石油天然氣鉆探過程中硫化氫的監(jiān)測(cè)

石油天然氣鉆探過程中硫化氫的監(jiān)測(cè)石油天然氣鉆探作為一項(xiàng)高技術(shù)、高風(fēng)險(xiǎn)的活動(dòng)，存在著許多影響環(huán)境與安全的因素。硫化氫氣體作為這些因素中的最重要的一個(gè)，可能導(dǎo)致設(shè)備的損害與人員的傷亡，因此石油鉆探過程中硫化氫的監(jiān)測(cè)工作很重要。多年來，經(jīng)過各方的努力，硫化氫監(jiān)測(cè)取得了很大的成績(jī)，絕大部分硫化氫氣體得以消彌，大量可能發(fā)生的硫化氫傷害事故得以避免。但是，現(xiàn)場(chǎng)硫化氫監(jiān)測(cè)工作仍存在一些不足之處。本文對(duì)現(xiàn)場(chǎng)硫化氫監(jiān)測(cè)的一些基本方法加以總結(jié)，期望能夠?qū)α蚧瘹浔O(jiān)測(cè)工作有所幫助。硫化氫的性質(zhì)和對(duì)石油鉆探的危害要做好石油鉆探過程中硫化氫的監(jiān)測(cè)工作，首先應(yīng)了解其性質(zhì)與危害。硫化氫的物理化學(xué)性質(zhì)硫化氫是一種無色、劇毒、強(qiáng)酸性氣體，其相對(duì)密度為1.176，較空氣重；燃點(diǎn)250C，燃燒時(shí)呈藍(lán)色火焰，產(chǎn)生有毒的S02硫化氫與空氣混合，體積分?jǐn)?shù)達(dá)4.3~46%時(shí)就形成一種爆炸混合物。石油鉆探過程中硫化氫的危害硫化氫的毒性較一氧化碳大5~6倍，幾乎與氰同樣劇毒。硫化氫質(zhì)量濃度不同，對(duì)人的危害也不同，輕則對(duì)人體造成刺激，重則會(huì)致使人在幾分鐘內(nèi)死亡。(1)硫化氫能加速非金屬材料的老化。在地面設(shè)備、井口裝置、井下工具中，有橡膠、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被溶解而導(dǎo)致密封件的失效。(2)硫化氫對(duì)金屬材料的腐蝕。硫化氫溶于水形成弱酸，對(duì)金屬的腐蝕形式有電化學(xué)失重腐蝕、氫脆和硫化物應(yīng)力腐蝕開裂，以后兩者為主，一般統(tǒng)稱為氫脆破壞。氫脆破壞往往造成井下管柱的突然斷落、地面管匯和儀表的爆破、井口裝置的破壞，甚至發(fā)生嚴(yán)重的井噴失控或著火事故。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)生很大變化，如密度下降、Ph值下降、黏度上升，以至形成流不動(dòng)的凍膠，不能使用，這必將增加成本，并給施工人員帶來安全威脅。硫化氫的監(jiān)測(cè)2.1現(xiàn)場(chǎng)常用硫化氫監(jiān)測(cè)儀器原理：利用庫侖滴定原理，將被測(cè)氣體導(dǎo)入滴定池，池內(nèi)裝有溴化鉀的酸性溶液，池內(nèi)即發(fā)生電解。電解電流與被測(cè)物質(zhì)的瞬時(shí)濃度呈線性關(guān)系，由此得出被測(cè)物質(zhì)的濃度值，并由微安表指示讀數(shù)。原理：電極由工作電極、參比電極、內(nèi)充電解液和透氣膜組成。用硫電極作工作電極，用Ag/AgCI電極或LaF3電極作參比電極。內(nèi)充電解液Ph為5的檸檬酸鹽緩沖液。硫化氫通過透氣薄膜進(jìn)入電解液轉(zhuǎn)變?yōu)镾2-離子，平衡時(shí)：[S2-]K1*K2[H2S]/[H+]2式中K1、K2為電離常數(shù)。當(dāng)離子強(qiáng)度和Ph值一定時(shí)電極電位為：E0=E-(2.303RT/2F)Log[H2S]式中，F(xiàn)為法拉弟常數(shù);T為溫度;R為氣體常數(shù)。特點(diǎn)：重現(xiàn)性好；響應(yīng)時(shí)間為1~3min;適于進(jìn)行H2S的在線測(cè)常用快速化學(xué)分析方法原理：吸附在硅膠上的醋酸鉛能和硫化氫氣體迅速反應(yīng)，生成褐色的硫化鉛，利用這一反應(yīng)制成比長(zhǎng)式檢測(cè)管定量測(cè)定硫化氫。制備：稱取1.5g醋酸鉛溶于10ml2%醋酸中，按1:1的比例加入10ml2%氯化鋇溶液，然后用水稀釋至100ml，制成指示液將2g處理好的80~100目的硅膠放在蒸發(fā)皿中，加入1ml配好指示液，不斷攪拌使指示粉自然干燥到顆粒之間互不粘附。在內(nèi)徑2.3~3.0mm,長(zhǎng)150mnl勺玻璃管中，裝入80mn長(zhǎng)的指標(biāo)粉，兩端用脫脂棉固定，熔封。用標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)行標(biāo)定，制作濃度標(biāo)尺測(cè)定檢測(cè)管。干擾：硫醇類物質(zhì)對(duì)測(cè)定有干擾。原理：與檢測(cè)管法相同，處理有醋酸鉛的指標(biāo)紙與硫化氫作用產(chǎn)生褐色的硫化鉛沉積在指示紙上。把指示紙的顏色與標(biāo)準(zhǔn)比色板相比較，確定硫化氫的濃度。制備：稱取10g醋酸鉛溶于100ml的醋酸中，加入10ml甘油配成指示液。把慢速定量濾紙?jiān)谥甘疽褐薪?min后取走。夾在干燥的濾紙中吸去多余的液體，放在不含硫化氫的干凈空氣中自然干燥。干燥后剪成與采樣夾的直徑相同的圓片，密封保存在玻璃容器中。使用指標(biāo)紙時(shí)，先將其夾在采樣夾上，以1L/min的速度采樣，采完規(guī)定體積的氣樣后，將指示紙折成半圓形，放在標(biāo)準(zhǔn)比色板的相應(yīng)色階上比較，得到硫化氫的含量。然后與采樣體積相除得到氣樣中硫化氫的體積分?jǐn)?shù)。指標(biāo)紙與氣樣接觸面積的直徑小，測(cè)定靈敏度高，直徑大，靈敏度低。石油天然氣鉆探現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)資料信息采集、處理，鉆井監(jiān)控的綜合錄井儀一般采用硫化氫氣敏電極檢測(cè)儀進(jìn)行硫化氫監(jiān)測(cè)，其攜帶、安裝方便，靈敏度較高，適于在線測(cè)量，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)硫化氫檢測(cè)需要。塔里木盆地順1井地處沙漠腹地，交通十分不便，一旦發(fā)生硫化氫事故，求援難度很大。該井使用國際先進(jìn)的 DLS綜合錄井儀錄井，硫化氫檢測(cè)儀最小檢測(cè)體積分?jǐn)?shù)為10-6，具有靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間短，24h連續(xù)監(jiān)測(cè)，聲光報(bào)警的功能。本井在錄井過程中對(duì)硫化氫異常共作出3次預(yù)報(bào)，成功率為100%，有效地保證了工程的順利施工和井場(chǎng)工作人員的人身安全?，F(xiàn)行井場(chǎng)硫化氫監(jiān)測(cè)問題的思考綜合錄井作為安全鉆井的參謀具有監(jiān)測(cè)及時(shí)性強(qiáng)，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)，為鉆井實(shí)施硫化氫監(jiān)測(cè)提供了可靠依據(jù)。但是，目前硫化氫監(jiān)測(cè)方法僅局限于地面的硫化氫，而對(duì)于可能產(chǎn)生硫化氫氣體的因素沒有加以監(jiān)測(cè)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)硫化氫異常報(bào)警方式單調(diào)、硫化氫傳感器安裝位置不符合井場(chǎng)硫化氫分布規(guī)律等問題，因此，要對(duì)現(xiàn)行硫化氫監(jiān)測(cè)加以改進(jìn)。3.1硫化氫監(jiān)測(cè)應(yīng)從監(jiān)測(cè)地面氣體向監(jiān)測(cè)地層流體延伸硫化氫監(jiān)測(cè)的目的是防止硫化氫對(duì)設(shè)備特別是對(duì)人員的傷害，因此監(jiān)測(cè)產(chǎn)生硫化氫的因素比監(jiān)測(cè)地面硫化氫氣體更為重要，事實(shí)上，國內(nèi)石油天然氣鉆探史上幾次特大的硫化氫惡性事故都是對(duì)井下流體監(jiān)測(cè)不力導(dǎo)致井噴所致。雖然某些鉆井液添加劑經(jīng)過高溫裂解可能產(chǎn)生硫化氫，但是石油鉆探過程中硫化氫主要來源于地層本身，它存在于碳酸鹽巖與蒸發(fā)巖地層中，特別是與碳酸鹽地層伴生的膏鹽地