油田酸化作业中硫化氢产生机理及防治措施探讨

31硫化氢不仅危害人的生命安全，而且还会造成严重的环境污染，对金属设备造成严重的腐蚀破坏。现场酸化施工返排残酸中，常会遇到HS，浓度高达几十至几百ppm。为确保施工安全杜绝HS中毒事故的发生，了解硫化氢的性质以及酸化过程中硫化氢气体的来源，并掌握有效的防治措施对企业的安全生产具有重要的现实意义。硫化氢（HS）常温常压下为无色、剧毒、酸性气体，有臭鸡蛋气味；分子量为34.08，熔点为-85.5℃，沸点为-60.4℃，相对密度为1.19（空气=1），比空气稍重；能溶于水，溶解度随水温的升高而降低；在空气中易燃，燃烧时发出蓝色火焰，并产生对眼睛和肺部非常有害的二氧化硫气体，与空气或氧气混合物的爆炸极限是4.3%~46%。硫化氢气体具有刺激性和窒息性，低浓度时具有呼吸道及眼部的刺激作用。高浓度时全身作用较明显，表现为窒息症状和中枢神经系统症状。表1为不同硫化氢气体浓度对人体的危害。硫化氢存在时，金属材料及其合金会在含水环境中发生硫化氢应力腐蚀，并导致氢脆的发生。氢脆破坏往往造成井下管柱的突然断落、井口装置的破坏、仪表和地面管汇的爆破，甚至发生井喷失控或着火事故，后果十分严重。（1）无机形成机理。主要可分为三个方面。①硫酸盐热化学还原产生HS：反应温度≥150℃，2CaSO+4C+2HO==4CO↑+Ca(OH)+Ca(SH)，Ca(SH)+CO→CaCO+HS↑；②硫酸盐在开采中遇到氢气，产生HS：CaSO+4H==Ca(OH)+HS↑+2HO；③黄铁矿遇到盐酸时，分解产生HS：FeS+HCl→FeCl+HS↑。（2）有机形成机理。主要是含硫有机化合物硫醇（RSH）和硫醚（RSR）在高温下分解产生HS。一方面，因为含有硫基（-SH），易与其他物质反应生成HS：4RSH+2CuCl==RSSR+2RSCu+4HCl；FeS+2HCl==FeCl+HS↑。另一方面，C-S键能较低（327kJ/mol），易受热分解产生HS：RCHCHSH→RCH=CH+HS↑；CHSCH→CHCH+HS↑。主要是硫酸盐还原菌在厌氧条件下对水中硫酸盐SO及生物的异化还原代谢作用，产生HS。4Fe→4Fe+8e（阳极反应）22224222222322422222232122222222222252533242[1,2][3][2][4]2-2+1HS的理化性质及危害2HS的产生机理221.1HS的理化性质1.2HS对人体的危害1.3HS对设备的危害2.1化学形成2.2生物形成222表1不同硫化氢气体浓度对人体的危害油田酸化作业中硫化氢产生机理及防治措施探讨◇胜利油田分公司石油工程技术研究院张金秋在油气田开发过程中常会有硫化氢剧毒气体产生，该气体对人体和设备都具有很高的危害性，因此硫化氢的有效防治对于油气田的安全生产至关重要。本文详细介绍了油田酸化作业过程中硫化氢的产生机理，并从物理、化学、生物多种角度提出了硫化氢气体的防治措施，为降低油田酸化作业风险提供技术支撑。技术创新3220154年第期8HO→8H+8OH（水的电离）8H+8e→8H（阴极反应）SO+8H→S+4HO（细菌的阴极去极化）S+2H→HS↑针对油气田开发过程中硫化氢产生机理的不同，硫化氢的防治措施可分为化学法、物理法和生物法。（1）硫化氢消除剂。此措施主要是通过加入化学药品，与硫化氢发生化学反应，从而达到去除硫化氢的目的。早期，国外油气田主要通过酸碱中和法，即将氢氧化钠或碱性苏打加入到钻井液中吸收硫化氢。但硫化氢属酸和氢氧化钠发生酸碱中和反应，要放热，影响硫化氢在水中的吸收，不利于完全消除硫化氢，而且加入量过大时对钻井液性质有负面影响。随着油田注水开发的深入，油田硫化氢含量有明显升高趋势，为此国内外学者研制了各种除硫剂，如海绵铁，碱式碳酸锌等，可有效去除钻井液中的硫化氢。（2）缓蚀剂消除法。国内外学者针对硫化氢的腐蚀性能，研制出了多种防止硫化氢腐蚀的缓蚀剂。目前，国内外常用的有有机胺类、酰胺化合物、季胺化合物，咪唑啉、恶唑啉类产品，以及丙炔醇类。（1）机械通风除硫。将排爆扇和鼓风机安置在硫化氢和二氧化硫聚集较多的低洼区域，可有效降低有害气体的浓度，保证施工人员在安全的浓度范围内施工。（2）物理吸收法除硫。硫化氢是极性分子，分子间具有色散力、取向力和诱导力，可利用这些分子间的作用力去除硫化氢。常用的物理吸收法包括活性炭法、碳酸内烯酯法、加压水洗法、环丁酯法、分子筛法等。（3）防护涂层法。防护涂层可在设备与含硫化氢之间形成一个隔离层，此隔离层可有效的降低设备受硫化氢的腐蚀速率。例如，常用的具有良好的耐高温氧化性能、耐硫化物腐蚀性能的渗铝涂层，可在一定程度上延长设备的使用寿命。硫化氢产生的一个主要原因是硫酸盐还原菌对硫酸盐的还原作用。一方面可以利用某些与硫酸盐还原菌在生活习性上相似的细菌，将这些细菌