钻井过程中硫化氢的预防

钻井作业过程硫化氢防在钻井作业过程中，如果油气井压力控制不当，当井底压力小于地层压力时，就会发生如溢流、井涌、井喷甚至井喷失控特殊是含硫的油气井，一旦浮现井喷乃至井喷失控，油气井中所含H2S气体就会随同井内天然气一起喷出，导致H S气体的大量逸散，并随风飘逸和扩散，这可能会2给钻井作业带来灾难性的事故所以，要做好钻井作业过程中H2S的防护工作，保证在含硫油气田进行安全钻井作业，其根本，就是要做好钻井作业过程中的井控安全工作防腐是高酸气田开辟生产的重点和难点硫化氢、二氧化碳等介质对井下管柱、设备、集输系统、天然气净化装置的腐蚀影响着气田的安全高效开辟川东北的天然气资源大部份含有硫化氢和二氧化碳其中80%系酸性天然气，多数气田硫化氢含量为11rl3%（体积分数），最高可达

35.ll%o硫化氢导致金属材料突发性的硫化氢应力开裂（SSC）,造成巨大的经济损失，泄漏出硫化氢的毒性也威胁着人身安全

1、硫化氢对材料的腐蚀

1.1油气生产中，由于硫化氢腐蚀造成事故的案例不少威成输气线越溪段在投产20个月后，采出的天然气中含有硫化氢并在水平段有积液导致了该部位破裂在积水段气水交壤处有一条长约520mm、宽约7mm的条型腐蚀槽，槽中央最薄处的壁厚惟独

0.5mm同时管内发现大量的黑色腐蚀产物，主要为硫化亚铁，腐蚀以硫化氢为主威远气田威23井（硫化氢含量为

1.2%）,N80套管与大四通底法兰丝扣连接处的加固焊缝发生脆裂，导致井口爆炸，井喷44天

2、2022年24日9点摆布宣汉县毛坝四井在取心钻进中，接单根后发生钻，25日注清水27m3浸泡未解卡，26日注

25.3他解卡剂，8点解卡8点15分提出一根钻杆循环解卡剂时发生溢流，随即关井控制井口，9点15分压工作场所弥漫的H2S;严格控制井场内动火，若需动火，应按《石油工业动火作业安全规程》（SY/T5858）中的相应规定执行；进人井场的车辆，排气管要加装防火帽（罩）钻井队在实施井控作业中放喷时，通过放喷管线放出的含硫天然气应点火烧掉放喷点火可用固定点火装置或者挪移点火器具点火“三高”油气井应确保3种有效点火方式，其中包括一套电子式自动点火装置若使用挪移点火器具点火，点火人员应佩戴防护器具，并在上风方向距离点火口10m外点火井准备中，发现悬重noot降至550t,钻具发生氢脆掉落井下，7月31日压完井，起出钻具10H.75m,捞落鱼

2929.35m后经过31次打捞，捞出落鱼19节，最短的

0.24m o井下余

226.3m再也无法捞出，随后决定侧钻

2.硫化氢对金属材料的腐蚀硫化氢在干燥的环境中对金属的腐蚀较轻，一旦溶于水后，对油气井套管、井下工具、集输管道、天然气净化装置等金属材料有很强的腐蚀性

2.1对金属的腐蚀形式有两种即电化学腐蚀、硫化氢应力开裂硫化氢应力开裂主要可分为氢脆和硫化物应力腐蚀开裂在油气田勘探开辟中氢脆破坏为主要腐蚀形式

2.

1.1硫化氢应力开裂的定义金属材料在硫化氢环境中可能发生多种开裂形式，工程上时常把在硫化氢中产生的所有开裂形式统称为硫化氢应力开裂主要分为以下几种氢鼓泡HB、氢致开裂HIC、硫化物应力腐蚀开裂SSCC、应力导向氢致开裂SOHIC、软区裂纹SZC、氢应力开裂HSC硫化氢应力开裂的主要类型氢鼓泡HB:氢鼓泡HB:腐蚀过程中析出的氢原子向钢中扩散，在钢材的非金属杂物、分层和其他不连续处，易会萃形成氢份子，由于在钢的组织内部氢份子很难逸出，形成强大内压导致周围组织屈服，形成表面层下的平面孔隙结构称为氢鼓泡，其分布平行于钢板表面它的发生与外加应力无关，与材料中的夹杂物等缺陷密切相关氢致开裂HIC:氢开裂HC:在H2S分压超过3x

10.MPa时，不同层面上的相邻氢鼓泡裂纹相互连接，形成阶梯状特征的内部裂纹称为氢诱导开裂，裂纹可扩展到金属表面HIC与钢材内部的夹杂物或者合金元素在钢中偏析产生的不规则微观组织密切相关硫化物应力腐蚀开裂SSCC:S硫化物应力腐蚀开裂SSCC:就是在拉应力或者残存压力的作用下，可扩散氢会在应力梯度下在三向应力集中区域积聚而导致沿应力集中方向发生开裂的现象

3.硫化氢对非金属材料的影响硫化氢对非金属材料主要是加速非金属材料的老化在油气田勘探开辟、地面设备、完井井口装置、井下工具及天然气净化联合装置中大量采用橡胶、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，造成天然气泄漏引起的火灾、爆炸、中毒等严重事故

3.1硫化氢对井下水泥环柱的腐蚀井下包着套管的水泥环柱的先导腐蚀可引起和加快套管的腐蚀和破坏水泥石孔隙特殊是贯通孔道，构成为了腐蚀介质的通道硫化氢能破坏水泥石的所有成份，水泥石所有水化产物都呈碱性，硫化氢与水泥石水化产物反应生成硫化钙、硫化铁、硫化铝没有胶结性的物质如果水泥环耐硫化氢腐蚀，则可以阻挡硫化氢对套管的腐蚀溶于潮气中的硫化氢腐蚀性更强长庆油田1989年299口报废井中拔出的套管，几乎都不黏附水泥，水泥石也疏松多孔，经分析其中有部份为硫化氢腐蚀的结果

4.硫化氢监测及个体防护钻井作业对硫化氢监测及个体防护的安全要求应包括但不仅限于以下要求

4.1硫化氢易会萃的区域，如井口、循环池等处应设立毒气警告标志

4.2作业区应配备空气呼吸器、充气泵、可燃气体监测报警仪、便携式硫化氢监测报警仪和固定式硫化氢监测报警仪，并配置防爆排气扇

4.3值班干部、当班司钻、副司钻和“坐岗”人员应佩戴便携式硫化氢监测报警仪；固定式硫化氢监测报警仪应在司钻或者操作员位置、方井、振动筛、井场工作室等地方设置声光报警式探头，并配置防爆排气扇

4.4硫化氢防护器具应存放在清洁卫生和便于快速取用的地方，并对其采取防损坏、防污染、防灰尘和防高温的保护措施

4.5钻井队应按产品说明书检查和保养硫化氢监测仪器、防护器具，保证其处于良好的备用状态；建立使用台账，按时送往具有资质的检验单位检验

4.6硫化氢监测报警仪设置

4.7第一级报警值应设置在阈限值[硫化氢含量15mg/m310PPm],达到此浓度时启动报警，提示现场作业人员硫化氢的浓度超过阈限值；

4.8第二级报警值应设置在安全临界浓度[硫化氢含量30mg/m320PPm],达到此浓度时，现场作业人员应佩戴正压式空气呼吸器；

5.9第三级报警值应设置在危wei险临界浓度[硫化氢含量150mg/m3100Ppm],报警信号应与二级报警信号有明显区别，警示即将组织现场人员撤离

4.10作业班除进行常规防喷演习外，还应佩戴硫化氢防护器具进行防喷演习；防护器具每次使用后应对其所有部件的完好性和安全性进行检查；在硫化氢环境中使用过的防护器具还应进行全面的清洁和消毒工作

5.11无风和微风的时候，用大的鼓风机或者排风扇对一定风向吹风以驱散硫化氢

4.12钻入含硫油气层前，应将二层台、机泵房、钻台等周围设置的防风护套和其他类的围布拆除若遇硫化氢溢出地面嗅到较浓的臭鸡蛋气味而身边又无防护器具时，可用湿毛巾或者湿衣物等捂住口鼻，迅速离开危wei险区域在钻遇含硫化氢地层后，起钻要使用钻杆刮泥器，工作人员要佩戴正压式空气呼吸器在清罐作业时要遵守受限空间作业的规定振动筛、循环罐等可能有硫化氢会萃的场所作业需在上风方向操作，并携带便携式硫化氢检测仪

5.钻进操作钻开含硫油气层前和在含硫油气层中钻进，应及时向当地政府通报井上的井控安全情况在含硫油气层中钻进时，若因检修设备短期（〈30niin）住手作业，井口和循环系统观察溢流的岗位不能离人；若住手作业时间较长（〉30min）,应坐好钻具，关闭半封闸板防喷器，井口和循环系统仍然需要坐岗观察，同时采取可行措施防止卡钻（或者提钻至上层套管鞋内）0住手钻井液循环进行其他作业期间，以及随后重新循环钻井液的过程中，钻台和循环系统上的人员要注意防范因油气侵而进人钻井液中的H2So钻进过程中硫化氢浓度达到30mg/m3时，即将暂时住手钻进，并采取控制和处理措施含硫化氢油气层钻进中不宜使用有线随钻仪进行随钻作业

6.起下钻操作含硫油气层钻开后，每次起钻前都应进行短程起下钻，若循环后效严重，则应调整钻井液密度，使之具备起钻条件在含硫油气层的水平井段钻进中，每次起钻前循环钻井液的时间应达到一周半以上进出口钻井液密度差不超过

0.02g/m3短程起下钻应测油气上窜速度，满足安全起下钻作业含硫化氢油气层的水平井段钻井中，每次起钻前循环钻井液的时间不得少于两个循环周钻头在含硫化氢油气层中和油气层顶部以上300m长的井段内起钻，速度应控制在

0.5m/s以内发生卡钻，需要泡油或者因其他原因须适当调整钻井液密度时，井筒液柱压力不应小于裸眼井段中的最高地层压力起钻过程中严格控制起钻速度，严格按规定执行灌钻井液制度（起初3柱钻杆或者1柱钻铤应及时向井内灌满钻井液）并做好校核、记录，发现异常及时报告完钻时要及时下钻，检修设备应保证井内有一定数量的钻具，并安排专人观察出口槽处的返浆情况在含硫地层中，每次下钻到底，钻台及循环系统上的检测人员都要分外注意H2s的浓度

7.取芯操作取芯在含H2S地层中取心时，当岩心筒到达地面以前至少10个立柱时，应开启防爆通风设备，并持续监视硫化氢浓度，在达到安全临界浓度时应带上正压式空气呼吸器当岩心筒已经打开或者当岩心已经移走后，应使用便携式H2S监测报警仪检查岩心筒在确定大气中H2s浓度大于

1.5g/m3天然气井段出芯和搬运过程中，作业人员应继续使用正压式空气呼吸器在井口取芯工具操作和岩心出芯过程中发生溢流时，即将住手出芯作业，快速抢接防喷钻杆单根或者将取芯工具快速提出井口在危（wei）险场所操作时两人结对工作；工作人员应明确自身工作程序；在搬运和运输含有硫化氢的岩心样品时，采取相应包装和措施密封岩心，并标明岩心含有硫化氢字样，岩样盒应采用抗硫化氢材料制作，并标明标签

8.电测操作电测遇有H2S或者其他有毒有害气体特殊测井作业时参预作业的人员并须经过H2S安全防护培训并合格施工过程中测井作业的主要人员数量应保持最低，作业过程中应使用H2S检测设备监测大气情况正压式空气呼吸器应放在主要工作人员能迅速并方便拿取的地方在开始作业前,应召开钻井及相关方工作人员参加的特殊安全会议，特殊强调使用气防器具、急救程序、应急反应程序电测作业的生产准备、设备、井下仪器的吊装，储源箱、雷管保险箱、射孔弹保险箱的吊装均应在设备吊装前，测井人员应了解吊装设备的吊升能力.勘察设备摆放位置，确定吊装方法井下仪器吊装应放在便于测井施工的位置；贮源箱、雷管保险箱、射孔弹保险箱均应单独吊装；遇雷雨天气住手吊装民用爆炸物品；每次乘吊篮人数不应超过6人；吊装过程中不允许人员在重物下面站立或者通过；测井设备的吊环、吊索应定期检查和探伤，并记录其结果标准电测前井内情况均应正常、稳定若电测时间长，应考虑中途通井循环再电测，做好井控防喷工作应在保证人员安全的情况下，排放和燃烧所产生的气体对来自储存的测试液中的气体，也应安全排放

9.固井操作揭开储层或者非目的层揭开高压地层流体的井，下套管前，应更换与套管外径一致的防喷器闸板芯子并试压合格，实施悬挂固井时，如悬挂长度不足井深的三分之一，可采用过度接头和止回阀组成的放喷单根，使用无接箍套管时，应备用放喷单根固井下套管前，应换装与套管尺寸相同的防喷器闸板；固井全过程应保证井内压力平衡，特别要防止注水泥浆候凝期间水泥失重造成井内压力平衡的破坏，甚至井喷含H2S、C02等有毒有害气体和高压气井的油层套管、有毒有害气体含量较高的复杂井的技术套管，其固井水泥浆应返至地面对含硫化氢油气层上部的非油气矿藏开采层应下套管封住，套管鞋深度应大于开采层底部深度100m以上，目的层为含硫化氢油气层以上地层压力梯度与之相差较大的地层也应下套管封隔

10.溢流处理操作起下钻（钻杆、钻铤）中发生溢流，应尽快抢接内防喷工具或者防喷单根只要条件允许，控制溢流量在允许的范围内，尽可能多下一些钻具，再关井电测时发生溢流，应尽快起出电缆若溢流量将超过规定值，则即将切断电缆按空井溢流进行关井操作，不允许利用关闭环形防喷器的方法继续起电缆发生溢流后应尽快组织压井在处理溢流的循环压井过程中，注意防范钻井液中所含H2S,宜经液气分离器循环钻井液

11.中途测试操作中途测试中途测试和先期完成井，在进行作业前观察一个作业时间，起下钻杆或者油管应在井口装置符合安装、试压要求的前提下进行在含硫地层中，普通情况下不宜使用常规式中途测试工具进行地层测试工作，若需进行时，应减少钻柱在H2S环境中的侵泡时间，并采取相应的严格措施地面测试流程应全部采用抗硫材料，测试管线严禁现场焊接；至少安装一条应急放喷管线一旦发生下列情况，应即将终止放喷测试风向变化危及放喷测试时；放喷出口处浮现长明火焰熄灭，而又不能及时重新点燃；放喷测试管线浮现险情危及施工安全时应在保证人员安全的条件下，排放和燃烧所有产生的气体处理和运输含H2S的样品时，应采取预防措施样品容器应使用抗H2S的材料制成并附上标签

12.钻井液维护处理加强对钻井液中硫化氢的测量，充分发挥除硫剂和除气器的功能；住手钻进在钻井液循环期间以及重新循环钻井液过程中，应确保井筒液柱压力不小于裸眼井段的最高地层压力；发现气侵应及时排除未经排气处理不得重新注入井内；若虚加重应在气侵钻井液排完气后住手钻进的情况下进行，严禁边钻进边加重当钻井液曾经在含硫化氢地层中使用过，其储存时可能会逸出硫化氢气体，在对储存的钻井液进行处理时，作业人员应携带便携式硫化氢检测仪，并在作业点便于取用处放置正压式呼吸器13录井操作在新探区、新层系及含硫化氢地区录井时，应进行硫化氢监测；钻开含硫化氢油层后应连续监测硫化氢浓度；录井人员捞取含硫化氢岩屑以及液面监测坐岗时，应携带便携式硫化氢检测仪；录井中若发现有硫化氢显示，应及时向钻井监督报告，并将信息传递现场施工的所有单位，当硫化氢浓度含量大于或者等于20ppm时应及时通知有关人员做好硫化氢防护

14.完井含硫化氢油气井的采油（气）树应具有抗硫化氢性能，并安装硫化氢压力表15暂时弃井应在每组射孔段顶部以上15m内下可钻桥塞倾倒水泥或者注水泥塞封隔油气层，顶部油气层以上15m内应下桥塞、试压合格并在其上注长度不小于30m的水泥塞，或者注不少于50m水泥塞，侯凝、探水泥塞顶面并试压要合格天然气井、含腐蚀性流体的井或者地层孔隙压力当量密度高于

1.3g/cm3的其他井，油气层间用注水泥封隔时水泥塞长度应不小于30m,用桥塞进行封隔时桥塞顶部应倾倒水泥，顶部油气层以上15m内应下可钻桥塞、试压合格并在桥塞上注长度不小于50m的水泥塞在尾管悬挂器、分级箍以下约30m处向上注一个长度不小于60m的水泥塞，侯凝并探水泥塞订满井口装置及井口房定期进行压力观察

16.永久弃井应在最上部油气层的水泥返高不应低于射孔段顶部以上100m,侯凝、试压并探水泥塞面；或者在最上部射孔段顶段以上15nl内下入桥塞、试压合格、并在桥塞上注水泥塞，封堵油气层，挤注半径不低于井筒半径的3倍，特殊井应在顶部井段以上15m以内下入挤水泥封隔器、试压合格，采用试挤注、间歇挤水泥的方法向油气层挤入水泥，设计最小挤入不应少于151n长的井筒容积，最高挤入压力为该井段原始地层破裂压力，挤入水泥后在挤水泥封隔器上注入长度不小于50m的水泥塞在尾管悬挂器、分级箍以下约30m处向上注一个长度不小于60m的水泥塞，侯凝并探水泥塞订满井口装置及井口房定期进行压力观察在表层套管鞋深度附件的内层套管内或者环空有良好的水泥封固处向上注一个长度不小于100m的水泥塞，侯凝探水泥面，特殊井应在此位置作封一只桥塞，试压合格并在其上注长度不小于100m的水泥塞

17.其他防护要求没有戴上合适的正压式呼吸器，不要进入硫化氢可能集聚的区域；H2S与空气混合后浓度达到

4.3%~46%、天然气与空气混合后浓度达到5%15%时都将形〜成遇火发生爆炸的混合物，应采取如下防范措施柴油机排气管无破漏和积碳，并有冷却防火装置，出口与井口相距15nl以上，不朝向油罐；在钻台上下、振动筛等H2S容易会萃的地方应安装防爆风扇，以驱散。