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對鉆井現(xiàn)場硫化氫防護(hù)的探討

文檔作者：羅良儀殷攸久王志堅文檔來源：中國石油天然氣集團(tuán)公司川I慶鉆探工程公司川I東鉆探公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月24日
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大然氣上業(yè)
對鉆井現(xiàn)場硫化氫防護(hù)的探討
羅良儀 殷攸久 王志堅
(中國石油天然氣集團(tuán)公司川I慶鉆探工程公司川I東鉆探公司)
羅良儀等．對鉆井現(xiàn)場硫化氫防護(hù)的探討．天然氣工業(yè)，2008，28(4)：1O8—110．
摘 要 隨著全行業(yè)對硫化氫防護(hù)重視程度的提高，硫化氫防護(hù)措施不具體、操作性差等問題經(jīng)常被提出。
根據(jù)硫化氫的毒害機(jī)理和中毒途徑，提出避免身體接觸和呼吸道吸入的防護(hù)原則，探究鉆井過程中硫化氫可能選
出的工況和途徑，分析各種情況下硫化氫選出和聚集的特點，結(jié)合作業(yè)過程中人的活動，制定防護(hù)措施和操作要
點。分析了硫化氫進(jìn)入大氣的5種途徑，提出了近平衡鉆進(jìn)、化學(xué)清除、地面導(dǎo)流、隔離、安全距離以及防鉆具氫脆
斷裂等6種防護(hù)方法，為鉆井過程中發(fā)生氣侵、溢流、壓井、放噴、設(shè)施泄漏、關(guān)井中以及井噴失控等7種工況下的
防護(hù)提供了具體方法和操作要點；對井場位置、液氣分離器位置、硫化氫探頭位置、應(yīng)急預(yù)案的編制與演練提出
了建議。
主題詞 鉆井 井場 硫化氫 預(yù)防措施 安全措施
隨著社會的進(jìn)步，人們對安全的需求越來越高，
在含硫地區(qū)安全鉆井的壓力越來越大。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
SY／T5087和SY／T6610為含硫油氣田的硫化氫防
護(hù)提供了一些原則和方法，筆者將從硫化氫的逸出
途徑著手，探討各種情況下的防護(hù)操作問題。
一
、硫化氫毒害機(jī)理和中毒途徑
鉆井現(xiàn)場防護(hù)的是來自井下的硫化氫。其他途
徑的硫化氫因含量和出現(xiàn)頻次少，這里不予討論。
中毒途徑：身體接觸和呼吸道吸入。
硫化氫的危害機(jī)理：① 接觸中毒，人體的皮膚、
黏膜與含硫化氫氣體接觸，逐漸出現(xiàn)眼部干癢、充
血、紅腫、流淚不止，咽喉部干癢刺痛等癥狀；②吸人
中毒，硫化氫通過呼吸道進(jìn)入肺部，在肺內(nèi)氣體交換
時產(chǎn)生奪氧反應(yīng)，使人體血液中氧合血紅蛋白含量
降低，因而出現(xiàn)頭暈、乏力、四肢酸軟，嚴(yán)重者將昏迷
或死亡uj。
二、鉆井現(xiàn)場硫化氫進(jìn)入大氣的
途徑和特點
(1)在一般情況下，硫化氫隨泥漿循環(huán)而外逸，
第一逸出點是喇叭口，第二逸出點是泥漿出口(振動
篩)，第三逸出點是泥漿循環(huán)罐區(qū)域。在這種情況下
硫化氫的逸出或連續(xù)或間斷，在各監(jiān)測點檢測到的
硫化氫濃度也是不一樣的，無法界定哪個場所是否
安全。
(2)在經(jīng)液氣分離器排氣時逸出點在排氣口，這
時的硫化氫在一定時間內(nèi)連續(xù)外逸。如果出口不點
火，硫化氫將在周邊沉積或者順風(fēng)擴(kuò)散；如果點火，
則轉(zhuǎn)化為二氧化硫擴(kuò)散或沉積。
(3)放噴時的逸出點在放噴口，硫化氫順風(fēng)擴(kuò)散
或向周邊沉積(周邊空氣不流通或者順風(fēng)方向的低
洼處)，隨著放噴時間的加長，濃度將逐漸升高。
(4)井噴失控時從井口逸出，硫化氫向井場周邊
擴(kuò)散或者順風(fēng)擴(kuò)散，周邊空氣不流通處及下風(fēng)方向
低洼與旋流處硫化氫不斷聚集，濃度不斷升高。
(5)管線或井口泄漏，從泄漏點外逸并聚集或順
風(fēng)擴(kuò)散。
三、防護(hù)原則和方法
防護(hù)原則：首先是不讓硫化氫自由進(jìn)入大氣；不
可避免地進(jìn)入大氣后避免與人體的接觸和吸入。
預(yù)防方法：① 將硫化氫控制在地層內(nèi)—— 使用
近平衡鉆井法；②將硫化氫消除在井筒內(nèi)—— 化學(xué)
處理法；③控制硫化氫自由進(jìn)入大氣—— 地面導(dǎo)流
法；④將人體與含硫大氣隔離—— 隔離法；⑤疏散人
群— — 安全距離法。
防護(hù)器具：風(fēng)向標(biāo)、硫化氫監(jiān)測儀、二氧化硫監(jiān)
作者簡介：羅良儀，l965年生，工程師；l 987年畢業(yè)于原重慶石油學(xué)校鉆井專業(yè)，長期從事井控技術(shù)和安全管理工作。地
址：(400021)重慶市江北區(qū)大石壩大慶村。電話：(023)67324982，13883615089。E—mail：11y02367323433@163．COrn
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第28卷第4期 天然氣工業(yè)
測儀、正壓式空氣呼吸器、點火裝置或器具、疏散交
通工具、通信工具等。
四、鉆井過程中的防護(hù)
1．搞好近平衡鉆井
首先，設(shè)計人員要弄清楚可能含硫的層位、深
度、含硫量、地層壓力。設(shè)計密度符合《石油與天然
氣鉆井井控規(guī)定》中的規(guī)定，在一次井控上做到近平
衡鉆井；其次，施工方在施工過程中進(jìn)行地層壓力監(jiān)
測，發(fā)現(xiàn)與設(shè)計有出入者立即告知設(shè)計單位并要求
更改設(shè)計；第三，施工中出現(xiàn)井筒壓力失衡的異常情
況要及時重建井內(nèi)壓力平衡。保證全過程的近平衡
鉆井，將硫化氫牢牢控制在地層內(nèi)。
2．在井筒內(nèi)消除硫化氫
即使實現(xiàn)了近平衡鉆井，硫化氫通過巖屑?xì)?、?
換作用、抽吸作用還是會進(jìn)入井筒。這時在泥漿中
使用化學(xué)物質(zhì)，使硫化氫在井筒內(nèi)轉(zhuǎn)化為其他無毒
物質(zhì)。硫化氫進(jìn)入井筒泥漿介質(zhì)后有如下化學(xué)平衡
存在：
H2S(氣) H2S(溶液)— HS + H
2H + S 一
硫化氫氣體溶于水變成溶液，溶液產(chǎn)生兩級電
離，最終離解成氫離子和硫離子，自動在井筒內(nèi)建立
化學(xué)平衡。根據(jù)硫化氫在井筒內(nèi)離解的特性，不斷
打破其自身的化學(xué)平衡，讓離子轉(zhuǎn)換成其他物質(zhì)，溶
液轉(zhuǎn)化成離子、氣體轉(zhuǎn)變成溶液，化學(xué)平衡不斷往右
邊移動，不斷把硫化氫消除在井筒內(nèi)。具體做法分
兩種：一是在泥漿中加入氫氧根離子，使其與氫離子
結(jié)合成水，使化學(xué)平衡往右邊移動；二是在泥漿中加
入金屬陽離子(如鋅離子)，使其與硫離子結(jié)合成難
于離解的沉淀物，使化學(xué)平衡往右邊移動。現(xiàn)場做
法是將泥漿的pH 值提高到9．5以上，加入除硫劑
(如堿式碳酸鋅)。
操作要點：進(jìn)入含硫地層之前加入除硫劑，同時
將pH值提高到9．5以上，直到完井；進(jìn)入含硫地層
后每一個循環(huán)周測一次pH值和除硫劑含量，發(fā)現(xiàn)
pH值或者除硫劑含量下降要及時調(diào)整，維持pH值
和除硫劑含量在一定范圍內(nèi) ]。
3．地面導(dǎo)流
由于進(jìn)入井筒的硫化氫量大、濃度高、或在井筒
內(nèi)的時間短等問題，使用化學(xué)方法后仍會出現(xiàn)氣侵、
后效氣侵、溢流等現(xiàn)象。用化學(xué)方法不能在井筒內(nèi)
完全消除硫化氫，硫化氫不可避免地要隨泥漿循環(huán)
進(jìn)入大氣。如果讓其隨泥漿到循環(huán)系統(tǒng)任意擴(kuò)散，
將嚴(yán)重威脅井場人員及周邊居民的安全。因此要進(jìn)
行分離、導(dǎo)流，定點焚燒。具體做法就是通過氣液分
離器排氣。
操作要點：① 發(fā)現(xiàn)含硫氣侵，作業(yè)人員應(yīng)立即佩
戴空氣呼吸器，再按程序關(guān)井；② 遣散排氣口周圍活
動的居民；③ 在排氣管出口點火；④ 通過氣液分離器
循環(huán)排氣；⑤視情況加重井漿；⑥ 排氣管出口距離井
口50 m 以遠(yuǎn)l2 ；⑦排氣結(jié)束后或者排氣中需要接近
出口進(jìn)行檢查時，作業(yè)人員必須戴空氣呼吸器，其余
觀察人員站于上風(fēng)方向的高點。
技術(shù)關(guān)鍵：及時監(jiān)測到硫化氫的存在。
4．使用防護(hù)器具隔離
氣液分離器失效或者未使用之前，無法進(jìn)行地
面導(dǎo)流，也無法點火，硫化氫進(jìn)入大氣，嚴(yán)重威脅井
場作業(yè)人員和周邊居民安全。這主要出現(xiàn)在鉆井液
氣侵初期、排氣侵過程中、排后效過程中、壓井過程
中以及出現(xiàn)井口或管線泄漏時。
排氣侵或后效過程中，井下不溢流，氣侵嚴(yán)重，
有硫化氫存在，而且氣液分離器失效。這時如果敞
井循環(huán)排氣，勢必造成硫化氫彌散全井場。所以，一
旦發(fā)現(xiàn)含硫氣侵，應(yīng)立即關(guān)井，通過壓井回收管線排
氣。在排氣口安置防爆排風(fēng)扇，向井場以外吹。關(guān)
井排氣實際上和壓井是相同的。作業(yè)人員進(jìn)入含硫
化氫工作區(qū)域就必須佩戴空氣呼吸器。
操作要點：① 排氣作業(yè)前先打開泥漿回收管線
上的閘門；②遣散排氣口周邊活動的居民，設(shè)置限制
進(jìn)入空間并警戒口 ；③ 啟用排風(fēng)扇；④循環(huán)系統(tǒng)作業(yè)
區(qū)、機(jī)房、鉆臺、井口及管線巡檢人員背好空氣呼吸
器，檢測到有硫化氫立即啟用空氣呼吸器；⑤ 觀察、
指揮人員站于排出口上風(fēng)方向高點，背好空氣呼吸
器和硫化氫監(jiān)測儀，檢測到硫化氫立即啟用空氣呼
吸器；⑥ 必須到排出口周圍作業(yè)者須使用空氣呼吸
器，并兩人同行，作業(yè)完立即撤離到安全區(qū)；⑦ 排氣
結(jié)束后，派人戴上空氣呼吸器對排氣管周圍進(jìn)行硫
化氫濃度監(jiān)測，特別要監(jiān)測不通風(fēng)處，確認(rèn)安全后才
可允許無防護(hù)進(jìn)入。
5．疏散
放噴初期，氣液同噴，無法實施點火，硫化氫進(jìn)
入大氣；井口失控，硫化氫不可避免地進(jìn)入大氣，且
在局部地方會不斷聚集；點火后硫化氫轉(zhuǎn)化為二氧
化硫，仍是有毒氣體，危險依然存在。在此情況下，
人只能遠(yuǎn)離危險源，被動防護(hù)。按《應(yīng)急預(yù)案》對井
隊人員和周邊居民進(jìn)行疏散。
操作要點：① 由近及遠(yuǎn)地監(jiān)測硫化氫或者二氧
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天然氣工業(yè) 2008年4月
化硫濃度，適時劃定安全范圍；②嚴(yán)格限定空間進(jìn)入
管理；③ 解決疏散交通問題；④ 安置被疏散人員；
⑤保障通信暢通；⑥妥善處理新聞輿論；⑦積極作好
技術(shù)和物資器材準(zhǔn)備，盡快控制硫化氫外逸。
難點：如何由近及遠(yuǎn)地監(jiān)測硫化氫或者二氧化
硫的濃度。
6．防止鉆具氫脆斷裂
發(fā)現(xiàn)硫化氫并關(guān)井后，井筒內(nèi)硫化氫聚集，鉆具
氫脆斷裂的危險隨時存在。鉆具斷裂后，上部鉆具
在彈力和井壓作用下上沖，導(dǎo)致防噴器損壞、方鉆桿
沖出大鉤，進(jìn)而井噴失控甚至井口著火。因此，預(yù)防
鉆具氫脆斷裂非常重要。預(yù)防措施有：① 在泥漿中
加入除硫劑，維持泥漿pH值在9．5以上，在井筒內(nèi)
盡可能降低硫化氫含量，破壞酸性環(huán)境；②關(guān)井后立
即使用方鉆桿死卡(或鉆桿死卡)，并用鋼絲繩繃緊
固定，防止井下鉆具斷后上部鉆具上沖而引起嚴(yán)重
后果；③井簡噴空后，如果短時間內(nèi)不能壓井，應(yīng)果
斷使用剪切閘板剪斷鉆具 ]。
五、建 議
(1)選擇井場位置。對于含硫油氣井的井場選
擇，應(yīng)充分了解地面狀況，盡量把井場位置放在山頂
(不要放在山谷或者山腰上)，便于發(fā)生硫化氫外逸
時迅速擴(kuò)散。
(2)放噴管線及其出口位置。在基建工程上應(yīng)
先確定放噴管線的走向和出口位置，然后再確定井
場朝向。在修建井場時留足放噴管線的放置空間。
(3)液氣分離器的安放位置?，F(xiàn)在的液氣分離
器都是安裝在節(jié)流管匯的前或后，離循環(huán)罐和鉆臺
近，緊靠鉆臺到循環(huán)罐的梯子，一旦爆炸，將嚴(yán)重威
脅鉆臺人員、節(jié)流管匯操作人員、循環(huán)罐上計量和觀
察人員。如能將它放在振動篩后面10 m以遠(yuǎn)，將使
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這種危險程度大大降低。
(4)硫化氫監(jiān)測儀的安放位置?，F(xiàn)在使用固定
式四探頭硫化氫監(jiān)測儀，四個探頭分別放置在鉆臺上
靠井架大腿處、振動篩緩沖池上方、循環(huán)罐過渡槽、方
井旁邊。如能把鉆臺上的探頭轉(zhuǎn)移到喇叭口以上、轉(zhuǎn)
盤大梁以下將會更早更準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)硫化氫泄漏。
(5)應(yīng)急預(yù)案的編制。在制定硫化氫中毒事故
應(yīng)急預(yù)案時，不能只考慮井噴和井噴失控時的狀態(tài)，
還要考慮其他情況下防護(hù)失效的應(yīng)急。周邊居民的
疏散預(yù)案最好交地方政府來做，但必須告知哪些情
況下撤離多遠(yuǎn)的人群、撤離方向的選擇和撤離中的
防護(hù)知識。地方應(yīng)急預(yù)案應(yīng)明確各家各戶的撤離路
線、組織人員、交通工具、通信方式，以及各種情況下
撤離人員的安置點等。
(6)應(yīng)急預(yù)案的演練。對于含硫井，防硫化氫中
毒演習(xí)應(yīng)與防噴演習(xí)同時進(jìn)行。按中國石油天然氣
集團(tuán)公司規(guī)定，每班每月不少于一次各種工況下的
演習(xí)。企地聯(lián)動演習(xí)的規(guī)模和頻次應(yīng)由建設(shè)方根據(jù)
安全評估結(jié)果做出合理安排。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]李強(qiáng)，高碧華，楊開雄，等．鉆井作業(yè)硫化氫防護(hù)[M]．北
京：石油工業(yè)出版社，2006．
[2]Im Jlf石油管理局，西南油氣田公司．鉆井井控規(guī)定實施細(xì)
則[s]．成都：[出版者不詳]，2006．
[3]李俊榮，左柯慶，劉祥康，等．含硫油氣田硫化氫防護(hù)系列
標(biāo)準(zhǔn)宣貫教材[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2005．
[4]程常修．天然氣鉆井應(yīng)重點考慮的幾個技術(shù)問題[R]．在
四Jll石油管理局二次井控技術(shù)培訓(xùn)班的講稿．成都：四川I
石油管理局，2OO7．
(修改回稿日期2008—03—03 編輯趙勤)

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