高廣啟

(中國石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院，山東東營 257000)

硫化氫是無色、劇毒、酸性氣體，有一種特殊的臭雞蛋味。當(dāng)人吸入少量高濃度硫化氫可于短時間內(nèi)致命，硫化氫的職業(yè)接觸限值為10mg/m3[1]。在油田的稠油開采過程中，需要對稠油注入蒸汽進(jìn)行加熱，從而降低黏度使稠油具有流動性[2]。這個蒸汽加熱過程會使油層產(chǎn)生大量的硫化氫[3，4]。隨著油田開發(fā)深入進(jìn)行，目前油田的多個稠油熱采區(qū)塊都出現(xiàn)大量高含硫化氫的油井[4]。個別油井套管氣中硫化氫含量大大超出國家規(guī)定硫化氫的最高容許含量，不僅造成油井、管線等的腐蝕，影響油井正常作業(yè)生產(chǎn)，而且嚴(yán)重威脅周邊以及作業(yè)人員安全[2，3]。目前常規(guī)處理硫化氫方法有兩種，一種是通過地面裝置進(jìn)行回收處理，裝置一般為固定式或者撬裝式，其裝置在脫硫化氫處理過程中起到一定的作用，但由于硫化氫處理在地面進(jìn)行，如果處理失敗將會造成人員傷害，而且占用地面空間，還需專門人員進(jìn)行操作等缺陷；另外一種方式是采用地面泵通過油井套管或油管向油層注入[5]，這種方法的缺點(diǎn)是注劑用量大，注劑與油層液混合不均勻，甚至浮在動液面上不能進(jìn)入到產(chǎn)出液，不能和含硫化氫原油混合而中和掉硫化氫。因此，研究一種油田井下治理硫化氫的技術(shù)，從而達(dá)到安全有效地消除原油中硫化氫的目的。

1 技術(shù)方案

1.1 技術(shù)原理

該技術(shù)在于提供蒸汽驅(qū)油井井下注劑注入方法及注入管柱，其原理是依靠井內(nèi)采出液的流動動能作為驅(qū)動能源，驅(qū)動安裝在井下的一種微型螺桿泵，將預(yù)置在井下尾管中的除硫劑注入到采出液中，從而消除采出液中的硫化氫。

1.2 結(jié)構(gòu)組成

1.2.1消除硫化氫注劑管柱

蒸汽驅(qū)油井井下消除硫化氫注劑注入管柱結(jié)構(gòu)見圖1。注劑管柱耐溫200 ℃，耐壓25MPa，管柱最大外徑114mm。其組成包括置于套管內(nèi)的管柱總成，管柱總成與套管之間為油套環(huán)空，管柱總成包括自上而下依次連接的篩管、注劑管柱、微型螺桿泵管柱。篩管上端連接抽油泵，注劑管柱內(nèi)裝有注劑，在注劑液面上方的注劑管柱內(nèi)腔設(shè)置有U型隔離皮碗，微型螺桿泵管柱內(nèi)部設(shè)置微型螺桿泵，在微型螺桿泵管柱的下端外側(cè)設(shè)置V型擋流皮碗，以阻擋井液向油套環(huán)空流動。微型螺桿泵管柱上開設(shè)徑向的井液流道和注劑流道，井液流道位于微型螺桿泵的下方，注劑流道開設(shè)位置對應(yīng)微型螺桿泵內(nèi)腔，篩管為消除硫化氫后的井液流入流道。

井液從油層流出，在V型擋流皮碗的阻擋下，改變流向進(jìn)入微型螺桿泵管柱，從井液流道進(jìn)入油套環(huán)空，同時在井液液流的驅(qū)動下，葉輪旋轉(zhuǎn)，帶動葉輪軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動螺桿泵轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中，由于通過偏心節(jié)進(jìn)行動力傳遞，所以螺桿泵轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中和定子之間產(chǎn)生了間隙，注劑從螺桿泵定子和轉(zhuǎn)子的間隙中流入微型螺桿泵管柱，然后從注劑流出流道進(jìn)入油套環(huán)空；注劑和井液在油套環(huán)空混合，通過化學(xué)反應(yīng)消除硫化氫，消除硫化氫后的井液從篩管進(jìn)泵，被抽油管柱舉升至地面。因受井下尾管長度的限制，注劑容量最大1 350L，因此，應(yīng)用范圍一般為產(chǎn)量80m3/d的油井。

圖1 注入管柱結(jié)構(gòu)示意

1.2.2微型螺桿泵總成

微型螺桿泵總成的作用是通過螺桿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)把消除硫化氫的注劑泵入到井液中。微型螺桿泵總成包括轉(zhuǎn)子、定子、偏心節(jié)、減速器、葉輪軸、葉輪，見圖1。一般來說，螺桿泵選用單頭螺線，設(shè)計(jì)排量0.02～0.1L/h，葉輪選用雙葉片，設(shè)計(jì)葉輪回轉(zhuǎn)直徑60mm。螺桿泵定子與微型螺桿泵管柱通過緊固螺釘進(jìn)行固定，轉(zhuǎn)子位于定子中心；減速器與微型螺桿泵管柱通過緊固螺釘進(jìn)行固定，轉(zhuǎn)子下端通過偏心節(jié)依次與減速器、葉輪軸、葉輪相連接。注劑管柱上端和下端分別通過連接管與篩管和微型螺桿泵管柱連接。

1.2.3流量調(diào)節(jié)閥

微型螺桿泵管柱上設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥，位于井液流道口位置。流量調(diào)節(jié)閥和微型螺桿泵管柱接觸部位分別開設(shè)各自的孔槽，通過相對旋轉(zhuǎn)確定兩者的孔槽重合度來調(diào)控通過葉片的流量，繼而通過流量變化調(diào)節(jié)葉輪的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)注劑注入量的調(diào)節(jié)。通過該調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，可使注劑管柱適應(yīng)含硫化氫濃度在30～2 000mg/m3之間的油井。

2 技術(shù)特點(diǎn)

a)整套工藝管柱和裝置放置于油井井下，不占用地面空間，脫硫化氫的過程完全在井下完成，安全性更高。

b)依靠井內(nèi)產(chǎn)出液流動作為驅(qū)動動力，無需下入專門的動力設(shè)備，節(jié)省能源，綠色低碳。

c)采用微型螺桿泵，可實(shí)現(xiàn)極小排量控制，既便于下入井下，又便于采用高效除硫劑，使的防硫化氫工藝更加優(yōu)化，使用壽命更長。

d)葉輪既作為動力驅(qū)動輪，同時又對注劑有攪拌功能，使除硫劑充分與井液均勻混合，中和反應(yīng)效率高，相比從地面泵送注劑需要的注入量小，節(jié)約成本。

e)注劑即時注入量可以隨油井產(chǎn)液量的變化而自動調(diào)節(jié)，使藥液始終保持與產(chǎn)液量相適應(yīng)的注入濃度，避免出現(xiàn)消除硫化氫不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

3 施工操作方法

在下井應(yīng)用時，先在生產(chǎn)管柱的底端接上V型擋流皮碗，以迫使油層液沿著螺桿泵的入口方向流入生產(chǎn)管柱。接好V型擋流皮碗后，安裝流量調(diào)節(jié)閥，并根據(jù)油井的產(chǎn)量和硫化氫的含量調(diào)節(jié)好調(diào)節(jié)閥的開度。然后接上微型螺桿泵總成，再根據(jù)需要的注劑總量接尾管，一般接50～300m，最大不應(yīng)超過350m。將注劑注入到接好的尾管中，然后把U型隔離皮碗放置于尾管內(nèi)，碗口方向朝上，并試推皮碗，其阻力不能大于4.9N。最后接篩管和抽油泵并隨泵上油管下入井內(nèi)。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

2018年5月開始，該技術(shù)成功在孤島、現(xiàn)河、濱南等采油廠熱采井應(yīng)用37口，通過統(tǒng)計(jì)，37口熱采油井產(chǎn)出液硫化氫濃度平均由460mg/m3降低到10mg/m3以下。硫化氫含量最高的油井GD2-23X532井硫化氫含量達(dá)到2 162mg/m3,日產(chǎn)液量27.9m3/d，通過該技術(shù)處理后，井口產(chǎn)出液硫化氫濃度始終保持在5.1～9.7mg/m3。相比現(xiàn)有地面泵注入技術(shù)，注劑用量減少了76%。除硫效果提高了36%，而且節(jié)約了藥劑費(fèi)、電費(fèi)等生產(chǎn)費(fèi)用。

5 結(jié)論

a)現(xiàn)場應(yīng)用證明，該技術(shù)為油田防治含硫化氫油井提供了一種新的應(yīng)用技術(shù)。

b)整套裝置放置于井下，除硫化氫的過程完全在井下完成，安全性更高。

c)井口產(chǎn)出液硫化氫濃度大大降低，完全達(dá)到安全生產(chǎn)的許可濃度。

d)該技術(shù)使用成本低，對油田擴(kuò)大稠油蒸汽驅(qū)開采具有促進(jìn)作用。