Лекция 6. Осложнения, вызванные поступлением сероводорода

Во многих нефтегазовых районах в составе нефти и газа содержится сероводород (H₂S). Скопления газов, нефтей и вод, содержащих большое количество сероводорода, часто приурочены к залежам с аномально высоким пластовым давлением (АВПД), что в значительной мере усложняет процесс бурения.

Проблема борьбы с сероводородной агрессией при строительстве и ремонте скважин с высоким содержанием в продуктивных пластах сероводорода, часто совместно с диоксидом углерода, по-прежнему актуальна для мировой нефтегазовой промышленности.

Сероводородная коррозия способствует созданию аварийных ситуаций, повышению эксплуатационных расходов и затрат на ремонт, приводит к потерям продукции, загрязнению окружающей среды, резкому сокращению сроков службы оборудования и коммуникаций.

Сероводород — сильный яд, поражающий нервную систему. Попадая в легкие, сероводород растворяется в крови и соединяется с гемоглобином. При концентрации сероводорода 1 мг/л и более возможна мгновенная смерть от паралича дыхательного центра. При отравлении быстро возникающие судороги и потеря сознания приводят к смертельному исходу из-за остановки дыхания.

Явный запах сероводорода ощущается уже при концентрации 0,0014...0,0024 мг/л, значительный запах — при концентрации 0,004 мг/л, а при концентрации 0,007...0,010 мг/л запах трудно переносится даже теми, кто привык к нему. При более высокой концентрации сероводорода запах менее сильный, поэтому можно отравиться, не заметив опасного увеличения концентрации сероводорода. Предельно допустимая концентрация сероводорода в воздухе — 0,01 мг/л, а в смеси с углеводородами — 0,003 мг/л.

Сероводород легко воспламеняется, а в смеси с воздухом взрывается. Температура его самовоспламенения 290 °С. Нижний и верхний пределы взрывоопасной концентрации сероводорода в воздухе составляют соответственно 4,0 и 45,5% (по объему).

Сероводород тяжелее воздуха, относительная плотность его 1,17. Способность сероводорода образовывать скопления приводит к его взрывоопасной концентрации. Вследствие этого при проявлениях сероводорода возможны взрывы и пожары, которые могут распространяться на огромной территории и стать причиной многочисленных жертв и больших убытков.

Исходя из этого, при бурении скважин, которые могут вскрыть пласты с H₂S, предъявляются очень жесткие требования к технике безопасности. Этим обусловливаются мероприятия по выбору и размещению оборудования, обучение и тренировка буровой бригады. В условиях сероводородной агрессии имеет место ряд специфических осложнений: сильное коррозионное воздействие сероводорода на стали и их сульфидное растрескивание, в результате чего разрушаются бурильные, обсадные и насосно-компрессорные трубы, устьевое буровое и нефтепромысловое оборудование, цементный камень; резкое ухудшение свойств буровых растворов — загустевание, рост показателя фильтрации, интенсивное образование высокопроницаемой фильтрационной корки и др. Особенно сложно бороться с этими осложнениями при бурении глубоких скважин (более 4000 м) на месторождениях нефти и газа с содержанием сероводорода до 25...30%, углекислого газа до 25% и наличием зон АВПД. К таким месторождениям, прежде всего, следует отнести очень крупное Тенгизское нефтяное месторождение, расположенное в Прикаспийской впадине.

Согласно правилам техники безопасности в нефтегазодобывающей промышленности при вскрытии пластов, содержащих сероводород, должны быть организованы постоянные наблюдения за концентрацией сероводорода, выделяющегося из бурового раствора, для принятия мер по предупреждению отравления людей.

Наиболее простым способом контроля за содержанием сероводорода в воздухе или газе является определение его с помощью индикаторной бумаги. Индикаторную бумагу, выдержанную в исследуемой среде в течение 30 с, сопоставляют по цвету с эталонными образцами и определяют концентрацию сероводорода. При отсутствии эталонных образцов содержание сероводорода оценивают не количественно, а только качественно. Для количественного его определения используют колориметрический метод, основанный на принципе прямого отсчета концентрации сероводорода по длине индикаторной трубки газоанализатора после прокачивания через нее исследуемого воздуха. В нефтяной промышленности с этой целью используют газоанализаторы типов УГ-2 и ГХ-4.

В настоящее время разработана автоматизированная система сбора и обработки геологической, геофизической и технологической информации в процессе бурения (АССБ-1). Лабораторная станция предназначена для определения показателей физических свойств бурового шлама и раствора, а также содержания в них газа.

Одним из видов разрушения бурильного инструмента и бурового оборудования является коррозионное растрескивание, которое значительно более опасно, чем общая коррозия. Коррозионное растрескивание происходит, как правило, внезапно при относительно неповрежденных стальных металлических частях оборудования. Вследствие этого, очень сложно заранее предугадать возможность и место разрушения такого вида и принять соответствующие меры по его предотвращению.

Часто встречающимся видом коррозионного растрескивания нефтепромыслового оборудования является сероводородное растрескивание, происходящее под действием сероводорода в присутствии воды. Механизм разрушения этого вида связан с проникновением в сталь водорода, образующегося при электрохимической сероводородной коррозии.

Зарубежная и отечественная практика бурения скважин в условиях сероводородной агрессии показала, что наиболее целесообразно использовать бурильные, обсадные и насосно-компрессорные трубы, устьевое буровое и нефтепромысловое оборудование, изготовленные из специальных сталей, стойких к наличию в среде H₂S и СО₂.

Для цементирования скважин в условиях сероводородной агрессии используют стойкие к H₂S тампонажные материалы или химически ингибированные тампонажные цементы. При этом в тампонажную смесь включают компоненты, способные к взаимодействию с присутствующим сероводородом. Образующиеся в результате упомянутого взаимодействия продукты должны представлять собой нерастворимые соединения, способные препятствовать проникновению агрессивного агента в цементный камень.

При попадании сероводорода в буровой раствор на водной основе происходит снижение рН до 5-6, что ведет к резкому изменению его свойств (коагуляция, деструкция химических реагентов и т.д.). Сероводород при растворении в воде диссоциирует, образуя слабую кислоту. Лабораторные и промысловые испытания показали, что при пропускании сероводорода через буровые растворы, стабилизированные УЩР, КМЦ, гипаном, крахмалом, значительно повышаются условная вязкость и статическое напряжение сдвига, а рН снижается. При рН<7 буровые растворы находятся в пастообразном состоянии, что может привести к образованию сальников и прихвату бурильного инструмента. Влияние сероводорода на свойства растворов на нефтяной основе менее значительно, чем на водной, но также отрицательно.

Сероводород вызывает разрушение оборудования в результате электрохимической, общей коррозии и водородного охрупчивания. Главная опасность сероводородсодержащих сред заключается в сопутствующем общей коррозии усилении наводороживания стали, приводящем к охрупчиванию металла и коррозионному растрескиванию оборудования. Сталь теряет пластичность при содержании водорода 7 – 12 см на 100 г металла. Сульфидное растрескивание опасно тем, что визуально оно не обнаруживается, а разрушение происходит чаще всего неожиданно.

При высоких давлениях сероводород переходит в жидкость. Состояние сероводорода при температурах до 487 ˚С и давлениях до 60 МПа хорошо описывается уравнением Радлиха-Кванга:

(5)

где , (критическое давление для сероводорода Па, критическая температура ).

Это уравнение позволяет для любых температур и давлений в указанных пределах определить состояние сероводорода (газ, жидкость, начало перехода в газообразное состояние). Чрезвычайно высокая агрессивность сероводорода предъявляет высокие требования к разработке мероприятий (комплексных) по борьбе с сероводородной агрессией.

Главное, что надо всегда иметь в виду при проводке скважин в условиях сероводородной агрессии, это то, что все работы по строительству скважин в этих условиях должны быть подчинены следующим основным задачам: охране труда, технике безопасности и охране окружающей среды.

ОСН1 [стр.112-124], ДОП 5 [стр.36-46]

Контрольные вопросы:

1. Какие специфические осложнения встречаются в условиях сероводородной агрессии?

2. Каким способом контролируют содержание сероводорода в воздухе или газе?

3. Что происходит при попадании сероводорода в буровой раствор на водной основе?

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: