質(zhì)及井控設(shè)備安裝一、套管、油管和鉆桿用于含硫油氣井的套管、油管和鉆桿，其材質(zhì)應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。鋼材：鋼的屈服極限不大于655MPA,硬度最大為HRC22。若需使用屈服極限和硬度比上述要求高的鋼材，必須經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚?如調(diào)質(zhì)、固溶處理等)，并在含硫化

47、氫介質(zhì)環(huán)境中試驗(yàn)(采用API5CT),證實(shí)其具有抗硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂性能后，方可采用。非金屬材料：凡密封件選用的非金屬材料，應(yīng)具有在硫化氫環(huán)境中能使用而不失效的性能。二、井口設(shè)備用于硫化氫環(huán)境的井口設(shè)備按APISpec6A的要求執(zhí)行。鉆井設(shè)計(jì)中有關(guān)井控設(shè)備的設(shè)計(jì)、安裝、固定和試壓應(yīng)符合SY/T5964-2003的規(guī)定。在高含硫、高壓地層和區(qū)域探井的鉆井作業(yè)中，在防噴器上應(yīng)安裝剪切閘板，剪切閘板防噴器的壓力等級(jí)、通徑應(yīng)與其配套的井口設(shè)備的壓力等級(jí)和通徑一致。三、管線鉆井液回收管線、防噴管線和放噴管線應(yīng)使用經(jīng)探傷合格的管材，防噴管線應(yīng)采用螺紋與標(biāo)準(zhǔn)法蘭連接。鉆井井口和套管的連接及防噴管線、放噴管線

48、不允許在現(xiàn)場(chǎng)焊接。放噴管線至少應(yīng)接兩條，布局要考慮當(dāng)?shù)丶竟?jié)風(fēng)風(fēng)向、居民區(qū)、道路、油罐區(qū)、電力線及各種設(shè)施等情況，其夾角90-180，保證當(dāng)風(fēng)向改變時(shí)至少有一條能安全使用；管線轉(zhuǎn)彎處的彎頭夾角不小于120；管線出口應(yīng)接至距井口100m以外的安全地帶。放噴管線出口不能正對(duì)井場(chǎng)附近的居民住宅，距各種設(shè)施不小于100m,具備放噴點(diǎn)火的條件。壓井管線至少有一條在季節(jié)風(fēng)的上風(fēng)方向，以便必要時(shí)連接其他設(shè)備(如壓裂車、水泥車等)，作壓井用。液氣分離器及除氣器的排氣管線通徑應(yīng)滿足要求，其出口接至距井口50m以外、有點(diǎn)火條件的安全地帶。井口、放噴管線出口、液氣分離器及除氣器的排氣管線出口，應(yīng)位于可能的火源(如發(fā)電

49、房、鍋爐房)和人員相對(duì)集中的區(qū)域(如值班房、生活區(qū)等)的下風(fēng)位置。四、井控設(shè)備井控設(shè)備、井下管材和工具及其配件在儲(chǔ)放時(shí)應(yīng)類保管并帶有產(chǎn)品合格證和說(shuō)明書，運(yùn)輸過程中需采取措施避免損傷。井控設(shè)備的大修工作中應(yīng)嚴(yán)格控制缺陷補(bǔ)焊，若進(jìn)行了焊接、補(bǔ)焊、堆焊等工藝，則應(yīng)在其后做大于620C的高溫回火處理，對(duì)設(shè)備修理前后作出正確的技術(shù)評(píng)定。第四節(jié)硫化氫的監(jiān)測(cè)及人身安全防護(hù)(1)硫化氫易聚集的區(qū)域，如井口、循環(huán)池等處應(yīng)設(shè)立毒氣警告標(biāo)志。(2)作業(yè)區(qū)應(yīng)配備空氣呼吸器、充氣泵、可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)報(bào)警儀、便攜式硫化氫監(jiān)測(cè)報(bào)警儀和固定式硫化氫監(jiān)測(cè)報(bào)警儀。值班干部、當(dāng)班司鉆、副司鉆和“坐崗”人員應(yīng)佩戴便攜式硫化氫監(jiān)測(cè)報(bào)警儀；

50、固定式硫化氫監(jiān)測(cè)報(bào)警儀應(yīng)在司鉆或操作員位置、方井、振動(dòng)篩、井場(chǎng)工作室等地方設(shè)置探頭，并能同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。4）硫化氫防護(hù)器具應(yīng)存放在清潔衛(wèi)生和便于快速取用的地方，并對(duì)其采取防損壞、防污染、防灰塵和防高溫的保護(hù)措施。5）鉆井隊(duì)?wèi)?yīng)按產(chǎn)品說(shuō)明書檢查和保養(yǎng)硫化氫監(jiān)測(cè)儀器、防護(hù)器具，保護(hù)其處于良好的備用狀態(tài)；建立使用臺(tái)帳，按時(shí)送往具有資質(zhì)的檢驗(yàn)單位檢驗(yàn)。6）硫化氫監(jiān)測(cè)報(bào)警儀設(shè)置：第一級(jí)報(bào)警值應(yīng)設(shè)置在閾限值硫化氫含量15mg/m3（10ppm），達(dá)到此濃度時(shí)啟動(dòng)報(bào)警，提示現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員硫化氫的濃度超過閾限值；第二級(jí)報(bào)警值應(yīng)設(shè)置在安全臨界濃度硫化氫含量30mg/m3（20ppm），達(dá)到此濃度時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員應(yīng)

51、佩戴正壓式空氣呼吸器；第三級(jí)報(bào)警值應(yīng)設(shè)置在危險(xiǎn)臨界濃度硫化氫含量150mg/m3（100ppm）,報(bào)警信號(hào)應(yīng)與二級(jí)報(bào)警信號(hào)有明顯區(qū)別，警示立即組織現(xiàn)場(chǎng)人員撤離。7）作業(yè)班除進(jìn)行常規(guī)防噴學(xué)習(xí)外，還應(yīng)佩戴硫化氫防護(hù)器具進(jìn)行防噴學(xué)習(xí)；防護(hù)器具每次使用后應(yīng)對(duì)其所有部件的完好性和安全性進(jìn)行檢查；在硫化氫環(huán)境中使用過的防護(hù)器具還應(yīng)進(jìn)行全面的清潔和消毒工作。8）進(jìn)入含硫油氣層后，每天白班開始工作前應(yīng)檢查下述項(xiàng)目：指定的臨時(shí)安全區(qū)是否在風(fēng)向批示器指示的上風(fēng)方向；硫化氫監(jiān)測(cè)報(bào)警儀的功能是否正常；硫化氫防護(hù)器具的存放位置、數(shù)量和相關(guān)參數(shù)是否符合規(guī)定；消防設(shè)備的布置；急救藥箱和氧氣瓶。9）若遇硫化氫溢出地面（嗅到較

52、濃的臭雞蛋氣味）而身邊又無(wú)防護(hù)器具時(shí)，可用濕毛巾或濕衣物等捂住口鼻，迅速離開危險(xiǎn)區(qū)域。10）鉆開含硫油氣層前和在含硫油氣層中鉆進(jìn)，應(yīng)及時(shí)向當(dāng)?shù)卣▓?bào)井上的井控安全狀況。（11）根據(jù)井場(chǎng)安全狀態(tài)，按SY/T5087-2005含硫化氫油氣井安全鉆井推薦作法中的要求分別掛出綠、黃、紅牌；當(dāng)空氣中硫化氫濃度超過安全臨界濃度時(shí)，關(guān)閉井場(chǎng)入口處的大門，并派人巡邏，同時(shí)掛出寫有“危險(xiǎn)：硫化氫一2S”字樣的危險(xiǎn)標(biāo)牌。12）硫化氫與空氣混合后濃度達(dá)到4.3%-46%、天然氣與空氣混合后濃度達(dá)到5%-15%時(shí)，都將形成一種遇火產(chǎn)生爆炸的混合物，應(yīng)采取如下防范措施：柴油機(jī)排氣管無(wú)破漏和積炭，并有冷卻防火裝置，出口

53、與井口相距15m以上，不朝向油罐；在鉆臺(tái)上下、振動(dòng)篩等硫化氫易聚積的地方應(yīng)安裝防爆通風(fēng)設(shè)備，以驅(qū)散工作場(chǎng)所彌漫的硫化氫；嚴(yán)格控制井場(chǎng)內(nèi)動(dòng)火，若需動(dòng)火，應(yīng)按SY/T5858-2004石油工業(yè)動(dòng)火作業(yè)安全規(guī)程中的相應(yīng)規(guī)定執(zhí)行；進(jìn)入井場(chǎng)的車輛應(yīng)距井口至少25m遠(yuǎn)，排氣管要加裝防火罩。13）鉆井隊(duì)在實(shí)施井控作業(yè)中放噴時(shí)，通過放噴管線放出的含硫油氣應(yīng)點(diǎn)火燒掉。14）放噴點(diǎn)火可用固定點(diǎn)火裝置或移動(dòng)點(diǎn)火器具點(diǎn)火。若使用移動(dòng)點(diǎn)火器具點(diǎn)火，點(diǎn)火人員應(yīng)佩帶防護(hù)器具，并在上風(fēng)方向距離火口10m外點(diǎn)火。第五節(jié)硫化氫防護(hù)演習(xí)為了使井場(chǎng)上的所有作業(yè)人員都能高效地應(yīng)付緊急情況，應(yīng)當(dāng)經(jīng)常進(jìn)行硫化氫防護(hù)演習(xí)。（1）當(dāng)硫化氫監(jiān)測(cè)

54、報(bào)警儀發(fā)出警報(bào)時(shí)，應(yīng)采取下列步驟：作業(yè)人員戴上空氣呼吸器，然后按應(yīng)急預(yù)案采取必要的措施；通風(fēng)設(shè)備工況良好，并且所有明火都應(yīng)熄滅；保證至少兩人在一起工作，防止任何人單獨(dú)出入硫化氫污染區(qū)；不必要的人員應(yīng)迅速離開現(xiàn)場(chǎng)，等待指示；封鎖井場(chǎng)大門，并派人巡邏，在大門口插上紅旗，警告鉆機(jī)附近極度危險(xiǎn)。（2）發(fā)出硫化氫情況解除信號(hào)后，參加演習(xí)的人員應(yīng)做下列檢查：檢查空氣呼吸器軟管、面罩等，并判斷可能出現(xiàn)的故障，進(jìn)行必要的整改；給空氣瓶充足氣，以供下次使用；將空氣呼吸器放回原處；檢查硫化氫監(jiān)測(cè)報(bào)警儀，發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)整改；匯報(bào)各種硫化氫監(jiān)測(cè)設(shè)備、防護(hù)器具等有無(wú)破損情況。（3）作好硫化氫防護(hù)演習(xí)記錄，記錄內(nèi)容應(yīng)包括：

55、日期；參加演習(xí)的作業(yè)班及人數(shù)；演習(xí)內(nèi)容的簡(jiǎn)單描述；天氣情況；講評(píng)情況；注明隊(duì)員的不規(guī)范操作和設(shè)備的故障。（4）演習(xí)結(jié)束后，對(duì)硫化氫應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行討論。第六節(jié)鉆井安全作業(yè)一、鉆開含硫油氣層前的準(zhǔn)備工作（1）向全隊(duì)職工及協(xié)作單位人員進(jìn)行地質(zhì)、工程、鉆井液、井控裝備、井控措施和安全等方面的技術(shù)交底，對(duì)含硫油氣層及時(shí)做出地質(zhì)預(yù)報(bào)，建立預(yù)警預(yù)報(bào)制度。（2）鉆井液密度及其他性能符合設(shè)計(jì)要求，并按設(shè)計(jì)要求儲(chǔ)備壓井液、加重劑、堵漏材料和其他處理劑。（3）檢查各種鉆井設(shè)備、儀器儀表、防護(hù)設(shè)備、消防器材及專用工具等配備是否齊全；檢查所有井控裝置、電路和氣路的安裝是否符合規(guī)定、功能是否正常，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)整改。（4）

56、鉆開油氣層前對(duì)全套井控裝備進(jìn)行一次試壓（包括井口附近套管）。（5）在進(jìn)入油氣層前50100m,按照下步鉆井設(shè)計(jì)最高鉆井液密度值，對(duì)裸眼地層進(jìn)行承壓能力檢驗(yàn)。（6）在進(jìn)入油氣層前50m將鉆井液的PH值調(diào)整到9.511之間，直至完井；若采用鋁合金鉆具時(shí)，PH值控制在9.510.5之間。（7）落實(shí)溢流監(jiān)測(cè)崗位、關(guān)井操作崗位和鉆井隊(duì)干部24h值班制度。（8）進(jìn)行班組防噴、防火、防硫化氫演習(xí)，并達(dá)到規(guī)定要求。二、鉆開含硫油氣層前的檢查驗(yàn)收鉆開含硫油氣層前的檢查驗(yàn)收中，應(yīng)對(duì)井場(chǎng)的硫化氫防護(hù)措施（含應(yīng)急預(yù)案及演練等）進(jìn)行安全評(píng)估，未達(dá)到要求的不準(zhǔn)鉆開含硫油氣層。三、管材和工具使用（1）方鉆桿旋塞閥、鉆具止回

57、閥和旁通閥的安裝按SY/T66162005含硫油氣井井控裝備配套、安裝和使用規(guī)范中的相應(yīng)規(guī)定執(zhí)行。（2）鋼材，尤其是鉆桿，其使用拉應(yīng)力需控制在鋼材屈服強(qiáng)度的60%以下。四、鉆井液（1）施工中若發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)鉆井液密度值與實(shí)際情況不相符合時(shí)，應(yīng)按審批程序及時(shí)申報(bào)，經(jīng)批準(zhǔn)后才能修改。但不包括下列情況：發(fā)現(xiàn)地層壓力異常時(shí)；發(fā)現(xiàn)溢流、井涌、井漏時(shí)。若出現(xiàn)上述異常情況，應(yīng)采取相應(yīng)措施，同時(shí)向有關(guān)部門匯報(bào)。（2）發(fā)生卡鉆，需泡油、混油或因其他原因需適當(dāng)調(diào)整鉆井液密度時(shí)，井筒液柱壓力不應(yīng)小于裸眼段中的最高地層壓力。（3）發(fā)現(xiàn)氣侵應(yīng)及時(shí)排除，氣侵鉆井液未經(jīng)排氣不得重新注入井內(nèi)。（4）若需對(duì)氣侵鉆井液加重，應(yīng)在停止鉆

58、進(jìn)的情況下進(jìn)行，嚴(yán)禁邊鉆進(jìn)邊加重。五、含硫油氣處理（1）油氣層鉆井中隨巖屑返出地面的含硫油氣應(yīng)及時(shí)處理并按指定地點(diǎn)排放，不允許將未經(jīng)處理的含硫油氣亂排亂放，造成環(huán)境污染。（2）若鉆井液中氣含硫化氫散發(fā)到空氣中的濃度超過安全臨界濃度，或鉆井液硫化氫的含量超過50mg/m3（33.3ppm），應(yīng)停止鉆進(jìn)，并在鉆井液中添加除硫劑；若非井下溢流引起，則循環(huán)鉆井液，利用液氣分離器或除氣器進(jìn)行脫氣。六、鉆進(jìn)操作（1）含硫油氣層鉆進(jìn)中，若因檢修設(shè)備需短時(shí)間（小于30min）停止作業(yè)時(shí)，井口和循環(huán)系統(tǒng)觀察溢流的崗位不能離人；若因檢修設(shè)備需較長(zhǎng)時(shí)間（大于30min）停止作業(yè)時(shí)，應(yīng)坐好鉆具，關(guān)閉半封閘板防噴器，井

59、口和循環(huán)系統(tǒng)仍需坐崗觀察，同時(shí)采取可行措施防止卡鉆（或事先將鉆具起至安全井段或套管鞋內(nèi)，或在原位置定期活動(dòng)鉆具）。（2）停止鉆井液循環(huán)進(jìn)行其他作業(yè)期間，以及其后重新循環(huán)鉆井液過程中，鉆臺(tái)和循環(huán)系統(tǒng)上的作業(yè)人員要注意防范因油（氣）侵而進(jìn)入鉆井液中的硫化氫。七、起下鉆操作（1）含硫油氣層鉆開后，每次起鉆前都應(yīng)進(jìn)行短程起下鉆，短程起下鉆后的循環(huán)鉆井液觀察時(shí)間應(yīng)達(dá)到一周半以上，進(jìn)出口鉆井液密度差不得超過0.02g/cm3；若后效嚴(yán)重不具備起鉆條件，則應(yīng)調(diào)整鉆井液密度，使之具備起鉆條件。（2）含硫油氣層的水平井段鉆進(jìn)中，每次起鉆前循環(huán)鉆井液的時(shí)間不得少于2周。（3）鉆頭在油氣層中和油氣層頂部以上300m

60、長(zhǎng)左右的井段內(nèi)，起鉆速度不得超過0.5m/s；起鉆中每起出三柱鉆桿或一柱鉆鋌應(yīng)及時(shí)向井內(nèi)灌滿鉆井液，并作好記錄、校核地面鉆井液總量，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)報(bào)告司鉆。（4）起完鉆要及時(shí)下鉆，檢修設(shè)備時(shí)應(yīng)保持井內(nèi)有一定數(shù)量的鉆具，并觀察出口管鉆井液返出情況。（5）含硫油氣層鉆開后的每次下鉆到底循環(huán)鉆井液過程中，鉆臺(tái)及循環(huán)系統(tǒng)上的工作人員要注意監(jiān)測(cè)空氣中硫化氫濃度，直到井底鉆井液完全返出。八、取心（1）在含硫化氫地層中取心，當(dāng)巖心筒到達(dá)地面以前至少10個(gè)立柱時(shí)，應(yīng)戴上正壓式空氣呼吸器。（2）當(dāng)巖心筒已經(jīng)打開或當(dāng)巖心已移走后，應(yīng)使用便攜式硫化氫監(jiān)測(cè)報(bào)警儀檢查巖心筒。在確定大氣中硫化氫濃度低于安全臨界濃度之前