渤海某油田中心平臺生產流程硫化氫治理與效果評價

王瀟，代齊加，殷川

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

渤海某油田中心平臺是油田群中心樞紐，接收上游B/C/D/E 四個平臺產出物流并進一步處理。 上游來液經段塞流、兩臺并聯的一級分離器、二級分離器等進行油、氣、水三相分離，原油經脫水處理合格后外輸至陸地終端，分離出的生產水經斜板、氣浮、核桃殼濾器和雙介質濾器處理達標后回注地層，脫出的氣體經燃氣洗滌器和燃氣緩沖罐處理后供給透平發電。 原油、燃氣和生產水三大系統如圖1 所示。 在對平臺生產各級流程進行硫化氫檢測中，發現均有不同濃度的硫化氫存在，部分含量高達200ppm 以上，高濃度的硫化氫會造成設備管線腐蝕，影響人員健康，嚴重制約油田安全生產和長遠發展，因此流程硫化氫治理成為亟待解決的課題[1]。

圖1 某油田中心平臺生產流程示意圖

1 硫化氫成因分析

油田開發生產過程中所含的硫化氫成因大致可分為三類： 第一類是有機質熱裂解(TDS)，即油藏中不穩定的含硫化合物在過熱地層中（120～160℃）發生熱裂解生成水、碳殘渣及硫化氫；第二類為硫酸鹽熱化學還原（TSR），主要由地層中含有的硫酸鹽巖， 在高溫條件下與烴類或有機質發生化學還原反應生成硫化氫， 該類成因生成的硫化氫含量較高； 第三類為微生物成因，主要是硫酸鹽還原菌（SRB）的代謝產物，硫酸鹽及油田水中的SO42-在厭氧條件下， 通過油田生產設施或地層中滋生的SRB 生物活動還原作用生成[2]。

通過對油田油藏儲層物性、 地層溫度條件、SRB 培養試驗及平臺自身流程處理工藝特點等角度綜合分析，最終得出平臺同時存在原生硫化氫及次生硫化氫，即油田伴生氣中自帶的和SRB微生物活動所致。 針對現場實際情況，油田開展硫化氫綜合治理，實現各級處理流程的硫化氫含量≤20ppm 這一目標。

2 治理方案

鑒于平臺兩種硫化氫不同來源，采取多種治理措施。 通過對流程加藥點進行優化改造，達到及時加注處理、有效反應消除的目的；針對次生硫化氫，主要措施為通過加注殺菌劑，殺滅油田設施中的SRB，從而有效控制其代謝產物硫化氫產生；針對原生硫化氫，主要措施為通過加入硫化氫抑制劑，與硫化氫發生化學反應，將有害的硫化氫轉化為無害的含硫化合物[3]。

2.1 優化改造藥劑注入點

油田投產時原設計的殺菌劑注入點在注水緩沖罐入口，位于整個生產流程的終點，生產水經過注水緩沖罐后直接進入各注水井，反應時間短，殺菌效果較差，且對上游流程無法進行有效殺菌，SRB 超標嚴重。 經過現場研究，將殺菌劑注入點由注水緩沖罐調整至段塞流捕集器（見圖2）， 殺菌劑的注入由流程終點優化改造至起點，從而充分保證其反應時間， 有利于殺菌效果，對流程的保護效果更優。 通過改造前后對SRB 的多次培養試驗結果來看，能夠在一定程度上有效殺死細菌，降低SRB 滋生[4]。

圖2 藥劑注入點優化改造示意圖

2.2 優選殺菌劑

目前，使用化學藥劑仍然是控制生產流程中SRB 的主要方法。 經過實驗室評估，判斷油田現在使用的殺菌劑BHS-37 已不適合當前工況，SRB 對殺菌劑產生抗藥性。 通過對藥劑進行重新篩選比對，THPS 新型殺菌劑較目前使用的BHS-37 有更好的效果， 該殺菌劑具有極強穿透性，可迅速作用于通用殺菌劑難以波及的微細空隙區域，殺滅其中滋生的SRB，從而抑制細菌代謝產物硫化氫產生。 藥劑換型后，進行現場應用，在段塞流補集器前端加注強滲透性殺菌劑，首先進行高質量分數沖擊加注，沖擊時長2h，加注質量分數150ppm（以一級分離器最大處理液量計）；再調節新型殺菌劑加注量至日常加注水平， 連續加注，加注質量分數30ppm。圖3 所示為殺菌劑換型前后，幾個流程監測點的SRB 含量對比，新型殺菌劑加注后， 平臺流程SRB 迅速降低， 流程中SRB 被徹底殺滅，可控制生產流程SRB 維持在0個/mL。 同時對不同殺菌劑加注質量分數下的流程硫化氫含量進行檢測[5](見圖4 和圖5)。

圖3 殺菌劑換型前后流程SRB 治理效果圖

圖4 原油及燃氣流程硫化氫治理效果

圖5 生產水處理流程硫化氫治理效果

結合圖4 和圖5 可以看出：原殺菌劑BHS-37采取提高加注質量分數，僅二級分離器覆蓋氣硫化氫略有下降，平臺整體硫化氫含量未見明顯效果，結合SRB 數據可知，現場原有殺菌劑對SRB殺滅效果甚微， 無法有效抑制次生硫化氫產生。而新型殺菌劑THPS 加注后， 平臺流程硫化氫迅速降低，其中二級、斜板、氣浮的硫化氫降幅顯著，最高降幅接近200ppm。 至第7 日后生產流程各級硫化氫基本平穩，不再下降，結合SRB 數據可知，此時生產流程中SRB 被徹底殺滅，基本杜絕了次生硫化氫產生。

平臺次生硫化氫治理完成后，流程中剩余硫化氫即為原生硫化氫，機理為隨著流程逐漸向后端進行，壓力逐漸降低（段塞流操作壓力850kPa，氣浮操作壓力100kPa）， 溶解于液相中硫化氫析出，釋放至設備覆蓋氣，因設備覆蓋氣流通緩慢，液相流通相對較快，液相中溶解的硫化氫不斷釋放至氣相，最終導致硫化氫積聚。

新型殺菌劑THPS 效果顯著優于現場原有殺菌劑BHS-37，在加注濃度30ppm 條件下，殺菌率100%，可有效去除流程中SRB，抑制次生硫化氫產生，但流程中仍存在原生硫化氫且含量仍然偏高，僅采取此項措施，未能使硫化氫含量達標。

2.3 加注硫化氫抑制劑

針對原生硫化氫，在殺菌劑加注的同時，在段塞流補集器前端加注硫化氫抑制劑， 通過硫化氫抑制劑將硫化氫轉化為無害產物， 祛除平臺殘留的原生硫化氫，使平臺硫化氫含量控制在預期目標范圍內。

本著節能降耗的原則同時又能最大程度實現平臺流程硫化氫治理，采取新型殺菌劑、硫化氫抑制劑交替加注的方式進行加注。 為保障流程平穩，逐漸將硫化氫抑制劑加注量調整至500L/d（4h 內完成），硫化氫抑制劑每天連續加注20h 后更換新型殺菌劑加注，加注質量分數30ppm，連續加注4h， 同時摸索出硫化氫抑制劑最佳加注量，相關監測點結果見圖6。

圖6 平臺硫化氫抑制劑應用效果

從圖6 可以看出：硫化氫抑制劑間歇加注后，平臺全流程硫化氫含量均迅速下降， 降幅顯著，在加注量500L/d 條件下，可使平臺流程硫化氫含量控制在20ppm 以內，多數監測點質量分數甚至小于10ppm。 在硫化氫抑制劑加注量300L/d 條件下，較500L/d 加注條件流程下硫化氫含量有上升趨勢，為使治理效果達到預期，采取硫化氫抑制劑加注量為500L/d。

3 結論

1）優化改造藥劑加注點，解決了殺菌劑注入不及時、針對性不強、化學作用時間短的問題，能夠有效降低SRB 數量。

2）新型殺菌劑THPS 效果顯著優于原有殺菌劑BHS-37，可有效殺滅流程中SRB，抑制次生硫化氫產生，藥劑加注后，生產流程SRB 被徹底殺滅。

3）本著節能降耗的原則，最終采取新型殺菌劑THPS 每日加注4h，加注質量分數30ppm，配合硫化氫抑制劑每日加注20h，加注500L/d，平臺流程硫化氫可控制在20ppm 以內，多數檢測點硫化氫在10ppm 以內，治理效果達到預期目標。

4）該油田流程硫化氫治理的成功實踐，保障了設備和人員安全， 有效改善了安全生產環境，同時相關措施方法為其他油田開展硫化氫綜合治理提供了有益的參考。