对钻井现场硫化氢防护的探讨.pdf

大然气上业 对钻 井现场硫化氢 防护的探讨 罗 良仪 殷攸 久 王志坚 中国石油 天然气集 团公司川 I 庆钻探工程公司川 I 东钻探公 司 罗 良仪 等 ． 对 钻 井 现 场硫 化氢 防护 的探 讨 ． 天 然 气工 业 ， 2 0 0 8， 2 8 4 1 O 8 1 1 0 ． 摘 要 随着全行业对硫化氢防护重视 程度 的提高 ， 硫化 氢防 护措施不 具体、 操作 性差等 问题经常被提 出。 根据硫化氢 的毒害机理和 中毒途径， 提 出避免身体接 触和呼 吸道吸入 的防护原则 ， 探 究钻 井过程 中硫 化氢可 能选 出的工况和途径 ， 分析各种情况下硫化氢选 出和聚 集的特 点， 结合作 业过程 中人 的活动， 制定 防护措施 和操作要 点。分析 了硫化氢进入大气的 5种途径 ， 提 出 了近平衡钻进 、 化学清除、 地面导流、 隔离、 安全 距离以及防钻具氢脆 断裂等 6种防护方法， 为钻井过程 中发 生气侵 、 溢流、 压 井、 放 喷、 设 施泄漏 、 关井 中以及井 喷失控等 7种 工况下 的 防护提供 了具体 方法 和操作 要点 ； 对 井场位 置、 液气分 离器 位置 、 硫 化氢探 头位 置、 应 急预 案 的编制 与演练提 出 了建 议 。 主题词 钻 井 井场 硫化氢 预防措施 安全措施 随着社会 的进 步 ， 人 们对 安全 的需求 越 来越 高 ， 在含硫地 区安全钻井 的压力越来越大 。行业标准 S Y／ T5 0 8 7和 S Y ／ T 6 6 1 0为含 硫 油 气 田的硫 化 氢 防 护 提供 了一 些 原则 和方 法 ， 笔 者将 从 硫 化 氢 的逸 出 途径着手 ， 探讨各种情况下的防护操作问题。 一 、硫化氢毒害机理和 中毒途径 钻井现 场 防护的是 来 自井 下 的硫化 氢 。其 他途 径的硫化氢因含量和出现频次少， 这里不予讨论。 中毒途径 身体 接触 和呼吸道 吸 入 。 硫化氢的危害机理 ①接触 中毒 ， 人体 的皮肤、 黏膜与含硫化氢气体 接触 ， 逐渐 出现 眼部干痒 、 充 血、 红肿、 流泪不止， 咽喉部干痒刺痛等症状； ②吸人 中毒 ， 硫化氢通过呼吸道进入肺部， 在肺 内气体交换 时产生夺氧反应 ， 使人体血液中氧合血 红蛋 白含量 降低 ， 因而 出现头晕 、 乏 力 、 四肢 酸软 ， 严 重者 将 昏迷 或死亡u j 。 二、 钻 井现场硫化氢进入大气的 途 径 和 特点 1 在一般情况 下， 硫 化氢随泥浆循环 而外逸 ， 第 一逸 出点是 喇 叭 口 ， 第二 逸 出点 是 泥浆 出 口 振 动 筛 ， 第三逸出点是泥浆循环罐区域。在这种情况下 硫 化 氢 的逸 出或 连续 或 间断 ， 在 各监 测 点 检 测到 的 硫 化 氢浓 度 也 是 不一 样 的 ， 无 法 界定 哪 个场 所 是 否 安 全 。 2 在经液气分离器排气时逸出点在排气 口， 这 时的硫化氢在一定时间内连续外逸 。如果出口不点 火 ， 硫 化氢将 在 周 边 沉 积 或 者顺 风 扩 散 ； 如 果 点 火 ， 则转化 为二 氧化硫 扩散 或沉积 。 3 放喷 时 的逸 出点 在放 喷 口， 硫 化氢 顺 风扩散 或向周边沉积 周边空气不流通或者顺风方 向的低 洼处 ， 随着放喷时间的加长， 浓度将逐渐升高。 4 井 喷失 控时从 井 口逸 出 ， 硫 化 氢 向井场 周边 扩散 或 者 顺 风扩 散 ， 周 边 空 气不 流 通处 及 下 风方 向 低洼与旋流处硫化氢不断聚集 ， 浓度不断升高。 5 管线或井 口泄漏 ， 从泄漏点外逸并聚集或顺 风扩散 。 三、 防护原则和 方法 防护原则 首先是 不让 硫化 氢 自由进 入大 气 ； 不 可避 免地进 入 大气后 避免与人 体 的接触 和吸入 。 预 防方 法 ① 将 硫 化氢 控 制在 地 层 内 使 用 近平衡 钻井 法 ； ②将 硫 化 氢 消 除在 井 筒 内 化 学 处理法 ； ③控 制硫化氢 自由进入大气地面导流 法 ； ④将人体与含硫大气隔离隔离法 ； ⑤疏散人 群 安全距 离法 。 防护 器具 风 向标 、 硫 化 氢 监测 仪 、 二 氧化 硫 监 作者简介 罗 良仪 ， l 9 6 5年生 ， 工 程师 ； l 9 8 7 年毕业 于原重 庆石油学校钻井专业 ， 长期从 事井 控技 术和安全管理工作 。地 址 4 0 0 0 2 1 重庆市江北 区大石坝 大庆村 。电话 0 2 3 6 7 3 2 4 9 8 2 ， 1 3 8 8 3 6 1 5 0 8 9 。E ma i l 1 1 y 0 2 3 6 7 3 2 3 4 3 3 1 6 3 ． C O rn l 0 8 维普资讯 第2 8 卷第4 期 天然气工业 测仪 、 正压式空气 呼吸器 、 点火装 置或器具、 疏散 交 通工具 、 通信工具等。 四、 钻 井过 程中的防护 1 ． 搞好 近 平衡钻 井 首先 ， 设计 人员要弄 清楚可能含硫 的层位 、 深 度 、 含 硫量 、 地 层 压 力 。设 计 密 度 符 合 石 油 与 天 然 气 钻井 井控 规定 中的规 定 ， 在一 次 井 控 上做 到近 平 衡 钻井 ； 其 次 ， 施 工方 在施 工 过程 中进 行 地层 压 力 监 测 ， 发现与设计有出入者立即告知设计单位并要求 更 改设 计 ； 第 三 ， 施 工 中出现 井 筒压 力 失 衡 的异 常 情 况 要及 时重 建井 内压 力平 衡 。保 证 全 过 程 的 近平 衡 钻 井 ， 将 硫化 氢牢 牢 控制 在地 层 内 。 2 ． 在 井筒 内消 除硫化 氢 即使实现了近平衡钻井 ， 硫化氢通过岩屑气 、 置 换 作用 、 抽 吸 作 用 还 是 会 进 入 井 筒 。这 时 在 泥 浆 中 使用化学物质， 使硫化氢在井 筒内转化为其他无毒 物质 。硫化 氢进 入 井筒 泥浆 介 质后 有 如 下化 学 平 衡 存 在 H2 S 气 H2 S 溶 液 HS H 2H S 一 硫 化 氢气 体 溶 于 水 变 成 溶 液 ， 溶 液 产 生 两 级 电 离 ， 最 终离解 成 氢离 子 和硫 离子 ， 自动 在 井筒 内建 立 化学平衡。根据硫化氢在井筒 内离解 的特性 ， 不断 打破其 自身的化学平衡 ， 让离子转换 成其他物质 ， 溶 液转化成离子、 气体转变成溶液 ， 化学平衡不 断往右 边移动 ， 不断把硫化氢消除在井筒 内。具体做 法分 两种 一是在泥浆中加入氢氧根离子 ， 使其与氢离子 结合成水 ， 使化学平衡往右边移动 ； 二是在泥浆 中加 入金属 阳离子 如 锌 离 子 ， 使 其 与 硫 离 子 结 合 成 难 于离解 的沉淀物， 使化学平衡往右边移 动。现场做 法是将 泥浆 的 p H 值 提 高 到 9 ． 5以上 ， 加 入 除 硫 剂 如碱 式碳 酸锌 。 操作要点 进入含硫地层之前加入除硫剂 ， 同时 将 p H 值 提高 到 9 ． 5以上 ， 直到 完井 ； 进入 含 硫地 层 后每一个循环周测 一次 p H 值 和除硫剂含量 ， 发现 p H值或者除硫剂含量下降要及时调整 ， 维持 p H值 和除硫 剂 含量 在一 定范 围 内 ] 。 3 ． 地 面导 流 由于进入 井筒 的硫 化 氢量 大 、 浓 度 高 、 或 在井 筒 内的时 间短等 问题 ， 使用 化 学方 法 后 仍 会 出现 气 侵 、 后效气侵 、 溢流等现象 。用化学 方法不能在井筒 内 完全消除硫化氢 ， 硫化氢不可避免地要 随泥浆循环 进入大气 。如果让其 随泥浆 到循环 系统 任意扩散 ， 将严重威胁井场人员及周边居 民的安全。因此要进 行 分 离 、 导流 ， 定 点焚烧 。具 体做 法就 是 通过 气 液 分 离器 排气 。 操作 要点 ① 发现 含硫 气侵 ， 作业 人 员应 立 即佩 戴空气呼吸器 ， 再按程序关井； ②遣散排气 口周围活 动 的居 民 ； ③ 在排气 管 出 口点火 ； ④ 通 过气 液 分 离器 循 环排 气 ； ⑤视 情况 加 重井浆 ； ⑥ 排 气 管 出 口距 离井 口 5 0 m 以远l 2 ； ⑦排气结束后或者排气中需要接近 出 口进 行检 查 时 ， 作 业 人员必 须 戴 空气 呼 吸 器 ， 其余 观 察 人员站 于 上风方 向的高点 。 技术关 键 及 时监测 到硫 化氢 的存 在 。 4 ． 使 用防 护器具 隔 离 气 液 分 离 器 失效 或 者未 使 用 之前 ， 无 法 进行 地 面导 流 ， 也 无 法 点 火 ， 硫 化 氢 进 入 大 气 ， 严 重 威 胁 井 场 作业 人员 和周 边居 民安全 。这 主要 出现 在 钻井 液 气侵初期 、 排气侵过程 中、 排后效过程 中、 压井过程 中 以及 出现 井 口或 管线 泄漏 时 。 排 气 侵或 后效 过程 中 ， 井 下 不 溢 流 ， 气 侵 严 重 ， 有硫化氢存在， 而且气液分离器失效。这 时如果 敞 井 循环 排气 ， 势 必造 成硫 化 氢弥 散 全 井 场 。所 以 ， 一 旦 发现 含硫 气侵 ， 应 立 即关井 ， 通 过 压井 回收 管线 排 气 。在 排气 口安 置 防爆 排 风 扇 ， 向井 场 以 外 吹 。关 井 排气 实 际上 和压井 是 相 同 的。作 业人 员 进 入 含硫 化 氢工 作 区域 就必须 佩戴 空气 呼 吸器 。 操 作 要 点 ① 排 气 作业 前 先打 开 泥 浆 回 收管 线 上的闸门； ②遣散排气 口周边活动的居 民， 设置限制 进入空间并警戒口 ； ③启用排风扇 ； ④循环系统作业 区 、 机 房 、 钻 台 、 井 口及 管 线 巡 检 人 员 背 好 空 气 呼 吸 器 ， 检 测 到有 硫 化 氢 立 即启 用 空气 呼 吸器 ； ⑤ 观 察 、 指 挥 人 员 站 于排 出 口上 风 方 向高 点 ， 背 好 空 气 呼 吸 器 和 硫 化 氢 监 测 仪 ， 检 测 到 硫化 氢 立 即启 用 空气 呼 吸器 ； ⑥ 必 须 到 排 出 口周 围作 业 者 须 使 用 空气 呼 吸 器， 并两人同行 ， 作业完立 即撤离到安全 区； ⑦排气 结束后 ， 派人戴上空气呼吸器对排气管周 围进行硫 化氢 浓度 监测 ， 特 别要 监测 不通 风 处 ， 确认 安 全 后 才 可允许无防护进入 。 5 ． 疏 散 放喷初期 ， 气液 同喷， 无法实施点火 ， 硫化氢进 入 大 气 ； 井 口失 控 ， 硫 化 氢 不 可 避 免 地 进 入 大 气 ， 且 在局部地方会不断聚集； 点火后硫化氢转化为二氧 化 硫 ， 仍是 有 毒 气 体 ， 危 险依 然 存 在 。在 此 情 况 下 ， 人只能远离危险源 ， 被动 防护 。按 应急预案 对井 队人 员 和周边 居 民进行 疏散 。 操作要点 ① 由近及远地监测硫化氢或者二氧 1 O 9 维普资讯 天然气工业 2 0 0 8 年 4 月 化硫 浓度 ， 适时划 定安 全范 围 ； ②严格 限定 空 间进 入 管理 ； ③ 解 决 疏 散 交 通 问 题 ； ④ 安 置 被 疏 散 人 员 ； ⑤保障通信畅通； ⑥妥善处理新闻舆论； ⑦积极作好 技术 和物资器 材准 备 ， 尽 快控 制硫 化 氢外逸 。 难 点 如何 由近及 远地 监 测硫 化 氢或 者二 氧化 硫 的浓度 。 6 ． 防止钻具 氢脆 断裂 发现硫 化氢 并关井 后 ， 井筒 内硫 化氢 聚集 ， 钻 具 氢脆 断裂 的危 险随 时 存 在 。钻 具 断裂 后 ， 上 部 钻具 在弹力 和井 压作用 下上 冲 ， 导 致 防喷 器损 坏 、 方 钻杆 冲 出大 钩 ， 进 而井 喷失控 甚 至井 口着 火 。 因此 ， 预 防 钻具氢脆断裂非常重要 。预防措施有 ①在泥浆 中 加入除硫剂， 维持泥浆 p H值在 9 ． 5以上 ， 在井筒 内 尽可能降低硫化氢含量， 破坏 酸性环境 ； ②关井后立 即使用方钻杆死 卡 或钻杆死 卡 ， 并用钢丝绳绷紧 固定 ， 防止 井 下 钻具 断 后 上部 钻 具 上 冲 而引 起严 重 后 果 ； ③井简 喷 空 后 ， 如 果 短 时 间 内不 能 压 井 ， 应 果 断使用剪切闸板剪断钻具 ] 。 五 、 建 议 1 选择 井 场 位 置 。对 于 含硫 油 气井 的井 场 选 择， 应充分了解地面状况 ， 尽量把井场位置放在山顶 不要 放在 山谷或 者 山腰 上 ， 便 于发 生硫 化 氢外 逸 时 迅速 扩散 。 2 放 喷管 线 及 其 出 口位 置 。在 基建 工 程 上 应 先确定放喷管线 的走 向和出口位置， 然后再确定井 场朝 向。在 修建井 场 时 留足放 喷管 线的放 置空 间 。 3 液气分离器的安放位置。现在 的液气分离 器 都 是 安装 在 节 流管 汇 的前 或后 ， 离 循 环 罐 和钻 台 近 ， 紧靠 钻 台到循 环罐 的梯 子 ， 一 旦 爆 炸 ， 将 严 重 威 胁钻 台人员、 节流管汇操作人员 、 循环罐上计量和观 察人员。如能将它放在振动筛后 面 1 0 m以远 ， 将使 1 1 O 这种危 险程 度大 大降低 。 4 硫 化 氢 监 测 仪 的安 放 位 置 。现 在 使用 固定 式 四探 头硫化 氢监 测仪 ， 四个探头分 别放置在 钻台上 靠井架大腿处 、 振动筛缓 冲池上方、 循环罐过渡槽、 方 井旁边 。如能把钻 台上 的探 头转移 到喇 叭 口以上 、 转 盘大梁 以下将 会更早更准地发现硫化 氢泄漏。 5 应 急预案的编制。在制定硫化氢中毒事故 应急 预案 时 ， 不 能只考虑 井 喷和 井喷 失控 时 的状 态 ， 还要考虑其他情况下防护失效的应急。周边居民的 疏 散 预案 最 好 交地 方政 府 来做 ， 但 必 须 告 知哪 些 情 况 下撤 离 多 远 的人 群 、 撤 离 方 向 的选 择 和撤 离 中的 防护 知识 。地 方应急 预案应 明确 各 家各 户 的撤 离路 线、 组织人员、 交通工具 、 通信方式 ， 以及各种情况下 撤离人 员 的安置 点等 。 6 应 急预案 的演 练 。对 于 含硫 井 ， 防硫 化 氢 中 毒演习应与防喷演习同时进行 。按 中国石油天然气 集 团公 司规 定 ， 每 班 每 月不 少 于 一次 各 种工 况 下 的 演习。企地联动演习的规模和频次应由建设方根据 安全评估结果做出合理安排 。 参 考 文 献 [ 1 ]李强 ， 高碧华 ， 杨开雄 ， 等． 钻井 作业硫 化氢 防护 [ M] ． 北 京 石 油 工 业 出 版 社 ， 2 0 0 6 ． [ 2 ]Im J l f 石 油管理局 ， 西南油气 田公 司． 钻井井控规定实施细 则[ s ] ． 成都 [ 出版者不详] ， 2 0 0 6 ． [ 3 ]李俊荣 ， 左柯庆 ， 刘祥 康 ， 等． 含硫油气 田硫化氢防护系列 标准宣贯教材[ M] ． 北京 石 油工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 4 ]程常修． 天然气钻井应重点考虑 的几个技术问题 [ R ] ． 在 四J l l 石 油管理局二次井控技术培训班的讲 稿． 成都 四川 I 石 油管 理 局 ， 2 O O 7 ． 修改 回稿 日期2 0 0 8 0 3 0 3 编辑赵勤 维普资讯