газов Н₂S и СО₂

Ведение буровых работ на месторождениях с наличием в пластовых флюидах сероводорода требует разработки специальных технических средств, материалов и технологических мероприятий, так как проявления сероводорода создают ряд серьезных проблем.

1) Прежде всего это опасность отравления для персонала и окружающей среды. Сероводород- сильный яд, поражающий нервную систему, попадая в легкие, он растворяется в крови и соединяется с гемоглобином. Предельно допустимая концентрация сероводорода в воздухе очень низка - 10 мг/м³, а в смеси с углеводородами - 3 мг/м³.

Сероводород тяжелее воздуха ( относительная плотность 1,17 ), он легко воспламеняется и в смеси с воздухом взрывается.

Нижний и верхний пределы взрывоопасной концентрации сероводорода с воздухом составляют 4,3-45 % ( объемных).

2) Ухудшение качества раствора. Являясь слабой кислотой и обладая восстановительными свойствами, сероводород может изменять физико- химические условия среды и взаимодействовать с компонентами бурового раствора, вызывая в растворах, содержащих твердую фазу, особенно глину, загустевание, а в некоторых системах ( растворы на основе КССБ ) и необратимое повышение водоотдачи.

3) Коррозия оборудования. Сероводород может привести к образованию сульфидной окалины и высвобождению атомарного водорода. Атомарный водород может вызвать сульфидное растрескивание и катастрофически быстрое разрушение бурильных, обсадных, насосно- компрессорных труб и оборудования.

В упрощенном виде механизм коррозии можно записать следующим образом:

Fe₃O₄ + 6 H₂S ® 3 FeS₂+ 4 H₂O + 2 H₂­

фактически протекают три различных типа коррозии:

а) Газ Н₂S разрушает примеси, которые концентрируются на границе кристаллов, что приводит к точечной коррозии;

б) Сульфид железа образует осадок неравномерно, что приводит к образованию гальванической пары и делает возможным быструю коррозию;

в) Образующийся атомарный водород вследствие очень малого размера свободно мигрирует в структуру решетки металла. Комбинация с металлом приводит к увеличению объема и внезапному катастрофическому разрушению металла.

Сульфидно- коррозионное растрескивание происходит внезапно на относительно неповрежденных частях оборудования. Вследствие этого очень сложно заранее предугадать возможность и место разрушения такого вида. Основными внешними факторами, влияющими на скорость разрушения металла являются: концентрация и парциальное давление сероводорода, общее давление, температура и скорость движения коррозионной среды.

Основные методы борьбы с сероводородной агрессией заключается в следующем:

1) поддержание достаточного гидростатического давления на пласты с целью предотвращения поступления Н₂S в скважину;

2) поддержание необходимой щелочности ( рН >11,5 ) для быстрой нейтрализации сероводорода путем образования водорастворимых сульфидов:

Н₂S + NaOH= NaHS + H₂O;

3) связывание сероводорода в нерастворимые сульфиды

Для связывания сероводорода используются:

а) диоксид водорода - Н₂О₂ + Н₂S= ¯ S + 2 H₂O

б) диоксид марганца - MnO₂ + NaOH= Na₂MnO₃+ H₂O

         Na₂MnO₃ + 2 Н₂S + H₂O= ¯ Mn S + ¯ S+ 2 H₂O+2 Na OH

в) карбонат цинка - Н₂S + NaOH= NaHS + H₂O

                                 NaHS + ZnCO₃= ¯ZnS + NaHCO₃

г) оксиды железа - Fe₃O₄+ 6H₂S = ¯ 3 FeS₂+ 4 H₂O+ 2 H₂­

                               при рН < 7 и

при рН= 8-10  Fe₃O₄+4 H₂S = ¯ 3 FeS+ 4 H₂O+S

 Диоксид углерода ( СО₂) - попадает в раствор при водо и газопроявлениях. Присутствие карбонатных ( СО₃^{- -} ) и бикарбонатных    ( НСО₃^-) ионов нарушает реологию растворов на водной основе вследствие склонности бентонита к флокуляции при снижении щелочности.

Фильтрационные свойства также ухудшаются.

Ухудшение реологических свойств может затруднить управление скважиной.

Присутствие карбонатов может привести к коррозии за счет образования карбонатной окалины.

Диоксид углерода в водной среде может образовывать угольную кислоту, карбонатную окалину и вызвать чрезмерную точечную коррозию и растрескивание.

СО₂ + Н₂О= Н₂СО₃

Н₂СО₃ + Fe⁺⁺= FeCO₃¯ + H₂ ­

Основные методы борьбы заключаются в следующем:

1) удаление газа из раствора с помощью дегазатора

2) Увеличение рН до 10 для того, чтобы предотвратить кислотную коррозию

3) Добавление источника кальция для осаждения карбонатных ионов.

Обработка может производиться путем комбинированного применения извести [Cа(ОН)₂] и гипса ( СаSO₄) или только извести. Обработку можно производить также с использованием СаСl₂.

Действие СО₂ на растворы на нефтяной основе очень незначительно.

П р и м е р:  Расчет необходимого количества нейтрализатора

                 для связывания Н₂S при поступлении в скважину

                 1 м³ пластового флюида

V₀ - объем поступившего пластового флюида в скважину, м³- 1 м³

Содержание газа в пластовом флюиде - 480 м³

(исходя из газового фактора 480)

V₁ -количество Н₂S в газе при содержании его 25 % - 120 м³

1 г×моль Н₂S= 34 г занимает объем 24,415 л

Количество Н₂S G  кг

Максимальная поглотительная способность ЖС-7 в растворе равна: а_m=0,4 кг/кг

Следовательно для связывания 182,14 кг Н₂S необходимо:

q=  кг ЖС-7

Коэффициент скорости реакции связывания Н₂S ЖС-7 равен

К=0,468 м³/кг×час

Тогда время реакции связывания будет равно:

 часа

Однако сероводород начнет выделяться из нефти на глубине 1200 м. Время движения пачки от 1200 м до устья при Q_н=18 л/с ( или 65 м³/час) и площади затрубного пространства 0,022 м² будет равно:

 часа

т.е. фактическое время движения пачки до устья меньше требуемого времени нейтрализации ( 0,56 час.).

Определяем необходимое количество нейтрализатора для полного связывания Н₂S за время 0,41 часа по формуле:

 кг

Если считать, что выделившейся газ диффундирует в растворе на расстояние 230 м от пачки пластового флюида, т. е. рассеян в 5 м³ бурового раствора, тогда содержание нейтрализатора должно быть 125 кг в 1 м³ бурового раствора.

Обычно добавляется больше, т. е. практически нейтрализация может быть полной.