川西气田含硫气井中和除硫工艺浅析

川西气田含硫气井中和除硫工艺浅析

余伟 张翼周玉镯杨龙俊

西南石油工程有限公司井下作业分公司 四川 德阳 618000

摘要：川西气田含硫气井主要目的层是雷口坡组四段，该储层拥有超深、高温、高含硫油气藏特征，油气开发潜力巨大。该区域含硫气井主要采用酸化进行储层改造，酸化改造后在放喷测试过程中，返排液中残存着大量酸液及H2S等有毒有害气体，若出现H2S外溢或残酸异味扩散等异常情况，可能造成人员伤亡或环境污染等安全、环保事故。因此在川西气田含硫气井各个阶段的完井试气施工中对返排液进行中和除硫都是施工过程中的重中之重且迫在眉睫。本文通过分析、对比川西气田含硫气井各阶段的中和除硫工艺，并对相对应阶段的中和除硫工艺进行总结，为类似油气井的中和除硫工艺提供相应的技术支撑和相关施工经验。

关键词 含硫气井、中和除硫、硫化氢、残酸

1 引言

近年来，随着川西气田开发力度的加大，川西气田正一步步从前期勘探阶段步入完井投产阶段。川西气田含硫气井的完井测试施工同普光气田、元坝气田等老牌含硫气田相比，开发过程中面临井场周边人口密集、水系发达等地缘条件。为硫化氢及残酸异味扩散提供便利的条件，给完井测试施工带来极大的困难和不确定性因素，同时给施工带来极大的施工风险及安全环保风险。为有效降低返排液中的H2S浓度及残酸异味的扩散成了测试现场亟待解决的问题。

2 中和除硫工艺简况

2.1初期中和除硫工艺

川西气田含硫气井初期的探井在放喷测试过程中沿用之前类似酸性气田（如普光气田、元坝气田）的中和除硫工艺进行残酸中和除硫：开井排液前在放喷池内投入大量片碱，返排残酸直接排入放喷池与片碱发生中和反应，提高返排液PH值，产气后天然气在放喷池进行燃烧，同时放喷池内的返排液在天然气燃烧烘烤下蒸发消耗，当放喷池储层空间受限时下减小放喷排液工作制度，或将放喷池内的返排液回抽至临时存储罐中储存，施工结束后再进行钻后治理。这样的处理工艺给作业现场带来的极大安全隐患和施工风险：首先放喷池储存空间有限（一般放喷池安全储存容积为300m³），根据酸化规模或返排速率放喷可能存在溢池或者墙体经高温烘烤后出现裂缝，导致池内返排液外溢的风险，给施工现场带来极大的安全、环保风险。

其次是提前投入到放喷池内的片碱与返排液不能充分发生反应，导致返排液pH值呈弱酸性且含硫化氢，测试施工结束后大量未充分中和的片碱残留在放喷池内与返排液形成含硫絮体，同时絮体和液体中的硫化氢含量超标（最高浓度能达到300-500ppm）给后续的治理工作带来风险、隐患和治理难度， 极大的增加了钻后治理成本。

第三是长时间（一般放喷测试周期为5-7天）的放喷排液施工，经高温烘烤的残酸散发异味、含硫天然气燃烧后产生二氧化硫随大气气流上升，随风四处扩散，造成施工区域范围内各种异味掺杂，甚至在天气较为糟糕的气候条件下形成酸雨或者酸雾飘落在农作物或人员身上，具有一定的腐蚀性。造成周边居民恐慌，影响生态环境，造成一定的环境污染，严重影响企业形象，同时给企地关系造成一定的负面形象。

3.2中期中和除硫工艺

首先在地面测试流程中增加喷火装置1套，这样可以对放喷排液初期返排液中可能含有的硫化氢气体进行充分燃烧，形成二氧化硫，降低液体中硫化氢浓度，防止返排液中的硫化氢气体未经燃烧扩散、外溢至大气中，造成人员伤害和环境污染。其次是在测试流程中在放喷池增设1套喷淋装置，放喷排液过程中对放喷池喷洒清水或液态碱，在放喷池内能形成一道水雾屏障，这样可以使未充分燃烧的硫化氢或燃烧后形成的二氧化硫以及返排液中的残酸异味被水雾屏障压制，阻止这些有毒有害气体随着放喷点火期间的热浪上升进入大气空间，并扩散至周边环境中造成人员恐慌和环境污染。最后，利用搅拌器与液罐组合形成了一套现场配置碱液的配液装置，用于现场及时将片碱调配成液态碱用于拌注，同时在地面流程的二级管汇中增加一条拌注通道连接拌注泵，在放喷排液过程根据返排液pH值的情况在管道中适当拌注液态碱，液态碱与返排液在管道产生中和反应后到达放喷池，若返排液呈酸性则增加拌注排量，若呈碱性或中性则减少拌注排量，达到了通过掌握返排液pH值调整拌注液态碱流量实现残酸中和的目得。

3.3目前中和除硫工艺

首先，为确保现场作业人员操作安全及测试设备使用安全，结合国内相关区域的中和除硫工艺，引进了在线中和除硫设备进行在线实时中和除硫，该除硫设备主要由泵注系统、监测系统、回收系统等相关设备组成，侧重于返液体不落地，在测试管道之中对返排液及返排液中的硫化氢进行中和除硫，中和除硫后的返排液直接进入返排液回收罐，不在进入放喷池，通过液态碱将返排残酸pH值提到7-9之间，同时在管道中添加除硫剂对返排液进行除硫处理，通过实时监控的pH值及返排液硫化氢浓度含量进行适当调整添加药剂排量进行控制，有效的解决了返排残酸异味扩散及返排液硫化氢浓度超标的难题。其次则是与控制系统相匹配的混合搅拌系统，混合搅拌系统主要作用是为中和除硫药剂与返排液进行充分搅拌混合提供空间，将混合器总成与测试流程管道相连，在放喷排液过程中将返排液与中和除硫药剂进行充分混合搅拌达到处理目得。该装置中安装有单流阀防止气体、液体倒罐进入泵注系统，同时拥有两套涡轮，在液体的流动冲刷下自动旋转对中和除硫药剂与返排液进行充分搅拌形成化学反应，达到中和除硫的目得。第三是在线监控系统，主要实时监测返排液PH值和返排液中的硫化氢含量，根据监控情况适当调整拌注中和除硫药剂排量，实时监测系统主要以PH值保护套和固定式硫化氢监测仪为主。PH值保护套安装在管道中用于监测返排液PH值，根据PH值检测情况添加液碱和中和剂将返排液PH值调整至7-9,硫化氢检测主要以固定式硫化氢检测仪为主，安装在返排液回收罐排液口，根据返排液返出硫化氢检测情况进行实时调整除硫剂添加量。最后是返排液回收系统，返排液回收系统主要以返排液回收罐为主，返排液回收管线从分离器液出口直接连接至回收罐，液体通过分离器进行液气分离器后进入返排液回收罐，在分离器液出口端与回收罐群之间安装混合搅拌器等相关设备，井筒流体返出后经分离器进行气液分离，气体进入放喷池直接燃烧，液体经混合搅拌器中和搅拌除硫后进入返排液回收罐进行存储或者直接拉运离场进行污水治理。由此实现了液体不落地，在线实时中和除硫目得。

4 认识及建议

（1）利用现有试气地面测试流程，对除硫设备与流程连接切合度进一步进行优化，避免设备因长时间运转或操作不当发生事故。

（2）经过多井次多层次的投入使用后，在目前工艺下返排液已不进入放喷池，建议可取消在放喷池安全喷淋装置，取消放喷池喷淋可减少环保工作量，节约成本。

（3）在此工艺情况下返排液回收罐相当于燃烧池，虽返排液气液分离并进行中和除硫但是不能排除返排液中任然含有可燃气及硫化氢等有毒有害气体的状态，返排液回收罐多为半密闭式罐，可能存在闪爆的风险，建议将返排液引流至污水池等更为宽敞的回收池内。

（4）根据多井使用情况可见，当井筒不出液或出液量极少时，分离器分离效果满足不了气液分离条件，此时仍将液体排至返排液回收罐将会液体中含有大量的可燃气体，此时进行中和除硫不但不能达到除硫效果，反而会将原本已处理的返排液污染，致使罐内的返排液硫化氢浓度上升。鉴于此情况，可根据现场排液情况和产量情况，将气液同时排至放喷池进行燃烧。

参考文献：

[1]《含硫气井密闭测试与安全排采技术研究隐患治理项目实施方案》.

[2]《含硫气井密闭测试与安全排采技术研究隐患治理项目竣工报告》.

[3]《含硫气井密闭测试与安全排采技术研究》