油气田开发中硫化氢产生机理及防治措施

油气田开发中硫化氢产生机理及防治措施

油气田开采过程中常伴生硫化氢剧毒气体，其对人和设备都具有高危害性。硫化氢的有效防治对于油气田的安全开采至关重要。为确保人身安全、杜绝硫化氢中毒事件的发生，降低硫化氢对生产设备的危害，减少硫化氢对环境的污染，必须加强对硫化氢产生机理的研究，掌握硫化氢气体的防范与治理措施。

硫化氢( 化学式H2S)是一种无色、有毒、密度大于空气、有臭鸡蛋气味、可燃的酸性气体。其毒性较一氧化碳大5～6倍，是大气污染物之一，吸入较高浓度( 一般1000 mg/m3以上)时，中毒者会快速死亡。H2S溶于水形成弱酸，对金属腐蚀形成氢脆破坏，会造成井下管柱的突然断落，地面管汇和仪表的爆破，井口装置的破坏等，严重时甚至引发井喷失控或着火事故。随着石油和天然气工业的发展及油气输送、加工、利用以及探井和生产井工作量加大，潜藏的硫化氢极大地增加了油气生产的生态危险。

一、油气田开发过程中硫化氢的产生机理主要为以下几个方面：

1、硫酸盐还原菌（SRB）还原作用

在油气藏地层深处通常含有大量的硫酸盐还原菌，一方面地层的温度为其提供了滋生的条件，另一方面地层中含有大量的铵根离子及硝酸根离子，为硫细菌的生长提供了营养物质，通过对含有硫化氢的油水混合物进行破乳后取水样注射到细菌瓶中培养，发现含有铁钉的细菌瓶培养液颜色变黑，将细菌瓶打开后有恶臭气体溢出，从而得知硫酸盐还原菌的代谢产物含有大量的硫化氢，产生的硫化氢溶于水腐

蚀了瓶中的铁钉。SRB在生长和繁殖中, 可将SO42-还原成H2S，SRB 可加速碳钢的厌氧腐蚀。在SRB 诱导碳钢厌氧腐蚀机理中，H2S对腐蚀反应即有阴极去极化作用, 又具有阳极去极化作用。

在有氧的溶液中, 碳钢的腐蚀反应为:

Fe- 2e—→Fe2+ ( 阳极反应)

O2+ 2H2O+ 4e→4OH- ( 阴极反应)

缺氧情况下, 阴极反应为2H+ + 2e→H2。据电化学腐蚀原理和实验事实, SRB 诱导碳钢腐蚀机理是:

Fe- 2e→Fe2+ ( 阳极反应)

2H+ + 2e→H2( 阴极反应)

SO42-+8H+→S2-+H2O (SRB阴极去极化)

S 2- + 2H+ →H2S ( 阴极去极化)

Fe2+ + S2- →FeS ( 阳极去极化)

Fe2+ + H2S→FeS+ 2H+

此外，在油气田开的开发过程中经常通过注水井向油层注水以保持油层压力，部分未经过杀菌处理的污水常含有硫酸盐还原菌，地层中硫酸盐及油田水中的硫酸根在厌氧条件下，通过硫酸盐还原细菌的活动，同样会产生硫化氢气体。

2、生物体的代谢产物和降解产物中，有脂肪族含硫化合物(如硫醇)、芳香族含硫化合物(磺酸)、含硫的氨基酸，还有H2S和硫。当生物死亡后，生物体内的硫和含硫有机化合物与沉积物一起被埋入地下，经过水解、氧化、细菌降解等各种复杂的化学和生化作用，伴有H2S

的生成。若这些过程发生在地表或浅层沉积物中，H2S难以保存，而能够保存下来的含硫有机化合物、硫酸盐和硫，则为以后H2S的再次形成提供了物质条件。

3、硫酸盐热化学还原作用。

在高温作用下,有机质和烃类与硫酸盐发生作用，将硫酸岩矿物（硫酸钙、硫酸镁）还原生成硫化氢和二氧化碳。这种高温作用受埋深、地温的影响，也可能受岩浆活动的影响，成为含硫酸盐深部地层大量生成H2S的主要原因。硫酸盐热化学还原作用是天然气中生成高丰度硫化氢的主要原因，其发生的温度一般大于150℃。

二、防治措施

针对油气田开发过程中硫化氢产生机理的不同，应用较多硫化氢的防治措施可分为杀灭硫酸盐还原菌和液体脱硫剂处理。

1、防治硫化氢还原菌。

硫化氢还原菌被认为是硫化氢产生的生物原因，存在于油田注入水中尤其是油田产出水中。用杀菌剂可以阻止硫酸盐还原菌的活动，通过采用非氧化型季膦盐类复合型杀菌剂，易溶于水，化学性质稳定，具有优异的广谱杀菌效果，对人体无毒，绿色环保，具有杀菌速度快、配伍性好的特点，针对含聚污水，采用季铵盐类复合型杀菌剂。一、选择在采出液SRB菌含量高的单井采用单井滴加的方式投加杀菌剂，在采出液进入集输管线前杀灭SRB菌；二、在联合站投加杀菌剂，加大对联合站外输水的SRB菌检测，确保联合站外输水在回注前不含SRB菌。

2、液体脱硫剂处理

通过动力系统把液体脱硫剂泵入油井套管中，针对套管气、采出液中含有的硫化氢进行无害化处理，可以将硫化氢转换为可溶性盐，从而去除硫化氢危害。可以采用连续投加或冲击投加的方式。液体脱硫剂由主剂、渗透剂、分散剂、增效剂、表面活性剂等组成。

脱硫剂主剂为有机胺型脱硫剂，利用二元有机胺溶液无害化脱除H2S，碱性的有机胺脱硫剂主剂与硫化氢发生中和反应，生成可溶性盐，反应机理为：

R-NH2+H2S→(R-NH3)2S

通过主剂可以有效吸收脱除油气层中的H2S气体，为了保证加入的脱硫剂能够很好的与原油互溶，保证有效成分的超分散状态，以提高脱硫效率，脱硫剂除了主剂还需要添加渗透剂、分散剂、表活剂和增效剂等。