煤层气井筒泡沫酸除垢中硫化氢的产生及消除

吕小翔，张康，王宁，贾亚宁，任晓娟

（1.西安石油大学石油工程学院，陕西西安710065；2.中石油煤层气临汾分公司，山西临汾042202）

煤层气井筒泡沫酸除垢中硫化氢的产生及消除

吕小翔1，张康2，王宁1，贾亚宁1，任晓娟1

（1.西安石油大学石油工程学院，陕西西安710065；2.中石油煤层气临汾分公司，山西临汾042202）

泡沫酸除垢过程中有可能产生硫化氢气体，因此分析硫化氢产生的原因和消除泡沫酸除垢过程中产生的硫化氢，对施工安全和环保具有重要的意义。本文分析了某区块除垢中硫化氢产生的原因，并通过实验选择了合适的去除方法。研究表明，该区块井筒泡沫酸除垢产生的硫化氢主要是SRB细菌作用产生的FeS腐蚀产物与酸反应的结果；双氧水和HRS油水井复合解堵剂均可以有效的消除废液中的H2S，但是HRS复合堵剂效果相对更好。

泡沫酸；硫化氢；SRB细菌；双氧水；HRS油水井复合解堵剂

在煤层气的地面开采过程中，井下设备往往都存在着较为严重的结垢情况[1]，给气井的正常生产带来了较大的影响，研究区泡沫酸除垢取得了良好的效果，如J5-2井进行泡沫酸除垢实验。措施前该井套压在0.15 MPa～0.3 MPa，产水在6 m3/d～11.5 m3/d。泡沫酸除垢措施后，套压在排采2 d后，最大恢复至1.3 MPa，产液恢复到16 m3/d左右。然而，现场实验表明，泡沫酸除垢过程中产生了一定的H2S气体。这给研究泡沫酸除垢工艺实施的安全环保带来了一定的影响。因此本文对H2S产生的原因和防治方法进行了研究和探讨。

1 硫化氢对泡沫酸除垢工艺的影响

H2S在泡沫酸除垢过程中极易从井口喷出，本文在对J5-2井煤层气井进行泡沫酸除垢工艺时，由于对常规抽油机井口没有更换，结果现场试验时出现了酸洗废气液从井口盘根喷出的现象，致使井口H2S浓度一度达到68 mg/L，超过了临界安全浓度，对该工艺的实施产生了一定的安全隐患。H2S是强烈的神经毒物，对黏膜有强烈的刺激作用，接触限值为10 mg/m3，当浓度为70 mg/m3～150 mg/m3时，可引起结膜炎，咽炎，鼻炎，气管炎；浓度为1 000 mg/m3以上时，可引起呼吸麻痹，迅速窒息死亡[2]。因此研究区泡沫酸除垢工艺中，H2S的预防和处理是必须要考虑的因素。

2 硫化氢的来源

2.1 研究区垢成分特征

垢样的XRD分析表明，垢样主要为FeCO3、Fe3O4、FeS2、CaCO3和硅酸盐矿物。其中SiO2占2.8%、CaCO3占18.8%、FeCO3占64.7%、Fe3O4占2.5%，井筒从上到下，垢的成分主要变化趋势是FeCO3、Fe3O4、垢有所减少，但CaCO3、FeS2垢呈增加的趋势，FeS2主要在泵底阀、筛管和沉砂管。

可以看出，能够产生H2S的物质是FeS2。FeS2的结构类似于Na2O2，是一种过硫化物，与酸反应时生成H2S2，H2S2类似于H2O2，易分解：H2S2=H2S+S。所以FeS2在HCl溶液中反应生成FeCl2、H2S和S。过硫化铁与盐酸存在以下反应：FeS2+2HCl=FeCl2+H2S↑+S↓。

2.2 FeS2原因分析

研究表明，井下FeS2这种类型的硫化物常常是由于硫酸盐还原菌（SRB）作用产生[3]。SRB菌，具有耐温范围大的特点，研究区地层温度40℃，特别适宜这类细菌的繁殖，其常常附着在金属表面上，从而产生腐蚀菌孢和大量的H2S。而H2S气体溶于水后，与铁离子反应，可以产生FeS腐蚀产物。酸溶实验表明，J5-2井和其他井所取的垢样在酸溶过程中都有H2S气体产出，研究区煤层硫化物含量很少，而常常以黄铁矿的形式产出[4]，因此，酸溶过程中的硫化氢气体主要是由于SRB细菌产生的硫化物遇酸溶解产生的。

3 化学氧化法消除硫化氢效果评价

根据泡沫酸井筒除垢施工工艺的特点，本章探讨了化学氧化法消除泡沫酸除垢过程中产生的硫化氢的可行性。
3.1化学还原氧化法原理
本文采用了两种氧化剂，即双氧水和HRS油水井复合解堵剂[5]。这种方法会把硫化氢氧化成固态硫。化学反应式分别如下：

3.2 实验方法

3.2.1 实验药品HRS油水井复合解堵剂和双氧水（工业级）。HRS油水井复合解堵剂是由多种化学成分组成的复合制剂，采用三元包装-主剂A（固体粉末）/主剂B（固体粉末）/添加剂C（液体）=8 kg/22 kg/20 kg。

3.2.2 试验步骤

（1）HRS油水井复合解堵剂的使用，首先取30 g主剂（A剂0.8 g+B剂2.2 g）配成100 mL水溶液待用，再将C剂2.0 g添加剂与主剂水溶液按比例混合均匀，配置成HRS复合堵剂溶液待用。然后将取泡沫酸处理后含硫化氢的废液30 mL置于锥形瓶中逐渐将HRS油水井复合解堵剂溶液不断加入到废液中，观测、记录除H2S效果。

（2）双氧水的使用，首先将工业级双氧水稀释到浓度为0.1%，然后取泡沫酸处理后含硫化氢的污水500 mL，最后将稀释好的双氧水溶液逐渐加入到污水中，观测、记录除H2S效果。向含硫化氢的污水中加入浓度为0.1%的双氧水，3 h后，气味明显减少；6 h左右气味消失，用醋酸铅试纸检测确定已经不含硫化氢。

3.3 实验结果及分析

实验结果（见表1）表明，HRS油水井复合解堵剂具有较好的效果，对污水在70 min内实现了硫化氢的消除；双氧水除硫化氢同样也有较好的效果，在6 h左右完全去除了硫化氢，对比表明：HSR堵剂除H2S效果相对更好些。室内试验表明，这两种药剂消除研究区泡沫酸废液中的硫化氢均具有较好的效果。因此以后在施工中对废液处理可以考虑采用。

The hydrogen sulfide producing and relieving in the process of descaling with acidizing fluid in coal-bed gas wellbores

LV Xiaoxiang1，ZHANG Kang2，WANG Ning1，JIA Yaning1，REN Xiaojuan1
（1.College of Petroleum Engineering，Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China；2.Linfen Coalbed Methane Company，PetroChina，Linfen Shanxi 042202，China）

It may produce hydrogen sulfide gas in the process of descaling with the foaming acidizing fluid,therefore,it has great significance to analyze the causes of producing hydrogen sulfide gas and eliminate hydrogen sulfide gas during descaling with the foaming acidizing fluid in the construction safety and environmental protection.This paper analyzes the causes of producing hydrogen sulfide gas in a certain block and chooses a suitable method to remove it through experiments.Studies shows that the main causes of producing hydrogen sulfide gas in the process of descaling with the foaming acidizing fluid is produced FeS reaction with acid corrosion products by the SRB bacterial action.Both oxydol and HRS oilwater wells compound plugging agent can remove the waste fluid of hydrogen sulphide effectively,and the latter is better.

foam acid；H2S；SRB bacteria；H2O2；HRS oil-water wells compound plugging agent

TE992.1

A

1673-5285（2016）01-0110-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.01.030

2015－12-17