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油田生产中硫化氢的危害及防护分析

发表时间：2021/6/10 来源：《中国科技信息》2021年7月作者：吕家磊

[导读] 石油工业生产的各个环节中，H2S是客观存在的，其危害也是严重的，其对生产和操作人员人身安全的影响是不容忽视的，但在生产中只要做到设计合理，工艺可靠，安全防护措施得当，硫化氢危害是完全可以避免的。

胜利石油工程公司培训中心(党校)石油工程技术培训部吕家磊

摘要：石油工业生产的各个环节中，H2S是客观存在的，其危害也是严重的，其对生产和操作人员人身安全的影响是不容忽视的，但在生产中只要做到设计合理，工艺可靠，安全防护措施得当，硫化氢危害是完全可以避免的。
关键词：硫化氢气体；危害；防护措施
        我国大多数的油气田都一定程度的含有硫化氢，硫化氢对人体具有极强的危害性，并且对生产设备的腐蚀性也非常严重。在生产过程中，如果不能很好的解决硫化氢的问题，将会产生严重的后果，包括对人身生命安全造成威胁，以及使油气田减产，甚至停产。因此，为了保证石油生产的顺利进行，正确认识硫化氢的性质、来源及防护措施就显得尤为重要。
        一、硫化氢的危害
        1.对人体的危害
        硫化氢对人体具有极强的危害性，硫化氢主要通过呼吸系统进入人体，它对人体中枢神经系统的危害尤为突出。硫化氢对人体的危害主要通过与血液中的氧发生反应，导致人体缺氧，使人产生窒息甚至死亡。
        2.对钻、录井设备的腐蚀
        当硫化氢溶干水时，便会电离出H+、HS-和S2-使溶液呈酸洗。它对油田金属设备的腐蚀形式主要有有电化学腐蚀、氢脆(包括氢鼓泡和氢致开裂)和硫化物应力开裂。
        ①金属的电化学腐蚀
        金属的电化学腐蚀实质就是金属与硫化氢溶于水后产生的H+、HS-和S2-反应所造成的腐蚀损害。在不同的硫化氢浓度、PH值以及温度的情况下，电化学腐蚀产物主要有Fe9S8、Fe3S4、FeS2、FeS等。金属的电化学腐蚀主要对油气设备的局部造成腐蚀，如产生斑点、蚀坑等，从而造成油、套管的局部变薄、穿孔甚至破裂等。
        ②金属的氢脆和硫化物应力腐蚀开裂
        硫化氢电化学腐蚀产生的氢原子，在向金属内部运移过程中遇到因电化学腐蚀产生的蚀坑时，便会在这些部位聚集并形成氢分子，氢分子的体积是氢原子的20倍，这样就造成了金属材质内部的体积膨胀，从而产生了极大的内应力，致使硬度较低的金属材质发生鼓泡变硬，硬度较高的金属材质内部则产生微裂纹，而变脆易破裂。所谓硫化物应力腐蚀开裂的实质就是存在氢脆的金属设备在足够的外拉力或残余张力下所发生的破裂。大量的研究表明，金属设备的应力腐蚀开裂趋势与金属的强度成正比。
        3.对钻井液造成污染
        钻井液中的硫化氢主要有以下几个来源：地层流体中的硫化氢侵入钻井液；某些钻井液在地层条件下分解产生的硫化氢；某些钻井液与地层中的细菌发生作用而产生的硫化氢；某些钻具润滑物质与地层中的游离硫反应生成的硫化氢。硫化氢对水基钻井液的性能影响尤为明显，主要表现为：钻井液的颜色发生变化；钻井液的PH值变小；钻井液的部分物质分解而使其密度下降；黏度上升，流动性变差，甚至变成不能流动的冻胶。

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        4.加速非金属材料的老化
        在油井作业施工、生产过程中大量采用橡胶、塑料、浸油石墨等非金属材料，由于它们长时间与硫化氢接触，橡胶会逐渐失去弹性甚至开裂、塑料会逐渐老化、浸油石墨的密封性能会逐渐下降。
        二、防范措施
        1.硫化氢气体的检测
        在油气生产过程中，加强硫化氢气体的检测及上岗人员的安全培训是预防风险的前提。每名工作人员都要树立科学防范硫化氢危害的意识，严格遵守相应的操作规程。在硫化氢井生产施工过程中，每名工作人员都应配备便携式硫化氢检测仪及相应的防护器具，并做到人人会使用、会维修。目前，国家、行业标准规定的硫化氢测量方法是碱性锌氨络合盐溶液测定法。现场常用的检测方法主要有标准碘量法、快速测定管法、醋酸铅试纸法、激光法等。现场常用的监测仪器主要有硫化氢库仑检测仪、便携式监测仪、固定式检测仪等。此外，在硫化氢可能聚集的地方，应安装硫化氢检测报警装置。
        2.硫化氢危害的防治
        提高生产设备的抗腐蚀能力在生产过程中，对接触硫化氢的生产设备要根据实际情况提高其抗硫化氢腐蚀的能力，如某些特殊材质经过特殊处理(超细晶粒原始奥氏体经淬火)后，抗硫化氢腐蚀的能力大大增强，此外，还可以使用带内涂层(如镍磷涂层)的油套管，内涂层能够有效隔离硫化氢对金属材质的腐蚀，大大延长油套管的使用寿命。
        3.硫化氢的生物治理方法
        国外常用的硫化氢的生物治理方法主要有A．D．A．法、富玛克斯法、达克哈克斯法、克劳斯法等，然而这些方法依旧存在极大的局限性，比如投资大、高能耗、二次污染等。通过生物法除硫化氢主要有两种途径：一种是抑制产生硫化氢的微生物的生长；另一种是促进能消耗硫化氢的微生物的生长。
        4.钻井液中加入除硫剂
        目前，在钻井液中加入的除硫剂主要是碱式碳酸锌和海绵铁。碱式碳酸锌通常应用在硫化氢浓度较低的油气井，它的加入可以使硫化氢的浓度显著降低，铁的电极电势比锌高，因而它的加入对铁质材料能形成有效保护。碱式碳酸锌通常在pH值较高的条件下使用，因为当钻井液的pH值较低时，除硫反应生成的氢离子可迅速与碱式碳酸锌发生反应，而使其失去加入的意义，而且大量生成的锌离子还会使钻井液的性能下降甚至失效。海绵铁是拥有巨大比表面积的多孔铁，当存在大量硫化氢侵入钻井液时，现场通常用海绵铁进行除硫处理，而且它对钻井液性能的影响相比碱式碳酸锌要小的多。
        5.加入缓蚀剂
        在油田作业过程中常用的缓蚀剂主要分为以下三种类型：吸附型，钝化型和沉淀型。根据不同的工作介质，可以选择不同类型的缓蚀剂。通常情况下，中性介质中多使用钝化型和沉淀型的缓蚀剂；酸性介质中多使用吸附型的缓蚀剂。
        三、事故应急处理预案
        在石油开发过程中，已经发生多次重大的硫化氢事故，究其原因与缺乏完善的应急处理方案有很多的关系。在发生硫化氢事故时，由于缺乏相应的应急预案，工作人员不能采取有效措施，从而贻误战机，造成重大的人身财产损失。因此，在针对硫化氢井施工过程之前，根据实际情况制定合理的应急方案，组织相关部门的工作人员进行必要的事故处理演练是很有必要的。
参考文献
[1]杨嫱,董小刚,贺雪红,王团.油田硫化氢腐蚀原因及防护措施[J].化工设计通讯,2019,45(08):45-46.
[2]张学丰.油田生产硫化氢危害及防治[J].黑龙江科技信息,2017(03):61.