高含硫气田开采安全技术

高含硫气田开采安全技术

一、绪论

含硫气田是指产出的天然气中含有硫化氢以及硫醇、硫醚等有机物的气田。硫化氢含量在2%～70%为高含硫化氢气田[1]。世界上已发现了400多个具有商业价值的含硫化氢气田[1,2]。而目前我国含硫气田(含硫2%～4% )气产量占全国气产量的60%。四川、渤海湾、鄂尔多斯、塔里木和准噶尔等盆地相继发现了含硫化氢天然气[1,3-10]。硫化氢含有剧毒[10],对人员有一定的危害。随着天然气勘探力度的不断加大,油气钻井的难度不断增加,含硫天然气田的开采变得格外重要，现已成为我国天然气开发的一个重要方向。

因此，对于高含硫气田开采过程的安全分析和安全管理变得格外重要。文章通过对高含硫气田开采过程进行分析，从人机物法环角度，提出安全管理的要求，并对易发情况提出应对措施。

二、我国高含硫气田概况

1. 我国高含硫气田基本情况

天然气属于清洁能源，大力发展天然气工业是中国重大能源战略决策。中国高含硫天然气资源丰富，开发潜力巨大。截至2011年，中国累计探明高含硫天然气储量约123110m ∧⨯，其中90%都集中在四川盆地[11]。

从20世纪50年代至2000年，中国石油天然气集团公司己在四川盆地开发动用高含硫天然气831402.510m ∧⨯，2000年后随着川东北地区下三叠统飞仙关组气藏和龙岗二、三叠系礁滩气藏的探明，更是迎来了高含硫天然气开采高峰（表1）[12]。随着海相天然气资源勘探力度的加大，中国高含硫天然气探明储量将进入快速增长期，为进一步加快高含硫气田开采奠定了资源基础。除天然气外，硫磺也是高含硫气田所蕴藏的宝贵资源。因此，安全、经济、高效地开采天然气并将有毒硫化氢转化为硫磺，对优化能源结构和节能减排意义重大。

表1 四川盆地主要的高含硫气田统计表

2. 高含硫气藏划分标准

高含硫气藏开发的先导性试验从20世纪60年代开始进行（试验井是卧龙河气田的卧63井，其2H S 含量3419.490/g m ），对2H S 含量达到多少才称为高含硫气藏，概念比较模糊。1995年，中国石油天然气总公司发布了SY/T6168-1995“气藏分类”，对高含硫气藏定义做出明确规定（见表2）。

表2 含硫化氢气藏分类

参照SY/T6168-1995划分标准,目前投产的高含硫气井主要分布在西南油气田分公司所辖的重庆气矿（有38口井）、川东北气矿及罗家寨气田等，主要产层为长兴、飞仙关、嘉陵江。气井腐蚀流体含量较高，其中2H S 含量34.62～491.4903/g m ,CO2含量0.145～222.103/g m 。

三、高含硫气田开采的难点

中国高含硫气田普遍具有气藏埋藏深、地质条件复杂、压力高、含水、多位于人口稠密地的特点，资源开采而临腐蚀性强、成本高、毒性大、事故后果严重等难点。

1. 地质特征复杂

中国高含硫气藏多为深层、高温、高压气藏，气藏非均质性强，常伴有地层水。目前己经发现的高含硫气藏最大埋深为7 000 m ，最大原始地层压力超过80MPa ，气藏最高温度175℃，硫化氢最高含量超过3200/g m 。高含硫气藏储层类型复杂，常常包含裂缝一孔洞、裂缝一孔隙、孔隙型以及边、底水活跃型储层。

2. 含硫天然气田开采投资大、评价要求高

与大型高含硫气藏开采配套建设的天然气净化厂、集输管网投资大，建设工程量大，难于沿用常规气藏逐步完善产能建设的开发模式，因此在开发时对作业的安全和管材的性能都有更高的要求，在开发同等储量和产量时，高含硫气田需要更高的投资和管理费用。并且，一次性规模化建设投产的开采方案对气藏早期描述、产能快速评价等开采早期评价技术提出了更高要求。

3. 开采工程技术难度大

高含硫气藏含有硫化氢、二氧化碳和有机硫，其开采工程技术更为复杂。高含硫气藏的安全清洁高效开发对完井技术、井筒工艺及工具材质、压裂酸化液体系和增产改造工艺技术都提出了更高要求，同时，集输过程必须解决腐蚀监测与控制的难题，净化工艺必须满足大规模天然气处理和严格的污染物排放标准要求，安全环保方而必须实现气田水、硫化氢的零排放。

4. 高含硫气田硫化氢腐蚀严重[13]，环境与安全风险高

高含硫气藏多位于多山、多静风、人居稠密地区。根据四川已开发气田的统计分析表明,含硫气井的腐蚀问题是非常严重的，严重影响气田的正常生产和开发期限，并影响着气田的采收率。硫化氢的存在会腐蚀气田的生产设备、施工设备（如完井和注入管线的材料等）和运输系统。高含硫天然气腐蚀性强，所含硫化物毒性大，钻完井、地而集输、天然气净化等生产环节一旦出现问题将造成严重的环境与安全事故。测试期间施工人员可能会有头晕、恶心等症状，严重时甚至会导致死亡，如2003年的“1223”事故死亡了二百余人。

5. 高含硫气田硫沉积严重

硫化氢气体中的硫元素在开发时会析出形成硫沉积，堵塞地层，使产量降低，采收率降低。在国内外，不管是高含硫，还是低含硫气田，在含硫气田的开发过程中都会出现硫堵现象。因此硫沉积的研究对含硫气藏的开发至关重要，硫的沉积会减小地层孔隙度、降低地层渗透率（图1），影响气井产能。气井产能随元素硫沉积量的增大而降低，下降程度则由气相相对渗透率决定。当采气速度较大时，气体对硫磺的携带能力大，可将硫磺的固体小颗粒带出，从而减少了硫磺的沉积。因此在高含硫气田的开发过程中，为了防止硫沉积，要适当地采用高速开采的方式进行开发。

图1 地层固体沉积对渗透率伤害影响实验分析曲线

目前对硫沉积的研究还处于探索阶段，因此急需加强对硫沉积机理研究，尽快解决硫沉积问题。

6. 易形成水合物堵塞管线

高含硫天然气中含有大量硫化氢，它的天然气水合物形成的温度比较高，易形成天然气水合物，特别是在高硫化氢浓度、高压条件下。在天然气的生产和储运过程中，气体通过的设备在环境温度较低时易发生冰堵，造成气田生产油管及输送管线的堵塞，给气田的开发造成相当大的困难，影响气田正常生产。

四、高含硫气田安全开采

1. 投产前的准备

H S对设备、装置的腐蚀要明显大于普通含硫气井，在开

高含硫天然气井开采中，

2

采和生产管理过程中存在的风险也大于普通含硫气井。开采和生产管理不善，将会直接对人员和环境、设备造成严重的损伤和破坏。高含硫天然气还可能析出单质硫，并降低天然气水合物生成温度，堵塞井口或管道，影响气井的正常开采。因此，制定合理的开采方案和科学的管理制度来保障高含硫气井的正常开采和生产十分重要。

（1）对上、下游管线及设备预评价，确保设备等本质安全。在部分高含硫气井的开采中，高含硫天然气需要进入原有的天然气矿场集输管网。因此，对原建装置、设备