石油天然气钻探过程中硫化氢的监测.docx

1、石油天然气钻探过程中硫化氢的监测石油天然气钻探过程中硫化氢的监测（正式版）In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan,So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives.（示范文本）编订： 审核： 单位： 石油天然气钻探过程中硫化氢的监 测（正式版）使用注恿：该安全管理资料

2、可用在组织/机构/单位管理上，形成定的具有指导性，规划性的 可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情 况作相应修改，请在使用时认真阅读。石油天然气钻探作为一项高技术、高风险的活动，存在着许多影响环境与安全的因素。硫化氢气体 作为这些因素中的最重要的一个，可能导致设备的损 害与人员的伤亡，因此石油钻探过程中硫化氢的监测 工作很重要。多年来，经过各方的努力，硫化氢监测 取得了很大的成绩，绝大部分硫化氢气体得以消弥， 大量可能发生的硫化氢伤害事故得以避免。但是，现 场硫化氢监测工作仍存在一些不足之处。本文对现场 硫化氢监测的一些基本方法加以总结，期望能够对硫

3、 化氢监测工作有所帮助。1硫化氢的性质和对石油钻探的危害要做好石油钻探过程中硫化氢的监测工作，首先 应了解其性质与危害。1.1硫化氢的物理化学性质硫化氢是一种无色、剧毒、强酸性气体，其相对 密度为1. 176,较空气重;燃点250C，燃烧时呈蓝色 火焰，产生有毒的S02;硫化氢与空气混合，体积分 数达4. 346%时就形成一种爆炸混合物。1. 2石油钻探过程中硫化氢的危害1.2. 1硫化氢对人体的危害硫化氢的毒性较一氧化碳大5飞倍，几乎与氤同 样剧毒。硫化氢质量浓度不同，对人的危害也不同， 轻则对人体造成刺激，重则会致使人在几分钟内死 亡。1. 2. 2硫化氢对设备材料的危害(1)硫化氢能加速

4、非金属材料的老化。在地面设 备、井口装置、井下工具中，有橡胶、浸油石墨、石 棉等非金属材料制作的密封件。它们在硫化氢环境中 使用一定时间后，橡胶会产生鼓泡胀大，失去弹性； 浸油石墨及石棉绳上的油被溶解而导致密封件的失 效。(2)硫化氢对金属材料的腐蚀。硫化氢溶于水形 成弱酸，对金属的腐蚀形式有电化学失重腐蚀、氢脆 和硫化物应力腐蚀开裂，以后两者为主，一般统称为 氢脆破坏。氢脆破坏往往造成井下管柱的突然断落、 地面管汇和仪表的爆破、井口装置的破坏，甚至发生 严重的井喷失控或着火事故。1. 2. 3硫化氢污染钻井液硫化氢主要是对水基钻井液有较大的污染。它会 使钻井液性能发生很大变化，如密度下降、P

5、h值下 降、黏度上升，以至形成流不动的冻胶，不能使用， 这必将增加成本，并给施工人员带来安全威胁。2硫化氢的监测2. 1现场常用硫化氢监测仪器2. 1. 1硫化氢库仑检测仪原理：利用库仑滴定原理，将被测气体导入滴定 池，池内装有澳化钾的酸性溶液，池内即发生电解。 电解电流与被测物质的瞬时浓度呈线性关系，由此得 出被测物质的浓度值，并由微安表指示读数。2. 1. 2硫化氢气敏电极检测仪原理：电极由工作电极、参比电极、内充电解液 和透气膜组成。用硫电极作工作电极，用Ag/AgCl电极或LaF3 电极作参比电极。内充电解液Ph为5的柠檬酸盐缓 冲液。硫化氢通过透气薄膜进入电解液转变为S2-离子，平衡

6、时：S2-K1*K2H2S/H+2式中KI、K2为电离常数。当离子强度和Ph值一 定时电极电位为：E0=E-(2. 303RT/2F)LogH2S式中，F为法拉弟常数;T为温度;R为气体常 数。特点：重现性好;响应时间为r3min;适于进行H2S的在线测定。2. 2常用快速化学分析方法2. 2. 1醋酸铅检测管法原理：吸附在硅胶上的醋酸铅能和硫化氢气体迅 速反应，生成褐色的硫化铅，利用这一反应制成比长 式检测管定量测泄硫化氢。制备：称取1. 5g醋酸铅溶于10ml 2%醋酸中， 按1:1的比例加入10ml 2%氯化顿溶液，然后用水稀 释至100ml,制成指示液。将2g处理好的80100目的硅胶

7、放在蒸发皿中， 加入Inil配好指示液，不断搅拌使指示粉自然干燥到 颗粒之间互不粘附。在内径2. 330mm,长150mm的玻璃管中，装入80mm长的指标粉，两端用脱脂棉固定，熔封。用标 准气进行标定，制作浓度标尺测定检测管。干扰：硫醇类物质对测定有干扰。2. 2. 2醋酸铅指示纸法原理：与检测管法相同，处理有醋酸铅的指标纸 与硫化氢作用产生褐色的硫化铅沉积在指示纸上。把 指示纸的颜色与标准比色板相比较，确怎硫化氢的浓 度。制备：称取10g醋酸铅溶于100ml的醋酸中，加 入10ml甘油配成指示液。把慢速定量滤纸在指示液 中浸lmin后取走。夹在干燥的滤纸中吸去多余的液 体，放在不含硫化氢的干

8、净空气中自然干燥。干燥后 剪成与采样夹的直径相同的圆片，密封保存在玻璃容 器中。使用指标纸时，先将其夹在采样夹上，以 lL/min的速度采样，采完规定体积的气样后，将指 示纸折成半圆形，放在标准比色板的相应色阶上比 较，得到硫化氢的含量。然后与采样体积相除得到气 样中硫化氢的体积分数。指标纸与气样接触面积的直 径小，测定灵敏度高，直径大，灵敏度低。石油天然 气钻探现场负责资料信息采集、处理，钻井监控的综 合录井仪一般采用硫化氢气敏电极检测仪进行硫化氢 监测，其携带、安装方便，灵敏度较高，适于在线测 量，适应现场对硫化氢检测需要。塔里木盆地顺1井地处沙漠腹地，交通十分不 便，一旦发生硫化氢事故，

9、求援难度很大。该井使用 国际先进的DLS综合录井仪录井，硫化氢检测仪最小 检测体积分数为10-6,具有灵敏度高，响应时间 短，24h连续监测，声光报警的功能。本井在录井过 程中对硫化氢异常共作出3次预报，成功率为 100%,有效地保证了工程的顺利施工和井场工作人员 的人身安全。3现行井场硫化氢监测问题的思考综合录井作为安全钻井的参谋具有监测及时性 强，预报准确度高的特点，为钻井实施硫化氢监测提 供了可靠依据。但是，目前硫化氢监测方法仅局限于 地面的硫化氢，而对于可能产生硫化氢气体的因素没 有加以监测，同时发现硫化氢异常报警方式单调、硫 化氢传感器安装位置不符合井场硫化氢分布规律等问 题，因此，

10、要对现行硫化氢监测加以改进。3. 1硫化氢监测应从监测地面气体向监测地层流 体延伸硫化氢监测的目的是防止硫化氢对设备特别是对 人员的伤害，因此监测产生硫化氢的因素比监测地面 硫化氢气体更为重要，事实上，国内石油天然气钻探 史上几次特大的硫化氢恶性事故都是对井下流体监测 不力导致井喷所致。3. 1. 1掌握区域资料，认清地层情况虽然某些钻井液添加剂经过高温裂解可能产生硫 化氢，但是石油钻探过程中硫化氢主要来源于地层本 身，它存在于碳酸盐岩与蒸发岩地层中，特别是与碳 酸盐地层伴生的膏盐地层更容易储有硫化氢气体。因 此不同区域的地层硫化氢含量不同，同一区域不同地 层的硫化氢含量、危害性也是不同的。所

11、以要监测硫 化氢必须认清所钻井地层情况，了解区域地质特点。 在实施钻井前，应掌握邻近地区已经出现的硫化氢异 常情况，编制好本井硫化氢监测预报方案。3.1.2加强地层对比分析由于存在地层，产生硫化氢的主要来源有硫酸盐 地层高温还原作用而产生的硫化氢，地层中石油中的 含硫化合物分解而产生的硫化氢，以及壳深部硫化氢 气体通过裂缝向上部运移聚集形成的硫化氢。因此地 层中的硫化氢气体的存在不是孤立的。钻探实践证明 单纯的硫化氢气层是极少的，绝大部分与天然气层、 油层共存。且不同性质地层流体中含有的硫化氢危害 性有明显差异，气层中含硫化氢危害最大，油层其 次，水层相对较小。同时同一区域硫化氢气体的产生 与

12、某一地质年代形成的某种岩性地层（即含硫化氢地 层）相关。因此在掌握区域含硫化氢层位的基础上， 加强钻井过程中随钻分析对比，利用标准层或岩性组 合对比标志层就可准确地预测到即将钻达的含硫化氢 地层，及时向相关方作出将钻达含硫地层的预测，以 便做好防硫化氢的准备。3. 1. 3加强地层压力监测异常高压的存在必然导致上覆地层岩层密度、可 钻性的变化，建立在欠压实理论和岩石骨架密度变化 理论上的地层压力预测技术，是通过现代传感器实时 收集钻头钻进速度、钻压、钻头直径、转盘转速等各 种参数，通过计算机处理后，实时形成DCS指数的参 数与曲线、Sigma指数的参数与曲线，结合区域资料 形成的趋势线可以对地

13、层压力异常层进行预测。钻探过程中对该井已取得的录井资料进行分析， 将硫化氢监测与地层、压力和工程参数的监测有机结 合起来。特别重视高压油气层，根据压力分析提前预 报高压层的出现，及时依据压力监测结果调整钻井液 密度，确保钻井液密度达到技术规范要求。3. 1. 4监测钻进液性能变化硫化氢气体是一种强酸性气体，其水溶液是一种 酸性液体，保持钻井液处于碱性状态，能对地层产出 的硫化氢气体进行中和，因此行业标准要求“在钻开 含硫地层后，要求钻井液的Ph值始终控制在9. 5以 上”，同时钻井液Ph值的降低，也是地层有酸性物 质进入钻井液的标志之一。因此，监测钻井液的Ph 值是降低钻井液中硫化氢含量的需要

14、，也是监测是否 有硫化氢气侵的需要。预防钻探现场硫化氢伤害最有效的方法，是通过 比地层压力高的液柱压力，让硫化氢气体保存在地层 之中不进入钻井液。因此，行业标准要求“钻开含硫 地层的设计钻井液密度，其安全附加密度在规定的油 井 0. 05、0 10g/cm3,气井 0. 070. 15g/cm3,选用上限 值。”发生气侵将降低钻井液密度，降低平衡地层压 力的钻井液柱压力，引发更大的气侵。监测钻井液密 度变化，既是保证钻井液密度满足设计要求的需要， 也是监测是否发生硫化氢气侵的需要。监测钻井液密度的方法包括手工测量与传感器在 线连续监测。由于钻井液密度传感器容易受钻井液粘 附的影响，因此在加强仪

15、器校验、维护的同时，为保 证数据准确性要加强人工测量。3. 1. 5加强钻井施工监测钻井起钻速度过快，叮能产生抽汲作用，起钻过 程中不及时灌注钻井液都可能使液柱压力低于地层压 力，引发气侵，严重的可能引发井喷。为避免钻井施 工引发硫化氢伤害事故发生，行业标准规定“在油气 层和油气层以上起钻时，前10根立柱起钻速度应控 制在5m/s以内”、“油气层和钻过油气层进行起下 钻作业时，必须进行短程起下钻”。各个油气田同时 依据本区的油气层压力特点，对起钻过程中的钻井液 灌注也作了详细规定。因此，现场硫化氢监测应将钻 井施工（特别是起下钻作业）列入监测范围，充分发挥 现场录井设备在线监测功能，设置报警门

16、限，发现违 规作业后，立即向施工人员提出警示，向井场负责人 报警。3. 2按照井场硫化氢分布规律安置检测仪检测仪位置的正确选择是保证检测结果及时、准 确的前提，因此必须按硫化氢分布规律来安装硫化氢 检测器，将传感器安装在能在第一时间检测到硫化氢 出现的位置和能测出硫化氢准确值的位置上，否则导 致检测结果失真。钻井过程中硫化氢气体随钻井液循 环流出，所以首先出现在井口，然后沿脱气器、振动 筛、循环池到泵房一带流动，并不断向周围扩散，因 此，这一带为高含硫化氢地区，其中脱气器、振动筛 处硫化氢量最大。同时由于硫化氢比空气重，硫化氢 出现后会向地面方向流动，随着时间的推移，硫化氢 逐渐在地面积聚，因

17、此方井在垂向上硫化氢积聚最多 的地方。硫化氢的积存量还和空气流动性有关，而循 环罐内拐角处由于通风条件差，容易造成硫化氢积 聚。方井、循环池、振动筛附近和钻台等是现场施工 人员活动频繁的地方，应该列入监测的重点，所以硫 化氢检测器安装位置应该选择缓冲罐（振动筛）、井 口、循环池内拐角处和泵房、钻台、方井，安装方式 应采用立体安装，在方井、喇叭口和附冲罐附近及距 地面较近的位置分别安装检测器。3. 3报警内容多样化目前井场硫化氢监测报警内容比较单一，一般只 向井场发出“有硫化氢出现”的信息，没有发出现有 井场硫化氢危害程度及变化情况的内容，而影响硫化 氢出现的地层、钻井液密度、施工问题则不属于硫

18、化 氢监测预警内容。事实证明，单一的报警不能满足井 场预防措施制定和实施的需要，不能保证防患于未 然。因此井场硫化氢监测应着眼于防患，内容应多样 化。3. 3. 1由报警出现硫化氢气体扩大为预警有可能 出现硫化氢气体(1)依据钻井液性能(特别是钻井液的密度与Ph 值)监测结果，及时向钻井队发出钻井液性能异常的 警示，以利于钻井队及时调整钻井液性能，做好防硫 化氢工作。(2)依据地层压力监测结果，向井队提出地层压 力预报，以利钻井队及时调整钻井液密度及其它性 能，充分平衡地层压力，保证硫化氢气体不侵入钻井 液中。(3)依据随钻分析对比分析结果，向井队提出即 将钻达含硫地层的预警，以利于井场施工队

19、伍做好钻 穿含硫地层的技术与物质准备。(4)依据泵冲、绞车等传感器对钻井施工情况的 监测结果，及时向钻井施工人员及井场负责人发出施 工违规的警示，纠正违规作业，防止硫化氢危害事故 发生。3. 3. 2由单一的出现硫化氢气体报警扩大为分级 报警井场中出现硫化氢气体后其浓度会随着地层压 力、侵入钻井液中硫化氢量及钻井采取的措施而变 化，同时不同浓度的含硫化氢气体对人体的危害程度 是不同的。因此硫化氢气体报警应依据其浓度及对人 体的危害分级，分别向不同人员报警并提出建议：当 体积分数超过5X10-6时，应该向钻台报警，并向钻 井监督和安全主管反映情况。提醒危险地带人员注 意；当体积分数超过2X10-

20、5时应该向钻台报警，建 议除必要人员携带防护品工作外，其他人员撒离危险 区；当体积分数超过5X10-5时，应该向钻台报警， 建议迅速组织人员撒离井场；当体积分数超过1 X 10- 4时，应该向全井场报警，建议关井，全井场人员撒 禺O4结语(1)按照井场硫化氢的分布规律安置传感器，充 分运用可在线测量、灵敏度高的检测仪器是可以及时 检测到井场中的硫化氢气体的。但是现场硫化氢的监 测不应只监测地面的硫化氢气体，而应由监测地面扩 充到地下，由仅报警出现硫化氢气体扩大为预警有可 能出现硫化氢气体，由单一的出现硫化氢气体报警扩 大为分级报警。(2)石油钻探过程中的硫化氢危害是客观存在的，只要作严格执行相关技术规程，做好预防控制工 作，硫化氢的伤害是可以削弱与避免的。做好硫化氢 监测工作是做好硫化氢预防工作的核心环节之一。在 提倡“以人为本”的今天，硫化氢的监测工作显得十 分重要.此处输入对应的公司或组织名字Enter The Corresponding Company Or Organization Name Here