硫化氢气体的检测及其安全防范措施
时间：2021-02-10 04:03:17 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要:文章介绍了硫化氢气体的来源和危害以及井场硫化氢气体含量的检测方法,阐述了在石油天然气行业中预防硫化氢中毒的必要性和紧迫性,并提出了在硫化氢环境中的一些人身安全防范措施。
关键词:硫化氢;气体检测;安全防范
中图分类号:TE991
文献标识码:A
文章编号:1009-2374(2009)19-0026-03
近年来,无论是石油天然气行业,还是非石油天然气行业,国内发生硫化氢气体中毒案例屡见不鲜,如2003年12月23日晚,重庆开县罗家16H天然气井发生井喷失控,大量含有高浓度硫化氢的天然气喷出地面并扩散到大气中,这起事故造成243人死亡、2142人中毒住院治疗、6.5万名当地居民被紧急疏散,各种经济损失达6432万元的重特大事故,血的教训再次敲响了含硫气藏安全生产的警钟。
20世纪80年代初期,我国探明的含硫化氢天然气占全国气层气储量的1/4。而目前我国含硫气田(含硫2%～4%)气产量占全国气产量的60%。四川盆地含硫天然气产量占总产量的80%。而我国已发现的、开发的气藏主要分布在四川盆地。硫化氢是仅次于氰化物的剧毒物,是易致人死亡的有毒气体。硫化氢不仅严重威胁着人们的生命安全,而且还造成严重的环境污染,对金属设备造成严重的腐蚀破坏。因此,为确保人员的绝对安全,杜绝硫化氢中毒事故的发生,了解硫化氢气体的来源和危害,掌握硫化氢气体的预防与处理知识和硫化氢检测方法非常重要。
一、硫化氢的性质、来源及危害
(一)硫化氢的理化性质
硫化氢(H2S)气体分子是由两个氢原子和一个硫原子组成,为无色、剧毒、酸性气体,有臭鸡蛋味,别名氢硫酸。分子量为34.08,熔点为-85.5℃,沸点为- 60.4 ℃,相对密度为(空气=1)1.19,比空气稍重,能溶于水,溶解度随水温的增高而降低。在空气中易燃,燃烧时发出兰色火焰,并产生对眼和肺非常有害的二氧化硫气体。通常情况下以气态存在,当硫化氢与空气或氧气混合到一定比例(4.3%～46%)时就形成一种爆炸混合物,遇火爆炸。
(二)硫化氢的来源
硫化氢(H2S)是硫和氢结合而成的气体。硫和氢都存在于动植物的机体中,在高温、高压及细菌作用下,经分解可产生硫化氢。在天然气生产、高含硫原油生产中经常能遇到硫化氢。油气井中的硫化氢主要来源于以下四个方面:
1.热作用于油气层时,油气中的有机硫化物分解,产生出硫化氢。
2.石油中的泾类、有机质与储集层水中的硫酸盐经高温还原作用而产生硫化氢。
3.通过地层裂缝等管道,下部地层中硫酸盐层的硫化氢上窜而来。在非热采区,因底水运移,将含硫化氢的地层水推入生产井中。
4.油气井作业中,钻井液的某些处理剂在高温作用下发生热分解以及钻井液中细菌的作用都可能产生硫化氢。
含硫化氢油气田在区域分布上,多存在于碳酸盐岩-蒸发岩地层中,其含量随地层埋深增加而增大。
(三)硫化氢的危害
在钻井过程中,硫化氢的危害可以归结为四个方面:
1.硫化氢对人体的危害。硫化氢是具有刺激性和窒息性的无色气体。低浓度接触仅有呼吸道及眼的局部刺激作用,高浓度时全身作用较明显,表现为中枢神经系统症状和窒息症状。硫化氢具有“臭蛋样”气味,但极高浓度很快引起嗅觉神经麻痹而不觉其味,所以高含量时难发觉,此时人很容易中毒而导致死亡。
不同硫化氢气体体积分数对人体的危害见表1:
2.硫化氢对设备材料的危害。(1)硫化氢对金属材料的腐蚀。硫化氢溶于水形成弱酸,对金属的腐蚀形式有电化学失重腐蚀、氢脆和硫化物应力腐蚀开裂,以后两者为主,一般统称为氢脆破坏。氢脆破坏往往造成井下管柱的突然断落、地面管汇和仪表的爆破、井口装置的破坏,甚至发生严重的井喷失控或着火事故。(2)硫化氢能加速非金属材料的老化。在地面设备、井口装置、井下工具中,有橡胶、浸油石墨、石棉等非金属材料制作的密封件。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;浸油石墨及石棉绳上的油被溶解而导致密封件的失效。
3.硫化氢对钻井液的污染。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,表现为:密度下降,pH 值下降,粘度上升,以至形成不动的冻胶,颜色变为瓦灰色、墨色和墨绿色。
此外,硫化氢对环境的污染主要是对大气和水的污染。
二、硫化氢气体的检测
利用专用仪器和方法,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,表2是华北油田所做的硫化氢在不同pH值碱性钻井液中的溶解饱和度。目前钻井常用的钻井液呈碱性,pH值9～12。在正常钻进时,浸入钻井液中的硫化氢少,不超过溶解饱和度,因此在钻井液出口槽面检测不出硫化氢。如果大量气侵,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。
(一)标准碘量法
碘量法是一种经典的化学分析方法,因其指示剂灵敏,方法准确可靠,检测限低,操作简单等优点而被石油化工、冶金等行业广泛应用。世界各发达国家和我国均采用碘量法作为天然气中硫化氢含量测定的标准分析方法。其原理是以过量的乙酸锌溶液吸收气样中的硫化氢,生成硫化锌沉淀(反应式:H2S+Zn(Ac)2=ZnS+2HAc),然后加入准确过量的碘溶液氧化生成的硫化锌,剩余的碘用硫代硫酸钠标准溶液滴定。但是,在实验室和现场的硫化氢含量分析中,特别是在做现场天然气中硫化氢含量测定的比对分析时,有时其测定结果不尽人意,得不到良好的重复性、再现性。
(二)快速测定管法
快速测定管法也是现场检测大气中硫化氢含量常用的方法。原理是将吸附醋酸铅(PbAc2)和氯化钡(BaCl2)的硅胶装入细玻璃管内,抽100ml含硫化氢的气体,在60s内注入,形成褐色硫化铅(PbS)。根据硅胶柱变色的长度测定出硫化氢的体积分数。现场录井是在钻井液出口槽面上,用注射器抽取100ml气样,通过测定管,硅胶柱变色长度与标准尺比较,求得硫化氢的体积分数。此法具有简便、快捷、便于携带和灵敏度高的优点。
(三)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。此法适用于钻井液和大气硫化氢测量,是一种定性和半定量方法。
(四)激光法
激光法原理是将光学检测探头直接安装在气体检测管两侧,半导体激光器射出的调制激光束穿过检测管中的被测气体,落到接收单元中的光电传感器上。激光束能量被所测气体分子吸收而发生衰减,接收单元探测到的光强度所发生的衰减与发射器和接收器之间的被测气体含量成正比。通过分析激光强度衰减可以获得所测气体的浓度。该技术具有现场测量、快速响应(<5s)、适用范围大、精度高、可靠性高和维护量小等优点。
(五)硫化氢报警法
利用硫化氢与醋酸铅试纸反应使试纸变色这一原理,为了准确测定硫化氢体积分数变化,把发生化学反应的试纸与电路组合在一起,硫化氢的体积分数变化由仪器检测下来并自动报警。它可以连续检测大气中硫化氢体积分数并自动记录,当指针达到预定调节位置(对人体有害的许可值10×10-6)时,仪器就发出警报。这种仪器已成为碳酸盐岩地层录井井场常用的必须配备的仪器,这种仪器我们通常称之为硫化氢传感器。
