油气田硫化氢形成机理与安全防治分析

2014-08-15赵鑫陈立海陈刚

化工管理 2014年35期

关键词：含硫硫酸盐硫化氢

赵鑫陈立海陈刚

长庆油田分公司安全环保处陕西西安 710018

前言

随着社会经济的不断发展，我国对油气能源的需求也呈日益增长趋势。但在油气田开采过程中常伴有一种剧毒气体，即硫化氢（H2S）。该气体的毒性较大，是一氧化碳的5倍以上，同时，它也是大气污染物之一，对人体的安全和环境影响很大[1]。

一、油气田硫化氢形成的机理

近年来，油气田的开发技术有很大进步，并在硫化氢问题研究方面也取得了一定成果。根据目前的研究成果，认为油气田在开发过程中出现的硫化氢，其形成机理主要包括以下几个方面。

1.硫酸盐还原菌的还原作用

油气藏地层的深处温度一般在40℃左右，且该处的地层中存在大量的硝酸根离子和铵根离子，这为硫酸盐还原菌提供了良好的滋生环境和营养物质，因此，该处往往存在大量的硫酸盐还原菌。有研究对含有硫化氢的油水混合物进行分析，取混合物破乳后的水样放入有铁钉的细菌瓶中进行培养。结果发现铁钉遭到腐蚀，培养液的颜色明显变黑，并有一股臭鸡蛋气味溢出，从而判定在硫酸盐还原菌的代谢产物中存在大量的硫化氢。另外，进行油气田开发时，为保持油层的压力，常会通过注水井往油层注水。但注入的水很多是未经过杀菌处理的污水，这些水体中常含有大量的硫酸盐还原菌。油田水中的硫酸根和地层中的盐酸盐处于厌氧条件下，然后在硫酸盐还原菌的作用下，从而还原成硫化氢气体。

2.硫酸盐的热化学还原反应作用

当温度达到120-150℃时，烃类或有机物和硫酸盐矿物会发生一定的化学反应，从而产生硫化氢[2]。分析热化学的成因，主要是油气藏地层中的硫矿物会在地质条件下与油气产生化学反应，从而出现硫化氢。因为地层深处往往处于高压和高温的状态，地层中含有的硫矿物会与烃类发生反应。而处于较高温度下，含硫的有机物也可能会发生热化学反应，从而产生硫化氢。总结发生热化学反应形成硫化氢需要满足以下几个条件：一是含有硫矿物（或者硫酸根离子）；二是有比较丰富的烃类或者有机物；三是温度在120～150℃温度以上的情况[3]。

3.含硫有机化合物的热分解

油气田中硫化氢很多都是由于油气藏中的含硫有机化合物，在一定条件下发生热化学分解形成的。这些含硫有机化合物处于高温的条件下，含硫杂环中的S-C链（活化能较低）会出现断裂，从而形成硫化氢。如RCH2CH2SH→RCH=CH2+H2S↑。这种生成的过程也被称为裂解型硫化氢。而当有更高温度时，硫杂环会出现断裂，进入深裂解作用的阶段，从而生成更多的硫化氢。

二、油气田硫化氢的安全防治对策

根据油气田中硫化氢形成机理的不同，可采取相应的安全防治对策，比较常用的有生物法、化学法等，现主要介绍这两种方法。

1.生物防治法

该办法主要是对硫酸盐还原菌还原硫酸盐起到阻碍作用。硫化氢被认为是产生硫化氢的主要生物原因，广泛存在于油田产出的水以及油田注入的水中。为阻止水中的硫酸盐还原菌对硫酸盐起到还原作用，可在水中加入生物杀菌剂，如氧化物、甲硝哒唑、二溴氮基丙氨酰、丙烯醛等，这些杀菌剂能有效控制细菌的生长。另外，咔唑烷基磺酸、芳基亚磺酸等磺酸类杀菌剂可兼做杀菌剂和除硫剂使用。但受到油藏压力、温度等因素的影响，很多杀菌剂的局限性明显，兼容性有待提高。因此，今后的研发的重点是进一步提高杀菌剂的功效。

2.化学防治法

该方法的主要功能是将硫化氢转变成腐蚀性小、毒性小的含硫物。近年来，经过大量的研究测试，科研工作者研制成功了很多硫化氢化学清除剂，例如胺-醛凝结物、丙烯醛、亚硝酸盐等，这些清除剂能有效实现硫化氢的性能的转化，使其危害性降低。而硫化氢含量随着油田注水开发的深入呈现升高趋势，科研工作者为此也研制出了一些有效的除硫剂，如碱式、海绵铁等。总结去除硫化氢的化学措施主要有以下几种：

⑴金属碱去除法。先将氢氧化钠溶液（或者浓氢氧化钾）置于若干个通气管连接好的球形设备中，然后将含硫化氢物质的气体从球管中通过。在通过的过程中，硫化氢气体会被吸收（根据的是二元弱酸碱离解原理）[4]。

⑵氧化消除法。比较常见的氧化剂有SO2、H2SO4（浓）等，这些氧化剂能氧化硫离子和硫化氢，而形成硫化物或者单质硫，达到去除硫化氢的效果。

⑶沉淀消除法。可在钻井液中或者油井中加入一些氧化物或者金属离子，如氧化铁、锌螯合物、碳酸亚铜醋酸锌、氧化锌等。这些物质会与硫化氢发成化学反应，从而生成一种难溶化合物，能起到去除硫化氢的效果。

⑷金属氧化物的吸收去除法：要脱除油气田中的硫化氢时，若在较低温度下，则很难实现脱硫。而随着温度的升高，脱硫效果则会更加明显。这主要依靠可再生硫吸收剂的研究成果。