几种钻井液用除硫剂脱除硫化氢效果的研究.pdf

第 2 5卷 第 1期 2 0 0 8年 1月 钻 井液与 完 井液 DRI L LI NG F LUI D 8 L COM P LETI ON FL UI D Vo1 ． 2 5 NO． 1 J a n u ．2 0 0 8 文章编号 l O O l ～ 5 6 2 0 2 0 0 8 O l 一 0 0 7 3 0 3 几种钻井液用除硫剂脱除硫化氢效果的研究 赵树 凯 张斌 韩伟 贾铎 殷 以波。 1 ． 国家环保产 品质量监督检验中心 ， 河北石家庄 ； 2 ． 中国石油化学公 司 ， 北京 ； 3 ． 新疆柏蜂华 胜科技有 限公 司， 新疆 摘要 将 除硫剂分别加入到不同加 重剂 铁矿粉 、 重 晶石粉和 石灰 石粉 中， 然后用此种加 重材料 配制加重钻 井液作为检验 除硫剂除硫效果的试样 ， 研 究 了碱式碳 酸铜、 碱 式碳酸 锌、 除硫 剂一 1和 除硫 剂一 2对硫化 氢的 去除效 果。结果表 明 除硫剂一 1和除硫剂一 2对硫化氢的去除效果 要明显优于碱式碳酸铜和碱 式碳酸锌 。 关键词 硫化氢 除硫 剂 钻井液添加剂 环境保护 中图 分 类 号 TE2 5 4 ． 4 文 献 标 识 码 A 中国已探明的含硫化氢天然气 占全国气层气储 量 的 1 ／ 4 。随着 中 国能 源 需 求 ， 特 别 是 对 天 然 气 的 需 求 日益 的增大 及勘 探 力 度 的加 大 ， 如何 安 全 高 效 地勘探开发高硫化氢气 田越来越受到关注l[ 】 ] 。硫化 氢 气体相 对密度 为 1 ． 1 9 ， 溶 于 水 和 乙醇 。油气 井 钻 井作业中的 H s危害主要表现为对人体产生严重 的危害 ， 甚至致死 ； 对管材、 生产设备、 施工设备会造 成 严重腐蚀 ； 污染 钻井液 。 目前对 H S污染 的治理 主要 有物理 化学法 和生物 法 。物 理化 学法具 有去 除 效率高， 反应速度快的优点 ] 。 1 实验 装 置及 方法 1 ． 1 除硫剂试样 试 验研 究 的除硫 剂包 括 碱式 碳 酸铜 、 碱 式碳 酸 锌 、 除硫 剂一 1和 除 硫 剂一 2 。其 中 ， 除 硫 剂一 1和 除 硫 剂一 2为多种添加剂的复配产 品。将除硫剂样品加 人不 同的 加 重 材 料 中 ， 配 制成 可 除 H S型 的 铁 矿 粉、 重晶石粉和石灰石粉。将这几种加重材料加重 的钻 井液作 为检验 除硫剂除 硫效果 的试样 。用 未加 除硫剂的加重材料加重的基浆作空白试样。 1 ． 2 测试仪器和设备 ①P G M一 5 0 Q检测仪 ， 量程 为 O ～1 0 0 1 0 ～L ／ L ， 分辨率 为 1 x 1 0 7 。 L ／ L。② L Z B - 6型玻 璃 转 子 流 量 计 ， 测量 范 围为 6 0 ～ 6 0 0 L ／ h 。③ 带 大 型 玻 璃筛 板 吸收瓶 瓶 内径为 4 0 mm， 高度为 1 8 0 mm， 最大容 积为 1 2 5 mL； 筛板直径为 3 0 mm； 玻璃筛板距瓶底 3 mlT l ； 采 气流 量为 3 0 L ／ mi n时 ， 玻 璃筛板 阻力为 5 0 ． 7 k P a 。④ H2 S标 准气 瓶 浓 度 为 4 9 0 1 0 L ／ L， 钢瓶容 积为 8 L， 浓度偏差 为 1 0 ％。 1 ． 3 试样 的配制 1 ． 3 ． 1 基 浆的配 制 在样品杯 中分别加入 3 5 0 mL蒸馏水 ， 1 4 g膨 润土 ， 高速搅拌 2 0 mi n ， 其间至少停 2次 ， 将黏附于 杯 壁上 的黏 附物刮入 杯 中 ， 然后倒 入密封 容器 中 ， 养 护 2 4 h备 用 。在 4 ％膨 润 土浆 中， 边 搅 拌边 依 次 加 入 1 ． 7 5 g铵 盐 、 7 g褐煤树脂 、 7 g 磺 甲基 酚醛树 脂 、 3 ． 5 g磺 甲基 褐煤 和 1 ． 0 5 g增 黏 剂 8 0 A5 1 ， 高 速 搅 拌 2 0 mi n ， 其 间至 少 停 2次 ， 将 黏 附于 杯 壁 上 的黏 附物刮入 杯 中 ， 然后倒 入密封 容器 中 ， 养护 2 4 h 。 1 ． 3 ． 2 检测 除硫剂 除硫效 果试样 的制备 在 6 份 3 5 0 mL基 浆 中分 别加 入可除 H S型 的 或未 加 除硫剂 的铁矿粉 3 5 0 g 、 重 晶石 粉 3 5 0 g或 石 灰石粉 2 0 0 g ， 高速搅拌 2 0 mi n ， 配成加入除硫剂或 未加 入除硫 剂 的试 样 。重晶石 和铁矿粉 加重 的钻井 液密 度为 1 ． 6 5 ～1 ． 7 0 g ／ c m。 ， 石 灰石 粉 加 重 的钻井 液密 度 为 1 ． 3 5 g ／ c m。 ， 钻井 液 的 p H 值 一般 为 7 ． 5 ～ 9 ．5。 1 ． 4 除硫效果测定程序 ①按 图 1所 示将 玻璃 器 皿 和仪 器进 行 连接 ， 并 将其放于通风橱 中， 将风量调整到最大。②将硫化 氢标准气瓶放于通风橱外， 并与测试仪器连接。③ 将玻璃筛板从吸收瓶 中取出 ， 用量筒取5 0 mL 试样 第一作者简介 赵树 凯， 工 程师， 1 9 7 8年生， 2 0 0 0年毕业于兰州铁道 学院环境工程系， 现在 国家环保 质量监督检验 中心工 作 。地址 河北省石家庄市国家环保产 品质量监督检验 中心 ； 邮政编码 0 5 0 0 5 1 。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 4 钻 井液与 完 井液 2 0 0 8年 1月 倒 入吸 收瓶 中。④将带 有玻璃 筛板 的玻璃 管和另 一 支玻璃 管插入橡 胶塞 ， 再 插入 吸收瓶 中， 盖 紧橡胶 瓶 塞 ， 使筛板 距吸 收瓶底 3 mm。打开 Hz S标气 瓶 ， 调 节减压阀， 调整 H s气体流量为 1 0 0 L ／ h ， 同时启动 秒表计时。⑤用 P G M一 5 0 Q检测仪测定每分钟从带 玻璃筛板吸收瓶出口逸出的 H s气体浓度 c ， 直至 C 达到 或接 近 P GM- 5 0 Q 检 测 仪 测 量 范 围 的 上 限 值 。⑥按下式计算 H s气体的去除效率 一 C1 --Cz ／ C 1 1 0 0 7 ／ 6 式 中， 7 7 为试 样的硫化氢气体去除效率， ／ 6 v ／ v ； c 、 C 分别为进 口、 出口硫化氢气体浓度， 1 1 0 L／ L。 用耐H 2 s 腐蚀的连 接件连 接的玻璃 管 阀门 H s 标气 、 流 量计 玻璃筛桎 吸 收瓶 测试样品 s o mL 橡胶塞 薹 董 一 玻 璃 筛 板 ⋯ ⋯ 图 1 除硫效果 测定装置示意图 未加 除硫剂 的试样 C 一 般在 1 0 rai n前后 已接 近 P GM一 5 0 Q检测仪测量范围的上限值 ， 故在计算 7 7 值时， c 使用 1 0 rai n时的 H s气体浓度值。 2 实验 结果及 讨论 2 ． 1 除硫剂对 H s的去除效果 图 2为加 入除 硫剂 的试 样和未 加入 除硫剂 的试 样 出 口 H S浓度 随时 间的变化 曲线 ， 其 中用 未加 入 除硫剂 的试样 做实验 时 ， 进 口 H S浓度 为 9 0 1 0 L ／ L， 用加入 除 硫 剂 的试 样 做 实验 时 ， 进 口 H S浓 度 为 4 9 0 1 0 一L ／ L。 1 o o 毫8 0 6 0 矮4 0 们 r x 2 0 丑0 - - 一 除硫剂一 1 重晶石粉加重钻井液 - - 一 除硫剂一 1 铁矿粉加重钻井液 - 一铁矿粉加重 钻井液 ， - 一重晶石粉加重钻井液 ， 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 t ／ mi n 图 2 试样出 口 H s浓度随时间变化曲线 由图 2可 以看出， 使用未加入除硫剂的试样实 验时 ， 1 0 mi n时 出 口 H S浓 度 均 已超 过 5 0 1 0 L ／ L ； 而用加入 除硫剂 的试 样实验 时 ， 1 0 rai n时 出 口 H S浓 度保持 在 1 0 1 0 L ／ L以内 。由此 可见 ， 除 硫剂的除硫效率很高 。 2 ． 2 3种除硫剂加入在铁矿粉中的除硫效果对比 图 3为进 口 H S浓 度 为 4 9 0 1 0 ～L ／ L，以铁 矿粉 为加重材 料 ， 不 同除硫 剂 试验 得 出的 出 口 H S 浓度 随时间 变 化 的 曲线 。 由 图 3可 以看 出 ， 3种 除 硫剂 的 出 口 H S浓 度 均 随着 时 间 的延 长 而增 大 。 除硫剂一 1 的 曲线在前 5 0 rai n增 长缓慢 ， 说明在 这段 时间 除硫剂一 1在与 H S反应将 其去 除 ； 1 0 rai n时 除 硫 剂一 1的出 口 H S浓 度 只相 当于 碱 式碳 酸 铜 和碱 式 碳 酸锌 的 1 ／ 1 2 ； 5 0 rai n后 除 硫 剂一 1的 出 口 H S 浓度升高速度加快， 说 明除硫剂一 1仍在与 H s反 应 ， 而逐 渐被耗 尽 ， 而碱 式 碳 酸铜 的 曲线 陡直 ， 碱 式 碳酸锌只能测出一个点 ， 这说明碱式碳酸铜和碱式 碳酸锌在 1 0 rai n后已接 近耗尽 ， 二者除硫 效率很 差 。因此除硫剂一 1的除硫效 率明显高于碱 式碳 酸 铜 和碱式碳 酸锌 。 注 试 验用 进 口硫 化 氢 浓 度 为 4 9 0 x1 0 L／ L 图 3 3种除硫剂加入在铁矿粉 中的除硫效果对 比 2 ． 3 3 种除硫剂加人在重品石粉中的除硫效果对比 如 图 4所示 ， 3 种 除 硫 剂 出 口 H S浓 度 随 时 间 的变 化趋势 相似 ， 除硫剂一 1的曲线在 前 4 0 rai n增长 缓慢 ， 说 明在 这 段 时 间 除硫 剂一 1在 与 H S反 应 ， 4 0 rai n后出 口 H s浓度升高速度加快 ， 说明除硫剂逐 渐被 耗尽 ； 碱 式碳 酸铜 和碱式碳 酸锌 的 曲线 陡直 ， 说 明其 除硫效 果 差 。 因此 除硫 剂一 1去 除 H S的效 果 最好 。 2 ． 4 3 种除硫剂加人在石灰石粉中的除硫效果对比 如 图 5 所 示 ， 3种 除 硫 剂 的 出 口 H S浓 度 均 随 着时 间的延 长而增 大 ， 除 硫剂一 1的 曲线 在 前 2 3 rai n 增长缓 慢 ， 说 明在这 段时 间除硫 剂一 1在与 H S反 应 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 5卷 第 1期 赵树凯等 几种钻井液用除硫剂脱除硫化氢效果的研 究 7 5 使其去除 ， 2 3 mi n后出E l H。 S浓度升高速度加快 ， 说明除硫剂逐渐被耗尽 ； 碱式碳酸铜和碱式碳酸锌 的 曲线 陡直 ， 说 明其除 硫效果很 差 。 宝 聚 ∞ Ⅱ 茁 注 试验用进 口硫化氢浓度为 4 9 0 1 0 L ／ L 图 4 3 种 除硫剂加入在重晶石粉中的除硫效果对 比 宝 1 0 0 台8 0 6 0 4 o 2 0 呈 0 注 试 验 用进 口硫 化 氢 浓 度 为 4 9 0 1 0 L／ L 图 5 3种除硫 剂加入在石灰石粉中的除硫效果对 比 2 ． 5 除硫剂一 2与其它除硫剂除硫效果的对比 通过对 加 入 除 硫 剂一 2的不 同加 重剂 加 重 的 钻 井液试 样进行 试 验得 出 ， 加入 除 硫剂一 2试 样 的除 硫 效率 明显 高于未加 入除硫剂一 2的试样 ， 前者在 1 O mi n时 的出 口 H。 S浓 度 相 当 于后 者 的 1 ／ 5 ～ 1 ／ 1 0 ； 除硫剂一 2的除 硫 效 果 明显 好 于 碱 式 碳 酸 铜 和 碱 式 碳酸锌 ； 加 入除硫 剂一 2的铁 矿粉 和 重 晶 石粉 加重 的 钻井液 试样 的除 硫效 率 ， 优 于 加入 除 硫 剂一 2的石 灰 石粉加 重 的 钻井 液 试 样 。用 加 有 除硫 剂一 2的重 晶 石粉加 重 的钻 井液样 品与其 它除 硫剂除 硫效果 的对 比情况如图 6所示。从图 6可以看出， 3种除硫剂 的出 E l H。 S浓度均随着时间 的延长而增大 ， 除硫 剂一 2的曲线在前 3 5 mi n增长缓慢 ， 说明在这段时间 除硫剂一 2在与 H。 s反应使其去除， 3 5 mi n后出 口 H。 s浓度升 高速度加快 ， 说 明除硫一 2剂 逐渐被 耗 尽 ； 而碱式碳酸铜和碱式碳酸锌的曲线陡直， 说明其 除硫 效 果 很 差 。 比较 3种 除 硫 剂 ， 除 硫 剂一 2去 除 H。 S的效果最 好 。 注 试 验 用 进 口硫 化 氢浓 度 为 4 9 01 0 L／ L 图 6 除硫剂一 2与其它除硫剂 除硫效果 的对 比 3 结论 1 ．虽 然 用 除硫 I] - 1样 品进 行 试 验 的进 口 H。 S 浓 度相 当于 用 未 加 入 除硫 剂 样 品 进 行试 验 的 进 口 H。 S浓度 5倍 以上 ， 但 是加 入 除硫剂一 1 试 样 的除 硫 效 率 明显 高于未 加除 硫剂 的试 样 。 2 ．无论对 于 哪一 种加 重材 料 加重 的钻 井 液 ， 除 硫剂一 1和除硫剂一 2的除硫效果要明显好于碱式碳 酸铜 和碱式 碳酸锌 。 3 ．加入除 硫 剂～ 1和 除硫 剂一 2的铁 矿 粉 和 重 晶 石 粉加 重 的钻井液 试 样 的 除硫 效 率 ， 要优 于 加 入上 述除硫 剂 的石灰石 粉加 重的试 样 。 参 考 文 献 [ 1 ] 戴金星 ， 胡见义 ， 贾承造 ， 等． 科学安全勘探开发 高硫 化 氢天然气 田的建议． 石油勘探与开发 ， 2 0 0 4 ， 3 1 2 1 - 4 E 2 3 张克勤 ， 陈乐亮．钻井技术手册 二 钻井液． 北京 石油 工业 出版 社 ， 1 9 8 8 ， 5 [ 3 3 李俊荣 ， 等． 含硫油气 田硫化氢 防护系列标准． 石油工业 出版 社 ， 2 0 0 5 ， 9 E 4 3 S Y ／ T 6 4 2 6 --2 0 0 5钻井井控技术规程 E 5 3 S Y 5 O 8 7 9 3含硫油气 田安全钻井法 E 6 3 S Y ／ T 5 0 8 7 --2 0 0 5 含硫化氢油气井安全钻井推荐作法 收稿 日期 2 0 0 7 - 0 8 - 2 4 ； H G F 0 8 0 1 W3 ； 编辑 汪桂娟 1 ， 1 _【 v＼ 爨∞ Ⅱ丑 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m