渤海某油田中心平台生产流程硫化氢治理与效果评价

2022-04-26王潇代齐加殷川

天津化工 2022年2期

王潇，代齐加，殷川

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459）

渤海某油田中心平台是油田群中心枢纽，接收上游B/C/D/E 四个平台产出物流并进一步处理。上游来液经段塞流、两台并联的一级分离器、二级分离器等进行油、气、水三相分离，原油经脱水处理合格后外输至陆地终端，分离出的生产水经斜板、气浮、核桃壳滤器和双介质滤器处理达标后回注地层，脱出的气体经燃气洗涤器和燃气缓冲罐处理后供给透平发电。原油、燃气和生产水三大系统如图1 所示。在对平台生产各级流程进行硫化氢检测中，发现均有不同浓度的硫化氢存在，部分含量高达200ppm 以上，高浓度的硫化氢会造成设备管线腐蚀，影响人员健康，严重制约油田安全生产和长远发展，因此流程硫化氢治理成为亟待解决的课题[1]。

图1 某油田中心平台生产流程示意图

1 硫化氢成因分析

油田开发生产过程中所含的硫化氢成因大致可分为三类：第一类是有机质热裂解(TDS)，即油藏中不稳定的含硫化合物在过热地层中（120～160℃）发生热裂解生成水、碳残渣及硫化氢；第二类为硫酸盐热化学还原（TSR），主要由地层中含有的硫酸盐岩，在高温条件下与烃类或有机质发生化学还原反应生成硫化氢，该类成因生成的硫化氢含量较高；第三类为微生物成因，主要是硫酸盐还原菌（SRB）的代谢产物，硫酸盐及油田水中的SO42-在厌氧条件下，通过油田生产设施或地层中滋生的SRB 生物活动还原作用生成[2]。

通过对油田油藏储层物性、地层温度条件、SRB 培养试验及平台自身流程处理工艺特点等角度综合分析，最终得出平台同时存在原生硫化氢及次生硫化氢，即油田伴生气中自带的和SRB微生物活动所致。针对现场实际情况，油田开展硫化氢综合治理，实现各级处理流程的硫化氢含量≤20ppm 这一目标。

2 治理方案

鉴于平台两种硫化氢不同来源，采取多种治理措施。通过对流程加药点进行优化改造，达到及时加注处理、有效反应消除的目的；针对次生硫化氢，主要措施为通过加注杀菌剂，杀灭油田设施中的SRB，从而有效控制其代谢产物硫化氢产生；针对原生硫化氢，主要措施为通过加入硫化氢抑制剂，与硫化氢发生化学反应，将有害的硫化氢转化为无害的含硫化合物[3]。

2.1 优化改造药剂注入点

油田投产时原设计的杀菌剂注入点在注水缓冲罐入口，位于整个生产流程的终点，生产水经过注水缓冲罐后直接进入各注水井，反应时间短，杀菌效果较差，且对上游流程无法进行有效杀菌，SRB 超标严重。经过现场研究，将杀菌剂注入点由注水缓冲罐调整至段塞流捕集器（见图2），杀菌剂的注入由流程终点优化改造至起点，从而充分保证其反应时间，有利于杀菌效果，对流程的保护效果更优。通过改造前后对SRB 的多次培养试验结果来看，能够在一定程度上有效杀死细菌，降低SRB 滋生[4]。

图2 药剂注入点优化改造示意图

2.2 优选杀菌剂

目前，使用化学药剂仍然是控制生产流程中SRB 的主要方法。经过实验室评估，判断油田现在使用的杀菌剂BHS-37 已不适合当前工况，SRB 对杀菌剂产生抗药性。通过对药剂进行重新筛选比对，THPS 新型杀菌剂较目前使用的BHS-37 有更好的效果，该杀菌剂具有极强穿透性，可迅速作用于通用杀菌剂难以波及的微细空隙区域，杀灭其中滋生的SRB，从而抑制细菌代谢产物硫化氢产生。药剂换型后，进行现场应用，在段塞流补集器前端加注强渗透性杀菌剂，首先进行高质量分数冲击加注，冲击时长2h，加注质量分数150ppm（以一级分离器最大处理液量计）；再调节新型杀菌剂加注量至日常加注水平，连续加注，加注质量分数30ppm。图3 所示为杀菌剂换型前后，几个流程监测点的SRB 含量对比，新型杀菌剂加注后，平台流程SRB 迅速降低，流程中SRB 被彻底杀灭，可控制生产流程SRB 维持在0个/mL。同时对不同杀菌剂加注质量分数下的流程硫化氢含量进行检测[5](见图4 和图5)。

图3 杀菌剂换型前后流程SRB 治理效果图

图4 原油及燃气流程硫化氢治理效果

图5 生产水处理流程硫化氢治理效果

结合图4 和图5 可以看出：原杀菌剂BHS-37采取提高加注质量分数，仅二级分离器覆盖气硫化氢略有下降，平台整体硫化氢含量未见明显效果，结合SRB 数据可知，现场原有杀菌剂对SRB杀灭效果甚微，无法有效抑制次生硫化氢产生。而新型杀菌剂THPS 加注后，平台流程硫化氢迅速降低，其中二级、斜板、气浮的硫化氢降幅显著，最高降幅接近200ppm。至第7 日后生产流程各级硫化氢基本平稳，不再下降，结合SRB 数据可知，此时生产流程中SRB 被彻底杀灭，基本杜绝了次生硫化氢产生。

平台次生硫化氢治理完成后，流程中剩余硫化氢即为原生硫化氢，机理为随着流程逐渐向后端进行，压力逐渐降低（段塞流操作压力850kPa，气浮操作压力100kPa），溶解于液相中硫化氢析出，释放至设备覆盖气，因设备覆盖气流通缓慢，液相流通相对较快，液相中溶解的硫化氢不断释放至气相，最终导致硫化氢积聚。

新型杀菌剂THPS 效果显著优于现场原有杀菌剂BHS-37，在加注浓度30ppm 条件下，杀菌率100%，可有效去除流程中SRB，抑制次生硫化氢产生，但流程中仍存在原生硫化氢且含量仍然偏高，仅采取此项措施，未能使硫化氢含量达标。

2.3 加注硫化氢抑制剂

针对原生硫化氢，在杀菌剂加注的同时，在段塞流补集器前端加注硫化氢抑制剂，通过硫化氢抑制剂将硫化氢转化为无害产物，祛除平台残留的原生硫化氢，使平台硫化氢含量控制在预期目标范围内。

本着节能降耗的原则同时又能最大程度实现平台流程硫化氢治理，采取新型杀菌剂、硫化氢抑制剂交替加注的方式进行加注。为保障流程平稳，逐渐将硫化氢抑制剂加注量调整至500L/d（4h 内完成），硫化氢抑制剂每天连续加注20h 后更换新型杀菌剂加注，加注质量分数30ppm，连续加注4h，同时摸索出硫化氢抑制剂最佳加注量，相关监测点结果见图6。

图6 平台硫化氢抑制剂应用效果

从图6 可以看出：硫化氢抑制剂间歇加注后，平台全流程硫化氢含量均迅速下降，降幅显著，在加注量500L/d 条件下，可使平台流程硫化氢含量控制在20ppm 以内，多数监测点质量分数甚至小于10ppm。在硫化氢抑制剂加注量300L/d 条件下，较500L/d 加注条件流程下硫化氢含量有上升趋势，为使治理效果达到预期，采取硫化氢抑制剂加注量为500L/d。