1、硫化氢防护硫化氢防护基础知识基础知识前前 言言 硫化氢是一种剧毒性气体，含硫化氢的油气井一旦发生井硫化氢是一种剧毒性气体，含硫化氢的油气井一旦发生井喷失控事故，将导致灾难性的悲剧。喷失控事故，将导致灾难性的悲剧。 如：如： 华北油田的赵华北油田的赵48井井喷失控；井井喷失控； 四川的垫四川的垫25井井喷失控；喷出大量硫化氢气体，造成井井喷失控；喷出大量硫化氢气体，造成7人人死亡、死亡、464人中毒、人中毒、22万余人迁移；万余人迁移； 华北油田华北油田 赵赵48井井 井喷事故经过井喷事故经过 1993年年9月月28日下午，华北油田井下作业公司物理站射孔一队对该油日下午，华北油田井下作业公司物理
2、站射孔一队对该油井进行射孔，井进行射孔，10分钟后引爆射孔弹。在开始上提电缆时，井口发生外溢分钟后引爆射孔弹。在开始上提电缆时，井口发生外溢，外溢量逐渐增大，溢出的水中有气泡。当电缆全部从井提出后，作业，外溢量逐渐增大，溢出的水中有气泡。当电缆全部从井提出后，作业队副队长李某立即带领当班的队副队长李某立即带领当班的5名工人抢装事先备好的总闸门。在准备名工人抢装事先备好的总闸门。在准备关闭套管闸门时，因有硫化氢气体随同压井液、轻质油及天然气一同喷关闭套管闸门时，因有硫化氢气体随同压井液、轻质油及天然气一同喷出，使现场一名工人中毒昏迷。其他人员迅速将这名工人抬离现场，当出，使现场一名工人中毒昏迷。
3、其他人员迅速将这名工人抬离现场，当其他人再想返回时，终因喷出的硫化气浓度加大，工人们不得不从井口其他人再想返回时，终因喷出的硫化气浓度加大，工人们不得不从井口撤离。撤出井场后，李某及时向上级汇报并通知村民转移。从撤离。撤出井场后，李某及时向上级汇报并通知村民转移。从28日夜至日夜至29日上午，抢险指挥部组织专家深入空地考察，制定抢险方案，筹备抢日上午，抢险指挥部组织专家深入空地考察，制定抢险方案，筹备抢险设备、机具。险设备、机具。29日上午，由石油天然气总公司钻并局日上午，由石油天然气总公司钻并局16人抢险小分队人抢险小分队配带防毒面具接近井口，在当地驻军防化兵和井烃煤矿抢险队的支援下配带防毒
4、面具接近井口，在当地驻军防化兵和井烃煤矿抢险队的支援下，华北油田，华北油田5名抢险队员关闭了井口左右两翼套管闸门。名抢险队员关闭了井口左右两翼套管闸门。9点点20分，抢险分，抢险队完全控制了井喷，从井喷到控制井喷历时队完全控制了井喷，从井喷到控制井喷历时18个小时。个小时。 据调查，造成事据调查，造成事故的原因主要是：试油作业时对该井含有硫化氢没有预见；作业队执行故的原因主要是：试油作业时对该井含有硫化氢没有预见；作业队执行制度不严；没有严格按照设计要求组织施工。制度不严；没有严格按照设计要求组织施工。四川的垫四川的垫25井井喷失控，硫化氢气体井井喷失控，硫化氢气体迫使方圆数公里范围内的百姓弃
5、家出迫使方圆数公里范围内的百姓弃家出走；走；(出现井漏不返现象出现井漏不返现象,在未探测在未探测井内静液面的情况下取出全部钻井内静液面的情况下取出全部钻具后发生强烈失控井喷具后发生强烈失控井喷)罗家罗家16H井井喷失控，高含硫天然气井井喷失控，高含硫天然气造成造成243人死亡、人死亡、2000余人中毒、井余人中毒、井场周边场周边5公里范围内公里范围内6万余人紧急大转万余人紧急大转移。移。 硫化氢气体不仅严重威硫化氢气体不仅严重威胁人们的生命安全、污染环胁人们的生命安全、污染环境，同时对钻井作业设备、境，同时对钻井作业设备、工具和井下管材也将造成严工具和井下管材也将造成严重的腐蚀破坏。重的腐蚀破
6、坏。现场作业人员、现场监督及管理人员经硫化现场作业人员、现场监督及管理人员经硫化氢防护培训后均应达到以下要求：氢防护培训后均应达到以下要求：1了解硫化氢的危害了解硫化氢的危害硫化氢对人体的危害；硫化氢对人体的危害；硫化氢对金属材料的腐蚀；硫化氢对金属材料的腐蚀；硫化氢加速非金属材料的老化；硫化氢加速非金属材料的老化；硫化氢对钻井液的污染。硫化氢对钻井液的污染。2了解井场地形、钻机设备布局与本地季节了解井场地形、钻机设备布局与本地季节方向之间关系、硫化氢监测仪器放置情况、方向之间关系、硫化氢监测仪器放置情况、报警器音响特点和风向指示器位置，以及安报警器音响特点和风向指示器位置，以及安全撤退路线等
7、。全撤退路线等。3熟悉钻入含硫化氢地层作业时的安全规定熟悉钻入含硫化氢地层作业时的安全规定和作业程序。和作业程序。4掌握硫化氢监测仪器和防护器具的结构、性能，掌握硫化氢监测仪器和防护器具的结构、性能，及正确使用和维护方法；具备救护硫化氢中毒人及正确使用和维护方法；具备救护硫化氢中毒人员的知识和基本技能。员的知识和基本技能。5熟悉工作场所的应急预案。熟悉工作场所的应急预案。第一章第一章 硫化氢的来源及浓度概念硫化氢的来源及浓度概念 第一节 硫化氢的来源硫化氢气的地方硫化氢气的地方石油工业能产生石油工业能产生修井修井炼厂炼厂钻井钻井生产采油生产采油硫化氢主要来源：硫化氢主要来源：钻钻井井热作用于油
8、层时，油气分解，产生热作用于油层时，油气分解，产生出硫化氢出硫化氢石油中的烃类和有机质通过硫酸盐石油中的烃类和有机质通过硫酸盐的高温还原作用而产生的高温还原作用而产生通过地层裂缝等通道，下部地层的通过地层裂缝等通道，下部地层的硫化氢上窜而来硫化氢上窜而来钻井液的某些处理剂在高温作用下钻井液的某些处理剂在高温作用下热分解以及钻井液中细菌的作用产热分解以及钻井液中细菌的作用产生硫化氢。生硫化氢。第二节 硫化氢浓度概念一、硫化氢浓度单位1体积比浓度体积比浓度 指硫化氢在某种流体中的体积比，又分为百分比指硫化氢在某种流体中的体积比，又分为百分比浓度（浓度（%）和百万分比浓度两种。）和百万分比浓度两种。
9、百万分比浓度常用ppm表示，即1ppm=1/1000000，现场所，现场所用硫化氢监测仪器通常采用该单位。用硫化氢监测仪器通常采用该单位。2 2重量比浓度重量比浓度指硫化氢在一立方米流体中的重量，常用指硫化氢在一立方米流体中的重量，常用mg/mmg/m3 3或或g/mg/m3 3表示表示，该单位为我国的国家标准。，该单位为我国的国家标准。3 3硫化氢分压硫化氢分压指在相同温度下，一定体积天然气中所含硫化氢指在相同温度下，一定体积天然气中所含硫化氢单独占有该体积时所具有的压力。单独占有该体积时所具有的压力。二、单位之间的换算关系1% = 14414mg/m31ppm = 1.4414mg/m3硫
10、化氢分压硫化氢分压 硫化氢百分比浓度（硫化氢百分比浓度（%） 总压总压力力三、几个重要的硫化氢浓度概念1 1含硫化氢天然气含硫化氢天然气指天然气的指天然气的总压等于或大于0.4MPa0.4MPa（60Psia60Psia），），而且该天然气中硫化氢而且该天然气中硫化氢分压等于或大于0.0003MPa0.0003MPa；或或硫化氢含量大于75mg/m75mg/m3 3（50ppm50ppm）的天然气。）的天然气。2酸性天然气酸性天然气油系统油系统含硫化氢天然气含硫化氢天然气油系统是否属于酸性天然油系统是否属于酸性天然气气油系统按以下条件划分：油系统按以下条件划分：（1）当天然气与油之比大于）当天
11、然气与油之比大于1000 m3/ t 时，按时，按含硫化氢天然气条件划分；含硫化氢天然气条件划分；（2）当天然气与油之比小于）当天然气与油之比小于1000 m3/ t 时：时：a若系统的总压力大于若系统的总压力大于1.8MPa，则按含硫化，则按含硫化氢天然气的条件划分；氢天然气的条件划分；b若系统的总压力等于或小于若系统的总压力等于或小于1.8MPa，天然，天然气中硫化氢分压大于气中硫化氢分压大于0.07MPa或硫化氢体积百分或硫化氢体积百分比浓度大于比浓度大于15%时，则为酸性天然气时，则为酸性天然气油系统。油系统。3阈限值阈限值几乎所有工作人员长期暴露都不会产生不利影几乎所有工作人员长期暴
12、露都不会产生不利影响的某种有毒物质在空气中的最大浓度。响的某种有毒物质在空气中的最大浓度。硫化氢的阈限值为15mg/m3（10ppm），二，二氧化硫的阈限值为5.4mg/m3（2ppm）。此浓度为硫化。此浓度为硫化氢检测的一级报警值。氢检测的一级报警值。4安全临界浓度安全临界浓度工作人员在露天安全工作工作人员在露天安全工作8h可接受的硫化氢最可接受的硫化氢最高浓度高浓度硫化氢的安全临界浓度为30mg/m3（20ppm），此浓度为硫化氢检测的二级报警，此浓度为硫化氢检测的二级报警值。值。 5危险临界浓度危险临界浓度达到此浓度时，对生命和健康会产生不可逆转达到此浓度时，对生命和健康会产生不可逆转的
13、或延迟性的影响的或延迟性的影响硫化氢的危险临界浓度为150mg/m3（100ppm），此浓度为硫化氢检，此浓度为硫化氢检测的三级报警值。测的三级报警值。第二章第二章 硫化氢的理化性质硫化氢的理化性质及对人体的危害及对人体的危害颜色：颜色：无色、剧毒、无色、剧毒、酸性气体。酸性气体。密度；密度；( (相对空气相对空气) ) 1.189 1.189 ，比空气重，比空气重，因此，极容易聚集在因此，极容易聚集在低凹处。低凹处。气味：气味： H H2 2S S有一种令有一种令人讨厌的臭鸡蛋味。人讨厌的臭鸡蛋味。爆炸极限：爆炸极限：当当HH2 2S S浓度浓度在在4.3%46%4.3%46%时，在空时，在
14、空气中形成的混合气体遇气中形成的混合气体遇火将产生强烈的爆炸。火将产生强烈的爆炸。可燃性：可燃性：燃烧时产燃烧时产生兰色火焰，并生生兰色火焰，并生成危害人眼睛和肺成危害人眼睛和肺部的部的SOSO2 2 。可溶性：可溶性：HH2 2S S易溶易溶于水和油，于水和油， H H2 2S S的溶解度随温度升的溶解度随温度升高溶解度下降。高溶解度下降。沸点：沸点：液态液态HH2 2S S的沸的沸点很低，因次我们通点很低，因次我们通常看到的是气态的常看到的是气态的HH2 2S S。硫化氢硫化氢气体气体的特性的特性第二节第二节 硫化氢对人体的危害硫化氢对人体的危害一、危害的生理过程 硫化氢只有进入人体并与人
15、体的新陈代谢发硫化氢只有进入人体并与人体的新陈代谢发生作用后，才会对人体造成伤害。生作用后，才会对人体造成伤害。 硫化氢侵入人体的途径有三条：通过呼吸道吸入通过呼吸道吸入通过皮肤吸收通过皮肤吸收通过消化道吸收通过消化道吸收硫化氢中毒发病机理：硫化氢中毒发病机理：1.血中高浓度硫化氢可直接刺激颈动脉窦和主血中高浓度硫化氢可直接刺激颈动脉窦和主动脉区的化学感受器，导致反射性呼吸抑制。动脉区的化学感受器，导致反射性呼吸抑制。2硫化氢可直接作用于脑，低浓度起兴奋作硫化氢可直接作用于脑，低浓度起兴奋作用；高浓度起抑制作用，引起昏迷、呼吸中枢和用；高浓度起抑制作用，引起昏迷、呼吸中枢和血管运动中枢麻痹。血
16、管运动中枢麻痹。3继发性缺氧是由于硫化氢引起呼吸暂停或继发性缺氧是由于硫化氢引起呼吸暂停或肺水肿等因素所致血氧含量降低，可使病情加重，肺水肿等因素所致血氧含量降低，可使病情加重，神经系统症状持久及发生多器官功能衰竭。神经系统症状持久及发生多器官功能衰竭。 4硫化氢遇到眼睛和呼吸道粘膜表面的水份后硫化氢遇到眼睛和呼吸道粘膜表面的水份后分解，对粘膜有强刺激和腐蚀作用，引起不同程分解，对粘膜有强刺激和腐蚀作用，引起不同程度的化学性炎症反应。对组织损伤最重，易引起度的化学性炎症反应。对组织损伤最重，易引起肺水肿。肺水肿。5心肌损害，急性中毒出现心肌梗死样表现，心肌损害，急性中毒出现心肌梗死样表现，可使
17、冠状血管痉挛、心肌缺血、水肿、炎性浸润可使冠状血管痉挛、心肌缺血、水肿、炎性浸润及心肌细胞内氧化。及心肌细胞内氧化。二、中毒症状二、中毒症状1慢性中毒慢性中毒人体暴露在低浓度硫化氢环境人体暴露在低浓度硫化氢环境(如如50100ppm)下，将会慢性中毒。下，将会慢性中毒。 2急性中毒急性中毒 吸入高浓度的硫化氢气体会导致气喘，脸色苍白，吸入高浓度的硫化氢气体会导致气喘，脸色苍白，肌肉痉挛；当硫化氢浓度大于肌肉痉挛；当硫化氢浓度大于700ppm时，人很快时，人很快失去知觉，几秒钟后就会窒息，呼吸和心脏停止工失去知觉，几秒钟后就会窒息，呼吸和心脏停止工作。作。当硫化氢浓度大于当硫化氢浓度大于2000
18、ppm时，人时，人体只需吸一口气，就很难抢救而体只需吸一口气，就很难抢救而立立即死亡即死亡。三、人体对不同浓度硫化氢的反应三、人体对不同浓度硫化氢的反应ppmmg/m3人体中毒情况 11.5可闻到一种明显的臭鸡蛋味，随着浓度的增加，嗅觉就会疲劳，气体不再能通过气味来辨别1015可在露天安全工作8h2030露天工作的最高极限1001502min3min丧失闻觉，咽喉肿痛、头痛、恶心 200300很短时间内就抑制闻觉，能刺痛眼和喉道500750人发晕；几分钟内停止呼吸，须做人工呼吸 7001050很快就不省人事，若不立即抢救将会导致死亡10001500立即不省人事，几分钟内死亡 硫化氢浓度与危害程
19、度表第三章第三章 硫化氢腐蚀硫化氢腐蚀 硫化氢极易溶解在水中形成弱酸（在硫化氢极易溶解在水中形成弱酸（在76mm汞柱即汞柱即10.13kPa30时其溶解度约为时其溶解度约为3000mg/L，此时溶液此时溶液pH值约为值约为4），对），对金属的腐蚀形式有电化学失重腐蚀、氢脆（包括氢鼓泡（包括氢鼓泡HB和氢致开裂和氢致开裂HIC）和硫化物应力腐蚀开裂（SSCC），），以后两者为主一般统称为氢脆破坏。第一节第一节 金属的电化学失重腐蚀金属的电化学失重腐蚀 金属的电化学失重腐蚀指金属与金属的电化学失重腐蚀指金属与介质发生电化学反应而引起的变介质发生电化学反应而引起的变质和损坏的现象。质和损坏的现象。
20、金属与电解质溶液接触时，由于金属表面的金属与电解质溶液接触时，由于金属表面的不均匀性，阳极区和阴极区通过金属本身互不均匀性，阳极区和阴极区通过金属本身互相闭合而形成许多腐蚀相闭合而形成许多腐蚀微电池微电池和和宏观电池宏观电池。 电化学失重腐蚀就是通过这些阳极区和阴极电化学失重腐蚀就是通过这些阳极区和阴极区反应过程进行的，是局部腐蚀。区反应过程进行的，是局部腐蚀。宏观腐蚀电池：宏观腐蚀电池：异金属接触电池异金属接触电池浓差电池浓差电池 （盐浓差电池和氧浓差电池）（盐浓差电池和氧浓差电池）温差电池温差电池微观腐蚀电池：微观腐蚀电池：金属化学成分的不均匀性金属化学成分的不均匀性组织结构的不均匀性组织
21、结构的不均匀性金属表面膜的不完整性金属表面膜的不完整性金属表面物理状态的不均匀性金属表面物理状态的不均匀性 金属的电化学失重腐蚀是集中在金属局部区域金属的电化学失重腐蚀是集中在金属局部区域阳极区，阴极区没有金属腐蚀，因此阳极区，阴极区没有金属腐蚀，因此电化学失电化学失重腐蚀实质上是局部腐蚀重腐蚀实质上是局部腐蚀。 局部腐蚀是设备腐蚀破坏的一种重要形式，工程局部腐蚀是设备腐蚀破坏的一种重要形式，工程中的重大突发腐蚀事故多是由于局部腐蚀造成的。中的重大突发腐蚀事故多是由于局部腐蚀造成的。第二节第二节 金属的氢脆和硫化物应力腐蚀开裂金属的氢脆和硫化物应力腐蚀开裂 硫化氢对金属材料的腐蚀破坏，其主要危
22、险还不硫化氢对金属材料的腐蚀破坏，其主要危险还不在于电化学失重腐蚀，而是由于其加剧了在于电化学失重腐蚀，而是由于其加剧了金属的金属的渗氢作用渗氢作用，导致金属材料的氢脆破坏和硫化物应，导致金属材料的氢脆破坏和硫化物应力腐蚀开裂。力腐蚀开裂。 氢脆破坏往往造成井下管柱的突然断脱、地面管氢脆破坏往往造成井下管柱的突然断脱、地面管汇和仪表的爆破、井口装置的破坏。汇和仪表的爆破、井口装置的破坏。 氢脆：氢脆： 化学腐蚀产生的氢原化学腐蚀产生的氢原子，在结合成氢分子子，在结合成氢分子时体积增大，致使低时体积增大，致使低强度钢和软钢发生氢强度钢和软钢发生氢鼓泡、高强度钢产生鼓泡、高强度钢产生裂纹，使钢材变
23、脆裂纹，使钢材变脆 硫化物应力腐蚀开裂硫化物应力腐蚀开裂 钢材在足够大的外钢材在足够大的外拉力或残余张力下，拉力或残余张力下，与氢脆裂纹同时作用与氢脆裂纹同时作用发生的破裂发生的破裂 金属材料的硬度和应力负荷越大，则对硫化物应力腐蚀开裂的敏感性越大。硫化物应力腐蚀开裂的五个特征：硫化物应力腐蚀开裂的五个特征：断口平整，象陶瓷断口，不存在塑性变形；断口平整，象陶瓷断口，不存在塑性变形；主要发生在受拉应力时，断口主裂纹与拉力方向主要发生在受拉应力时，断口主裂纹与拉力方向垂直；垂直；多发生在设备使用不久，属于低应力下破裂；多发生在设备使用不久，属于低应力下破裂； 这种破裂往往是突然性断裂，没有任何先
24、兆；这种破裂往往是突然性断裂，没有任何先兆；裂源多发生在应力集中点。裂源多发生在应力集中点。第三节第三节 影响硫化氢腐蚀的主要因素影响硫化氢腐蚀的主要因素一、硫化氢浓度（或分压） 硫化氢浓度对金属的腐蚀影响是很复杂的，硫化氢浓度对金属的腐蚀影响是很复杂的，对金属的电化学失重腐蚀影响和硫化物应力腐蚀对金属的电化学失重腐蚀影响和硫化物应力腐蚀开裂影响是不同的。开裂影响是不同的。 在涉及硫化氢浓度对金属氢脆和硫化物应力在涉及硫化氢浓度对金属氢脆和硫化物应力腐蚀开裂的影响时，往往以含硫化物气体的总压腐蚀开裂的影响时，往往以含硫化物气体的总压力和硫化氢分压作为衡量指标。力和硫化氢分压作为衡量指标。 总压
25、力硫化氢分压硫化氢浓度H+pH值氢去极化腐蚀加剧腐蚀加速二、细菌腐蚀 危害最大的是硫酸盐还原菌和硫菌，危害最大的是硫酸盐还原菌和硫菌，80%生产生产井的设备腐蚀都与硫酸盐还原菌有关。井的设备腐蚀都与硫酸盐还原菌有关。三、温度 温度对硫化物应力腐蚀开裂的影响较大，在一定温度对硫化物应力腐蚀开裂的影响较大，在一定温度范围内，温度升高，硫化物应力腐蚀开裂倾温度范围内，温度升高，硫化物应力腐蚀开裂倾向减小。向减小。在25左右，金属被破坏所用的时间最短，硫化物应力腐蚀最为活跃；当温度升高到一，硫化物应力腐蚀最为活跃；当温度升高到一定值定值（93）以上，氢的扩散速度极大，反而从氢的扩散速度极大，反而从钢材
26、中逸出，钢材中逸出，不会发生应力腐蚀。 因此，当井下温度高于因此，当井下温度高于93时，油气井中时，油气井中的套管和钻铤可以不考虑其抗硫性能。对的套管和钻铤可以不考虑其抗硫性能。对电化学失重腐蚀而言，温度升高则腐蚀速而言，温度升高则腐蚀速度加快。研究表明，度加快。研究表明，温度每升高10，腐蚀速度增加24倍。四、pH值 pH值对电化学失重腐蚀和硫化物应力腐蚀开裂的值对电化学失重腐蚀和硫化物应力腐蚀开裂的影响都大。随影响都大。随pH值的降低，电化学失重腐蚀加剧；值的降低，电化学失重腐蚀加剧；当pH6时，硫化物应力腐蚀开裂严重，pH9时，就很少发生硫化物应力腐蚀开裂。故而故而在钻开含硫地层后，钻井
27、液的pH值应始终控制在9.5以上。第四节第四节 对非金属材料和钻井液的影响对非金属材料和钻井液的影响一、硫化氢能加速非金属材料的老化 在油气田勘探开发中，地面设备、钻井和完井井在油气田勘探开发中，地面设备、钻井和完井井口装置以及井下工具中大量采用橡胶、浸油石墨、口装置以及井下工具中大量采用橡胶、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、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。致密封件的失效。二、硫化氢
28、对钻井液的污染二、硫化氢对钻井液的污染 硫化氢主要是对水基钻井液有较大的污染。它会硫化氢主要是对水基钻井液有较大的污染。它会使钻井液性能发生很大变化，如密度下降、使钻井液性能发生很大变化，如密度下降、pH值值下降、粘度上升，以致形成流不动的冻胶；颜色下降、粘度上升，以致形成流不动的冻胶；颜色变为瓦灰色、墨色或墨绿色。变为瓦灰色、墨色或墨绿色。第四章第四章 钻井工程防硫化氢腐蚀措施钻井工程防硫化氢腐蚀措施第一节 材料的选用一、金属材料 美国国家腐蚀工程师学会（美国国家腐蚀工程师学会（NACE）标准）标准MR0175(1980年修订年修订)中规定：中规定： 含硫油气田使用的金属材料，其屈服极限不大
29、于655MPa、硬度不大于HRC22。若需使用屈服极。若需使用屈服极限和硬度比上述要求高的钢材，必须经适当的热限和硬度比上述要求高的钢材，必须经适当的热处理（如调质、固溶处理等）并在含硫化氢介质处理（如调质、固溶处理等）并在含硫化氢介质环境中试验，证实其具有抗硫化氢应力腐蚀开裂环境中试验，证实其具有抗硫化氢应力腐蚀开裂性能后，方可采用。性能后，方可采用。二、非金属材料 根据美国根据美国SPEAIME及有关资料推荐，可用于及有关资料推荐，可用于硫化氢环境的非金属密封件材料有氟塑料（聚四硫化氢环境的非金属密封件材料有氟塑料（聚四氟乙烯、氟乙烯、F46）、聚苯硫醚塑料和氟橡胶（）、聚苯硫醚塑料和氟橡
30、胶（F46、F246）、丁氰橡胶、氯丁橡胶等。）、丁氰橡胶、氯丁橡胶等。第二节第二节 涂层保护涂层保护 金属材料表面涂层保护是使金属与硫化氢等腐蚀金属材料表面涂层保护是使金属与硫化氢等腐蚀性介质隔绝，不让腐蚀性介质与金属直接接触，性介质隔绝，不让腐蚀性介质与金属直接接触，免受硫化氢的电化学腐蚀破坏。免受硫化氢的电化学腐蚀破坏。 涂层必须具有与钢材良好的粘结能力和化学稳定涂层必须具有与钢材良好的粘结能力和化学稳定性、抗硫化氢等腐蚀性气体的渗透性和耐温性性、抗硫化氢等腐蚀性气体的渗透性和耐温性第三节第三节 提高钻井液防腐性能提高钻井液防腐性能 在钻井液中加入防腐剂来减缓硫化氢对在钻井液中加入防腐剂
31、来减缓硫化氢对金属材料的腐蚀速率，可延长井下管材金属材料的腐蚀速率，可延长井下管材和地面设备的使用寿命。和地面设备的使用寿命。一、钻井液中有害组分的腐蚀与防治一、钻井液中有害组分的腐蚀与防治腐蚀腐蚀物质物质来源来源降低疲降低疲劳强度劳强度腐蚀破坏形式腐蚀破坏形式预防和解决措施预防和解决措施氧气氧气大气大气65%65%坑点腐蚀、坑点腐蚀、电化学腐蚀电化学腐蚀维持钻井液维持钻井液pH值值1010硫化氢硫化氢细菌作用、钻井细菌作用、钻井液组分热降解、液组分热降解、地层中侵入地层中侵入202050%50%电化学腐蚀、硫化物电化学腐蚀、硫化物应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂维持钻井液维持钻井液pH值值1010二
32、氧二氧化碳化碳细菌作用、细菌作用、地层中侵入地层中侵入40%40%坑点腐蚀、轮癣状腐坑点腐蚀、轮癣状腐蚀、台面状腐蚀、电蚀、台面状腐蚀、电化学腐蚀化学腐蚀维持钻井液维持钻井液pH值值1010硫化氢硫化氢和二氧和二氧化碳化碳细菌作用、钻井细菌作用、钻井液组分热降解、液组分热降解、地层中侵入地层中侵入60%60%坑点腐蚀、电化学腐坑点腐蚀、电化学腐蚀、硫化物应力腐蚀蚀、硫化物应力腐蚀开裂开裂硫化氢浓度低时与处理二硫化氢浓度低时与处理二氧化碳相同，硫化氢浓度氧化碳相同，硫化氢浓度高时，应按含硫油气井钻高时，应按含硫油气井钻采要求采取各种防腐措施采要求采取各种防腐措施盐类盐类钻井液配制、钻井液配制、地
33、层中侵入地层中侵入 坑点腐蚀、坑点腐蚀、电化学腐蚀电化学腐蚀使用饱和盐水钻井液，添使用饱和盐水钻井液，添加缓蚀剂加缓蚀剂二、提高钻井液二、提高钻井液pH值值 高高pH值的钻井液可抑制硫化氢、二氧化碳、氧等值的钻井液可抑制硫化氢、二氧化碳、氧等有害气体对金属材料的腐蚀和提高腐蚀疲劳寿命。有害气体对金属材料的腐蚀和提高腐蚀疲劳寿命。 因此，因此，钻井液应保持呈碱性，其钻井液应保持呈碱性，其pHpH值不低于值不低于9.59.5。若若采用铝制钻具采用铝制钻具，pH值升高会使腐蚀加剧，此时，值升高会使腐蚀加剧，此时，pHpH值应控制在值应控制在9.59.5至至10.510.5之间之间。三、钻井液中常用的
34、防腐添加剂三、钻井液中常用的防腐添加剂 钻井液中的防腐剂通常有缓蚀剂、除硫剂、除氧钻井液中的防腐剂通常有缓蚀剂、除硫剂、除氧剂、灭菌剂等。剂、灭菌剂等。 根据钻井地层的特点及钻井液的腐蚀性，合理地根据钻井地层的特点及钻井液的腐蚀性，合理地选择各种防腐添加剂，并配合使用，达到更好防选择各种防腐添加剂，并配合使用，达到更好防腐效果以延长钻具的使用寿命。腐效果以延长钻具的使用寿命。第五章第五章 含硫油气井钻井作业的安全措含硫油气井钻井作业的安全措施施 钻井施工中对硫化氢防护方面采取的主要措施，钻井施工中对硫化氢防护方面采取的主要措施，归纳在石油天然气行业标准归纳在石油天然气行业标准SY/T5087含
35、硫化氢油气井安全钻井推荐作法和中国石油天然气集团公司企业标准Q/CNPC115含硫油气井钻井操作规程中。中。 要保证在含硫油气田进行安全钻井作业，首先是要保证在含硫油气田进行安全钻井作业，首先是搞好平衡钻井和井控工作，严格执行井控有关规搞好平衡钻井和井控工作，严格执行井控有关规章制度，尤其是上述标准和章制度，尤其是上述标准和SY/T6426钻井井控技术规程、SY/T5964钻井井控装置组合配套、安装调试与维护等行业标准。等行业标准。第一节第一节 井场及钻井设备的布置井场及钻井设备的布置 1 1、井场选址、井场选址 2井场周围应空旷，风能在井场前后或左右方井场周围应空旷，风能在井场前后或左右方向
36、畅通流动；井场上应有两个以上出入口，便于向畅通流动；井场上应有两个以上出入口，便于应急时采取抢救和疏散人员。应急时采取抢救和疏散人员。3钻井设备的安放位置应考虑当地的主要风向和钻井设备的安放位置应考虑当地的主要风向和钻开含硫油气层时的季节风风向。井场值班室、钻开含硫油气层时的季节风风向。井场值班室、工程室、钻井液室、气防器材室等应设置在井场工程室、钻井液室、气防器材室等应设置在井场主要风向的上风方向。主要风向的上风方向。4井场发电房、锅炉房和储油罐的摆放，以及电井场发电房、锅炉房和储油罐的摆放，以及电器设备、照明器具及输电线路的安装应按器设备、照明器具及输电线路的安装应按SY5225石油与天然
37、气钻井、开发、储运防火防爆安全石油与天然气钻井、开发、储运防火防爆安全规定中的相应规定执行。规定中的相应规定执行。5井场周围应设置井场周围应设置两到三处临时安全区，一个位于当地季节风的上风方向处（一般为生活区方向），其余与之成90120分布。6在临时安全区、道路入口处、井架上、值班房在临时安全区、道路入口处、井架上、值班房等点上安装风向指示器。等点上安装风向指示器。7进入含硫油气层前应将机泵房、循环系统及二进入含硫油气层前应将机泵房、循环系统及二层台等处设置的防风护套和其它类似围布拆除。层台等处设置的防风护套和其它类似围布拆除。寒冷地区在冬季施工时，对保温设施可采取相应寒冷地区在冬季施工时，对
38、保温设施可采取相应的通风措施，保证工作场所空气流通。的通风措施，保证工作场所空气流通。第二节第二节 地质及工程设计的要求地质及工程设计的要求 1对井场周围一定范围内的居民住宅、学校、对井场周围一定范围内的居民住宅、学校、厂矿（包括开采地下资源的矿业单位）、国防设厂矿（包括开采地下资源的矿业单位）、国防设施、高压电线和水资源情况以及风向变化等进行施、高压电线和水资源情况以及风向变化等进行实地勘察和调查，在钻井地质设计中标注说明，实地勘察和调查，在钻井地质设计中标注说明，并作出地质灾害危险性及环境、安全评估；在煤并作出地质灾害危险性及环境、安全评估；在煤矿、金属矿等非油气矿藏开采区钻井，还应标明矿
39、、金属矿等非油气矿藏开采区钻井，还应标明地下矿井坑道的分布、深度和走向及地面井位与地下矿井坑道的分布、深度和走向及地面井位与矿井、坑道的关系。矿井、坑道的关系。 2在地下矿产采掘区钻井，井筒与采掘坑道、在地下矿产采掘区钻井，井筒与采掘坑道、矿井通道之间的距离不少于矿井通道之间的距离不少于100m，套管下深应封，套管下深应封住开采层并超过开采层底部深度住开采层并超过开采层底部深度100m以上。以上。 3在含硫地区的钻井地质设计中，应注明含硫在含硫地区的钻井地质设计中，应注明含硫地层及其深度和预计含量。当预计储层中天然气地层及其深度和预计含量。当预计储层中天然气的总压等于或大于的总压等于或大于0.
40、4MPa（60Psia）,而且该气而且该气体中硫化氢分压等于或高于体中硫化氢分压等于或高于0.0003MPa；或硫化；或硫化氢含量大于氢含量大于75mg/m3（50ppm）时，应使用抗硫）时，应使用抗硫井控设备、工具和井用管材。井控设备、工具和井用管材。 4高压含硫地区可采用厚壁钻杆；高压含硫地区可采用厚壁钻杆；在井下温度在井下温度高于高于9393以深的井段，套管可不考虑其抗硫性能以深的井段，套管可不考虑其抗硫性能。（注意：在压裂酸化、大排量洗井时，井下温度（注意：在压裂酸化、大排量洗井时，井下温度可能降低。）可能降低。） 5钻开含硫地层的设计钻井液密度，其安全附钻开含硫地层的设计钻井液密度，
41、其安全附加密度在规定的范围内（油井加密度在规定的范围内（油井0.05g/cm30.10g/cm3、气井、气井0.07g/cm30.15g/cm3）宜取）宜取上限值；或附加井底压力在规定的范围内（油井上限值；或附加井底压力在规定的范围内（油井1.5MPa3.5MPa、气井、气井3MPa5MPa）宜取上）宜取上限值。限值。 6井队应储备井筒容积井队应储备井筒容积12倍的大于在用钻井倍的大于在用钻井液密度的高密度钻井液。液密度的高密度钻井液。 7储备满足需要的钻井液加重材料。储备满足需要的钻井液加重材料。 8储备足量的缓蚀剂和除硫剂。储备足量的缓蚀剂和除硫剂。 9不允许在含硫油气地层进行欠平衡钻井。
42、不允许在含硫油气地层进行欠平衡钻井。第三节第三节 井用管材材质及井控设备安装井用管材材质及井控设备安装 1用于含硫油气井的套管、油管和钻杆，其材质应用于含硫油气井的套管、油管和钻杆，其材质应符合相关标准的规定。符合相关标准的规定。 （1）钢材：）钢材：钢的屈服极限不大于655MPa，硬度最大为HRC22。若需使用屈服极限和硬度比上述要求若需使用屈服极限和硬度比上述要求高的钢材，必须经适当的热处理（如调质、固溶处理高的钢材，必须经适当的热处理（如调质、固溶处理等）并在含硫化氢介质环境中试验（采用等）并在含硫化氢介质环境中试验（采用API 5CT），），证实其具有抗硫化氢应力腐蚀开裂性能后，方可采
43、用。证实其具有抗硫化氢应力腐蚀开裂性能后，方可采用。 （2）非金属材料：凡密封件选用的非金）非金属材料：凡密封件选用的非金属材料，应具有在硫化氢环境中能使用属材料，应具有在硫化氢环境中能使用而不失效的性能。而不失效的性能。2用于硫化氢环境的井口设备用于硫化氢环境的井口设备 （1）钻井设计中有关井控设备的设计、安装、）钻井设计中有关井控设备的设计、安装、固定和试压应符合固定和试压应符合SY/T 5964钻井井控装置组钻井井控装置组合配套、安装调试与维护的规定。合配套、安装调试与维护的规定。 （2）在高含硫、高压地层和区域探井的钻井作）在高含硫、高压地层和区域探井的钻井作业中，在防喷器上应安装剪切
44、闸板；剪切闸板防业中，在防喷器上应安装剪切闸板；剪切闸板防喷器的压力等级、通径应与其配套的井口设备的喷器的压力等级、通径应与其配套的井口设备的压力等级和通径一致。压力等级和通径一致。 3钻井液回收管线、防喷管线和放喷管线应使钻井液回收管线、防喷管线和放喷管线应使用经探伤合格的管材。防喷管线应采用螺纹与标用经探伤合格的管材。防喷管线应采用螺纹与标准法兰连接。钻井井口和套管的连接及防喷管线、准法兰连接。钻井井口和套管的连接及防喷管线、放喷管线在现场不允许焊接。放喷管线在现场不允许焊接。 4放喷管线至少应接两条，布局要考虑当地季节，布局要考虑当地季节风向、居民区、道路、油罐区、电力线及各种设风向、居
45、民区、道路、油罐区、电力线及各种设施等情况，施等情况，其夹角为90180，保证当风向改变，保证当风向改变时至少有一条能安全使用；管线转弯处的弯头夹时至少有一条能安全使用；管线转弯处的弯头夹角不小于角不小于120；管线出口应；管线出口应接至距井口100m以远的安全地带。的安全地带。 5放喷管线出口不能正对井场附近的居民住宅、放喷管线出口不能正对井场附近的居民住宅、距各种设施不小于距各种设施不小于100m、具备放喷点火的条件。、具备放喷点火的条件。 6压井管线至少有一条在季节风的上风方向，压井管线至少有一条在季节风的上风方向，以便必要时连接其它设备（如压裂车、水泥车等）以便必要时连接其它设备（如压
46、裂车、水泥车等）作压井用。作压井用。 7液气分离器及除气器的排气管线通径满足要液气分离器及除气器的排气管线通径满足要求，其出口接至距井口求，其出口接至距井口50m以远有点火条件的安以远有点火条件的安全地带。全地带。 8井口、放喷管线出口、液气分离器及除气器井口、放喷管线出口、液气分离器及除气器的排气管线出口应位于可能的火源（如发电房、的排气管线出口应位于可能的火源（如发电房、锅炉房等）和人员相对集中的区域（如值班房、锅炉房等）和人员相对集中的区域（如值班房、生活区等）的下风位置。生活区等）的下风位置。 9井控设备、井下管材和工具及其配件在储放井控设备、井下管材和工具及其配件在储放时应注明钢级，
47、严格分类保管并带有产品合格证时应注明钢级，严格分类保管并带有产品合格证和说明书；运输过程中需采取措施避免损伤。和说明书；运输过程中需采取措施避免损伤。 10井控设备的大修工作应严格控制缺陷补焊，井控设备的大修工作应严格控制缺陷补焊，若进行了焊接、补焊、堆焊等工艺，则应在其后若进行了焊接、补焊、堆焊等工艺，则应在其后做大于做大于620C的高温回火处理，对设备修理前后的高温回火处理，对设备修理前后作出正确的技术评定。作出正确的技术评定。第四节第四节 硫化氢的监测及人身安全防护硫化氢的监测及人身安全防护 1硫化氢易聚集的区域，如井口、循环池等处硫化氢易聚集的区域，如井口、循环池等处应设立毒气警告标志
48、。应设立毒气警告标志。 2作业区应配备空气呼吸器、充气泵、可燃气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。式硫化氢监测报警仪。 3值班干部、当班司钻、副司钻和值班干部、当班司钻、副司钻和“座岗座岗”人人员应佩戴便携式硫化氢监测报警仪；固定式硫化员应佩戴便携式硫化氢监测报警仪；固定式硫化氢监测仪应在司钻或操作员位置、方井、振动筛、氢监测仪应在司钻或操作员位置、方井、振动筛、井场工作室等地方设置探头，并能同时发出声光井场工作室等地方设置探头，并能同时发出声光报警。报警。 4硫化氢防护器具应存放在清洁
49、卫生和便于快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、污染、灰尘速取用的地方，并对其采取防损坏、污染、灰尘和高温的保护措施。和高温的保护措施。 5钻井队应按产品说明书检查和保养硫化氢监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，保证其在进入油气层后处于测仪器、防护器具，保证其在进入油气层后处于良好的备用状态；建立使用台帐，按时送往具有良好的备用状态；建立使用台帐，按时送往具有资质的检验单位检验。资质的检验单位检验。 6硫化氢监测报警仪设置：硫化氢监测报警仪设置： （1）第一级报警值应设置在阈限值硫化氢含量硫化氢含量15mg/m3（10ppm），达到此浓度
50、时启动报警，），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；提示现场作业人员硫化氢的浓度超过阈限值； （2）第二级报警值应设置在安全临界浓度硫化硫化氢含量氢含量30mg/m3（20ppm），达到此浓度时，），达到此浓度时，现场作业人员应佩戴正压式空气呼吸器；现场作业人员应佩戴正压式空气呼吸器； （3）第三级报警值应设置在危险临界浓度硫化硫化氢含量氢含量150mg/m3（100ppm），报警信号应与），报警信号应与二级报警信号有明显区别，警示立即组织现场人二级报警信号有明显区别，警示立即组织现场人员撤离。员撤离。 7作业班除进行常规防喷演习外，还应佩带硫作业班除进行常规防喷演习
