姬塬油田硫化氢治理技术研究

姬忠文，樊文娟，周 江，苟利鹏，杨金峰，安二亮，张 满，巨江涛，孙海波

（中国石油长庆油田分公司第五采油厂，陕西西安 710200）

随着油田开发的深入，采出水中硫酸根离子、硫酸盐还原菌逐渐增加，细菌释放、含硫化合物热裂解和硫酸盐热化学还原导致H2S 气体随之产生。自2016 年开始，姬塬油田含H2S 井站逐年增加，截至目前已在S106、H3、L1 等区块139 口油井、20 口注水井、41 座站点检测发现硫化氢，严重制约油田正常开发生产，急需开展治理技术研究，解决问题[1]。

1 姬塬油田硫化氢产生机理研究

1.1 油井H2S 成因分析

通过同位素分析表明，70 %油井H2S 为BSR 次生成因，20 %油井为次生BSR[2]和原生TSR 混源成因，10 %油井为TSR 原生成因（见表1）。

1.2 地面系统H2S 成因分析

集输系统H2S 分析表明：随硫酸盐还原菌数量增加H2S 急剧升高，在沉降罐中H2S 含量达到最大，因此硫酸盐还原菌次生作用是集输系统H2S 主要成因（见表2）。

2 脱硫剂防治技术研究

2.1 脱硫剂的脱硫性能实验

2.1.1 自制溶液脱硫效果评价 对6 种脱硫剂RD-5-1（氧化型）、RD-5-2（氧化型）、CD-001（沉淀型）和CD-002（沉淀型）、KEW-712-1（络合型）、KEW-712-2（络合型），在浓度为100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、250 mg/L、300 mg/L 下进行脱硫实验，结果显示RD-5-1 和KEW-712-1 脱硫剂的H2S 脱除率最高，效果最好[3]。

表1 油井同位素检测H2S 成因研究

表2 系统各节点硫酸盐还原菌监测表

2.1.2 现场原油脱硫效果评价 采用静态脱硫效果评价方法，对现场原油进行脱硫剂脱硫效果室内验证[4，5]：随着浓度的增大，脱硫剂对H2S 的吸收效果越好，KEW-712-1 型脱硫剂添加浓度为600 mg/L 时，硫化氢最终脱除率达100 %。

2.2 脱硫剂SRB 抑制实验

对6 种脱硫剂RD-5-1（氧化型）、RD-5-2（氧化型）、CD-001（沉淀型）和CD-002（沉淀型）、KEW-712-1（络合型）、KEW-712-2（络合型），在浓度为100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、250 mg/L、300 mg/L 下进行SRB抑制实验，实验结果显示KEW-712-1 脱硫剂SRB 抑制效果最好（见表3）。

表3 脱硫剂SRB 抑制实验数据

2.3 脱硫剂配伍性实验

采油集输系统使用的化学助剂主要有破乳剂、清蜡剂、阻垢剂、脱硫剂、杀菌剂等5 种，为了保证脱硫剂在现场的正常使用，对脱硫剂与其他5 种助剂和地表水进行配伍性实验，实验结果表明配伍性良好（见表4）。

表4 脱硫剂与其他化学助剂配伍性评价实验

3 脱硫剂投加工艺研究

根据油田硫化氢成因研究及室内筛选结果，制定出“油井套管密闭脱硫”及“原油集输脱硫工艺”，前期以高浓度脱硫剂投加达到快速降控目的，待硫化氢控制在合格范围后，逐步降低脱硫剂用量，直至最小浓度投加或停止投加（见图1、图2）。

图1 油井套管密闭脱硫

图2 原油集输脱硫工艺

3.1 前端油井套管密闭脱硫

对19 口H2S 超标油井现场投加脱硫剂，通过四个阶段应用效果跟踪，反复调整加药量，最终19 口井H2S 含量均控制在安全范围内（＜20 mg/L）（见表5）。

表5 姬塬油田19 口硫化氢超标油井治理前后对比表

3.2 后端集输系统脱硫工艺

通过对J5 联脱硫剂投加，实现H2S 快速控制。第一阶段KEW-712-1 脱硫剂投加浓度为600 mg/L，5 天时间H2S 浓度由1 500 mg/L 控制至19 mg/L；第二阶段至第三阶段逐步降低脱硫剂投加浓度；第四阶段脱硫剂投加浓度由40 mg/L 降低至30 mg/L 时，硫化氢含量由19 mg/L 升高至120 mg/L，之后脱硫剂浓度恢复至40 mg/L，H2S 含量＜20 mg/L（见图3）。

图3 J5 联脱硫剂投加治理效果统计图

4 脱硫剂工矿应用

2016-2019 年，使用KEW-712-1 络合型脱硫剂，经3 年时间应用，姬塬油田已有97 口油井、20 口注水井、19 座站点硫化氢浓度控制为0，有42 口油井、22座站点硫化氢浓度已控制在较低范围（＜20 mg/L），并持续治理中。

2019 年脱硫剂平均加药浓度193 mg/L，井站硫化氢平均浓度由111 mg/L 下降到9 mg/L，整体防治效果显著（见表6）。

表6 2019 年脱硫剂使用效果评价表

5 认识与建议

（1）姬塬油田H2S 成因主要为次生，通过对姬塬油田油井和集输系统H2S 室内检测分析，油井H2S 主要为BSR 次生，集输系统为硫酸盐还原菌次生作用产生H2S。

（2）络合型脱硫剂适用于姬塬油田H2S 治理，从室内研究及现场应用表明，络合型脱硫剂能有效降低JY油田井站硫化氢浓度，实现硫化氢的有效治理。

（3）“前端治理+后端防控”方式应用效果较好，油井-增压点-联合站，硫化氢浓度逐渐升高，通过前端治理、后端防控，治理效果最佳。治理初期应以大剂量投加脱硫剂，达到快速降控硫化氢目的，后期逐渐降低脱硫剂投加浓度。

（4）小型伴生气脱硫技术应用，针对含硫伴生气燃烧排空不符合安全规范且浪费资源的问题，下步可以实验液相可再生脱硫技术，实现伴生气中硫化氢的有效脱除。