钻井硫化氢气体的监测与防护对策

摘 要： 随着石油与天然气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。在钻井现场，加强硫化氢气体监测并采取有效的防护措施是确保人员及设备安全的前提。概述了钻井现场硫化氢气体监测的作用和内容，以及钻井过程中硫化氢的安全防范与处理措施。对于指导含硫化氢地区钻井、录井安全作业，确保人员及设备安全具有一定的指导意义。

关键词： 钻井；硫化氢；监测；防护

中图分类号：TQ125.1+2

在油田勘探、开发过程中H2S气体的存在对人身安全和设备安全造成很大的危险。近年来，在含有H2S的地区进行勘探、开发过程中时常发生H2S中毒事件或对设备、工具造成严重的腐蚀破坏。因此石油钻探过程中硫化氢的监测工作很重要。现场硫化氢监测工作仍存在一些不足之处。本文概述了钻井现场硫化氢气体监测的作用和内容，以及钻井过程中硫化氢的安全防范与处理措施。对于指导含硫化氢地区钻井、录井安全作业，确保人员及设备安全提供一些借鉴。

1 硫化氢气体的危害

硫化氢是一种无色、剧毒、强酸性气体。硫化氢易溶于水和醇类、石油溶剂和原油等有机溶剂中。由于硫化氢比空气重，所以常会积聚于通风条件差的低凹处。硫化氢不仅会对人的生命造成威胁，而且还会造成严重的环境污染；硫化氢的强酸性一是容易腐蚀钻井机械设备，造成井下管柱断落，导致地面管汇和仪表以及井口装置被破坏，甚至引发严重的井喷或火灾；二是会加速非金属材料的老化，使地面设备、井口装置、井下工具中的非金属材料密封件失效。

1.1 对人体的危害。不同硫化氢气体体积分数对人体的危害。（1）100～200体积分数/×10- 6 时2～5 min内抑制嗅觉、咳嗽、眼发炎。8 h 以内眼痛和呼吸障碍，8 ～48h可导致出血死亡。2min内虚脱，失去知觉，需立即作人工呼吸；（2）300～400体积分数/×10- 6 15～30min内眼严重发炎，心律失常，30～60min内眼、头痛加剧，四肢发抖，甚至死亡。

1.2 对设备的损害。常温常压下，干燥的硫化氢对金属材料无腐蚀破坏作用。硫化氢能加速非金属材料的老化。对地面设备、井口装置、井下工具中的橡胶、浸油石墨、石棉绳等非金属密封件和录井塑料管线，它们在硫化氢环境中使用一定时间后，橡胶会产生鼓泡胀大，失去弹性，密封件失效，塑料管线会老化。

1. 3对钻井液的污染。在石油钻井中，硫化氢气侵会对钻井液产生污染，硫化氢主要对水基钻井液具有较大的污染，它会使钻井液性能发生很大变化产生以下现象： pH 值及碱度下降； 粘度增加； 流体损失增加；水基钻井液的颜色变成暗绿色。

1.4对环境的污染。主要是对大气和水的污染。

2 钻井现场硫化氢气体的监测

用专用的仪器和方法，随钻检测硫化氢在钻井液、岩屑和大气中体积分数的方法称为井场硫化氢检测方法。硫化氢是酸性气体，在碱性钻井液中溶解度大，在酸性钻井液中溶解度

小，目前钻井常用的钻井液呈碱性，pH值9 ～12。在正常钻进过程中，当浸入钻井液中的硫化氢少，不超过溶解饱和度时，在钻井液出口槽面检测不出硫化氢。如果硫化氢大量气侵，以致发生井涌或井喷，这时硫化氢侵入量将大大超过钻井液的溶解饱和度，过量的硫化氢将以气体形式裹在钻井液中迅速窜至地面，这样硫化氢就会严重污染钻台及井场周围的大气，造成严重中毒事故。

2.1现场硫化氢地面监测

2.1.1硫化氢监测仪器。含硫油气井钻井过程中的硫化氢监测应符合相关规定。硫化氢监测仪有固定式和便携式2种，固定式监测仪用于监测井场中硫化氢容易泄漏和积聚场所的硫化氢浓度值，便携式监测仪用于监测不固定场所的硫化氢浓度值。

2.1.2油田现场常用快速化学分析法。（1）标准碘量法。现场检测钻井液中硫化氢体积分数常用的方法是标准碘量法。（2）快速测定管法。（3）醋酸铅试纸法。醋酸铅试纸与硫化氢反应生成褐色硫化铅，与标准比色板对比求得硫化氢的体积分数。

2.1.3 综合判断法。一是钻进时发生蹩跳，钻速快或放空，泵压下降，钻井液池液面升高，有间歇井涌，有硫化氢气味； 二是钻井液密度和 pH 值下降，粘度上升，颜色变为灰色―墨绿色； 三是测井井温和井内流体电阻率发生降温增阻，当井筒内钻井液静止一段时间后，由于硫化氢气体扩散膨胀吸热，使气侵段显示降温增阻，利用井温和流体电阻率的异常，卡取含硫化氢层较为可靠。

2. 2 地层流体硫化氢监测。硫化氢监测的目的是防止硫化氢对设备特别是对人员的伤害，因此监测产生硫化氢的因素比监测地面硫化氢气体更为重要，事实上，国内石油天然气钻探史上几次特大的硫化氢恶性事故都是对井下流体监测不力导致井喷所致。

2.2.1地层情况监测。监测硫化氢必须认清所钻井地层情况，了解区域地质特点。在实施钻井前，应掌握邻近地区已经出现的硫化氢异常情况，编制好本井硫化氢监测预报方案。

2. 2. 2加强地层对比分析。在掌握区域含硫化氢层位的基础上，加强钻井过程中随钻分析对比，利用标准层或岩性组合对比标志层就可准确地预测到即将钻达含硫化氢地层。

2. 2. 3 对地层压力的监测。钻探过程中对该井已取得的录井资料进行分析，将硫化氢监测与地层压力和工程参数的监测有机结合起来。特别重视高压油气层，根据压力分析提前预报高压层的出现，及时依据压力监测结果调整钻井液密度，确保钻井液密度达到技术规范要求，可以有效防止硫化氢大量气侵导致井喷事故。

2.2.4钻进液性能变化的监测。pH值及碱度下降； 粘度增加； 流体损失增加；水基钻井液的颜色变成暗绿色。

3 井场硫化氢气体的防护措施

3. 1 衡钻井。搞好衡钻井，设计人员要弄清楚可能含硫的层位、深度、含硫量、地层压力，在一次井控上做到衡钻井。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。保证全过程的衡钻井，将硫化氢控制在地层内。

3. 2在井筒内消除硫化氢。在钻井液中通过调整 pH 和使用硫化氢化学清除剂的方法，使硫化氢在井筒内转化为其他无毒物质。

3. 3 地面导流。当进入井筒的硫化氢量大、浓度高、或在井筒内的时间短时，使用化学方法后仍会出现气侵、后效气侵、溢流等现象。就要进行分离、导流、定点焚烧。具体做法就是通过气液分离器排气。

3. 4 使用硫化氢防护器具。作业人员进入含硫化氢工作区域必须佩戴防硫化氢空气呼吸器。

3. 5 疏散。硫化氢进入大气后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，人只能远离危险源而被动防护。按 《应急预案》对井队人员和周边居民进行疏散。

3. 6 井场布置及要求。井场要有一条辅助安全通道以便遇到风向转变，造成危险时通行。井场所有入口处要安装适当的报警信号和旗帜。井场设备的安放必须留有空间，钻台下井口装置周围禁止堆放杂物，避免硫化氢在井口装置及其周围聚集。在井架顶端、井场风向入口处、防护室及井场入口等地应设置风向标。在无风和微风的时候，在钻台上、下井架周围，振动筛或其它硫化氢易聚集地方，应当用大鼓风机或排风扇对一定风向吹。进入气层前 50 m 应将二层台，钻周围设置的防风护套和其它类似的围布拆除。井场周围要害地方，严禁抽烟。确保通讯 24 h 畅通。钻台人员必须配备便携式硫化氢监测仪，所有防护器具应放在使用方便、清洁卫生的地方，并有专人定期检查以保证这些器具处于良好的备用状态，作好记录。

参考文献

[1]谢辉，方锡贤，熊玉芹. 石油天然气钻探过程中硫化氢的监测[J].工业安全与环保，2005，31（ 6） ：32 -34.