关于H2S探头现场标定重复率低的问题分析

摘 要：现场对H2S探头标定时重复率低，甲方监督疑虑较高，本文从气体状态方程及H2S探头工作原理入手分析其原因，以求得到该问题的合理解释及解决方法。

关键词：H2S探头 标定 气体状态方程 工作原理 解释 解决方法

目前录井现场对H2S探头的标定方法是使用气囊从20ppm的H2S样气瓶中取一定体积H2S样品气对H2S探头进行标定。在重复效验时，H2S探头监测显示出来的H2S浓度往往不是20ppm，有时低于20ppm，有时高达50ppm，重复率低，以致于甲方监督对我们的样品气浓度是否标准产生怀疑，现场人员对该问题也难以进行合理解释。本文准备从样品气浓度及H2S探头工作原理进行分析，以求得到该问题的合理解释及解决方法。

H2S浓度在日常工作中经常使用的表示方法有以下两种：（1）H2S气体体积百分含量（VH2S / V样品气），单位为ppm，也就是我们常说的ppm浓度；（2）H2S气体密度（MH2S / V样品气），单位为mg/m3。

1、样品气体积变化时H2S浓度是否变化

（1）样品气状态变化时H2S气体体积百分含量是否变化

根据气体状态方程，我们可以得出：

…………………………………………①，

…………………………………………②；

通过①、②相除我们可以得到，即体积变化前后H2S气体体积百分含量不变，即ppm浓度不随样品气状态变化发生变化。

（2）样品气状态变化时H2S气体密度是否变化

H2S气体密度，顾名思义就是单位体积内的H2S气体质量，所以气体状态变化前后的H2S气体密度分别为：，，我们知道气体质量并不随气体状态变化而变化，因此，所以我们可以得出，也就是说H2S气体密度与样品气体积成反比关系，即体积变得越小，H2S气体密度越大，体积变得越大H2S气体密度越大。

由此我们可以得出：样品气状态发生变化时H2S气体密度与样品气体积成反比，而H2S气体体积百分含量不随气体状态变化而变化，即H2S气体体积百分含量为固定值，也就是说样品气状态发生变化时H2S气体密度与H2S气体体积百分含量无关。

2、气体状态不变，H2S气体密度与H2S气体体积百分含量的关系

气体分子在空间中是均匀分布的，由此我们知道状态相同的H2S气体在相同大小的体积中的分子数是相同的，即质量是一定的。由此我们可以得出在P、T不变时，（R为常量），进一步我们可以得到 ：，即2S气体密度与H2S气体体积百分含量成正比。

3、H2S探头工作原理分析

《DM-200 硫化氢中文说明书》中对H2S探头工作原理描述为：“探测是通过在传感器电极的表面发生化学反应来实现的。气体在电池中发生扩散。控制电路维持一个在传感器和电极之间的小的电压，保证没有电流或者在电极上维持固定的电压值（通常要接地）。电化学的反应使从阴极到阳极的电流发生变化。这个电流的变化与气体的浓度成比例，且是可逆的。传感器快速的反应可以连续的监控周围气体的情况。”从中看出H2S探头测量的是H2S气体浓度，但测的是哪个浓度并未说明。我们知道电化学反应产生的电流大小与单位体积中H2S分子的多少成比例，即与H2S的摩尔浓度成比例。我们知道H2S分子量是34，即摩尔质量为34克，即，进一步可以得出：，即H2S气体密度与H2S的摩尔浓度成正比。由此我们可以得出H2S探头实际测量的是H2S气体密度，后根据常温常压下H2S气体体积百分含量与H2S气体密度的比值关系折算为H2S气体体积百分含量（即ppm浓度）。

4、模拟计算

常温常压下将H2S浓度为20ppm的1m3样品气体积压缩成0.5m3，我们知道常温常压下，20ppm的H2S气体密度为30mg/m3，根据前文可以得出：，由此计算体积压缩后H2S气体密度为：，按常温常压H2S气体体积百分含量与H2S气体密度的比值关系折算H2S气体百分含量应为40ppm，即H2S探头检测体积变化后H2S气体浓度显示为40ppm。根据前文分析，我们知道H2S气体百分含量不变，仍为20ppm。由此我们可以很容易看出H2S标定重复率低的原因是因为样品气状态发生变化。

5、建议

根据前面的分析和计算，我们可以看出造成H2S标定重复率低的原因是因为样品气状态发生变化，而现场使用气囊取样标定又无法保证样品气状态始终为常温常压，因此建议：在室内使用减压阀将H2S样品气气压降至常压（1个标准大气压），按《DM-200 硫化氢中文说明书》要求控制气体流速（500ml/min）对探头进行标定，录井现场仅对探头进行效验是否能检测出H2S气体。

参考文献

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[2] 周金堂，杨伟彪，赵安军等.井场硫化氢气体检测方法及防护措施.录井技术，2004，15（2）：1～5

[3] 吴振强，谈继强，师拥军等.利用综合录井进行硫化氢的准确监测.录井技术，2004，15（2）：6～10

作者简介：夏国清 工程师，1979年生，2002年毕业于江汉石油学院石油与天然气地质勘探专业，现在中国石油西部钻探克拉玛依录井工程公司从事录井评价解释工作。