国外含硫化氢气井井喷及安全生产技术初步调研

    一、 含硫化氢气田情况简介及危害

    全世界各大产油国几乎都含有H2S气藏，据统计，美国南得克萨斯气田的硫化氢含量高达98%，加拿大阿尔伯达的气田硫化氢含量为81%,俄罗斯、伊朗、法国等国都有不同硫化氢含量的气田。因此，含硫化氢气藏的开发已成为天然气开采的重要组成部分。我国也有不少气田都含有H2S气体，部分气田H2S含量极高，如川东卧龙河气田三迭系气藏最高硫化氢含量达32%(493g/m³)，河北赵南庄气田硫化氢含量达92%。还有一些气田不仅H2S含量较高，还含有CO₂等气体。

    H₂S是一种无色、剧毒、强酸性气体，其相对密度为1.196，较空气重。H₂S燃点为250℃，燃烧时呈蓝色火焰，产生有毒的SO₂，当H₂S与空气混合，浓度达4%-45%范围内时，就形成一种可燃混合物。

    H₂S的毒性较一氧化碳的毒性大五至六倍，几乎与氰化物同样剧毒。为防止井场大气含H₂S对人体毒害，国内目前规定安全临界浓度为20mg/m³， H₂S溶于水形成弱酸，对金属的腐蚀有电化学失重腐蚀、氢脆和硫化物应力腐蚀开裂。氢脆破坏往往造成井下管柱的突然断落，地面管汇和仪表的爆破、井口装置的破坏，甚至发生严重的井喷失控或着火事故。H2S能加速非金属材料的老化，并对钻井液造成污染，在对含H₂S的气田进行勘探和开发时均应使用特殊的抗硫管材。

    二、 国外含硫化氢气田井喷事故情况

    含硫气井的开采是具有高度危险性的作业，世界各国在含硫气井开采过程中，井喷事故的发生层出不穷。1975年2月2日凌晨5时，美国丹佛市一个含硫气井发生泄漏，导致9人死亡。1980年阿拉伯湾海上钻井作业中发生硫化氢泄漏。当时现场作业人员非常恐慌，几个平台作业人员试图沿平台前支柱爬到水里，最后19人丧生，其中10人被发现时漂浮在被硫化氢云扫过的水面。而转移到平台的上风侧，并爬上高处直升机平台上的几个人则幸免于难。1999年加拿大一个含硫井发生井喷，压井过程中采用传统压井方式，结果压井失败，导致2人死亡，Boots&Coots公司（一家得克萨斯井控公司）采用了阻止井内气流的顶部压井技术在燃烧同时压井，抑制硫化氢的喷出，使得该井喷问题得以解决。

    美国得克萨斯州是含硫气井较多的地区，从其十个油气区历年来发生井喷的数据统计来看，迄今为止共发生井喷事故1206起，含硫气井事故96起，死亡144人，受伤16人。近10年来，得克萨斯州共发生井喷事故218起，其中含硫化氢气田的事故28起，占事故总数的12.8%，因此受伤的人数为28人，死亡3人。

    由上可以看出，含硫化氢气田开发中安全生产问题是重中之重，其中包括发生井喷等事故的防范措施，井喷事故处理的应急方案，含硫化氢气田钻井开发中应对硫化氢等酸性气体的特殊技术和设备等一系列重要问题。

    三、 国外含硫化氢气田开发中的安全措施

    1. 纵向和横向的监管

    1975年美国丹佛市含硫气井井喷事故发生后，政府等各部门吸取了教训，籍此推动了政府对能源企业的约束。此后，在丹佛的很多地方，甚至在草坪上和闹市区，都会看到写有“酸气”的警示牌。

    在美、俄、澳等联邦制国家，对于环境安全监管采取的是纵向和横向监管相结合的办法。一方面，宪法分权的原则使得各州或省政府有权负责其辖区内的全部经济活动，由此，油气钻井和天然气配售受州级政府监管；另一方面，又按照土地所有权归属划分具体矿产的监管主体，如监管钻采活动通常由州政府负责，但如果联邦政府是矿产所有者，则会由其派出相应的部门进行监管。

   此外，公众利益也在油气开发生产过程中得到充分保护，其中一个重要环节就是公众协商。监管机构要求油气生产企业将建设项目提交给当地政府和可能收到影响的公众进行协商。而在项目审批中，有关方面将充分考虑公众协商的问题和建议。

    2. 制定应急计划

    在美国得克萨斯州，石油公司开采气井之前必须提供应急方案，其中包括对硫化氢扩散速度的严格测算，以及由此测算而得出的气井距居民区的安全距离。对于警示牌的安放位置和警示内容，得州的规定更始细致入微，甚至包括对字体、颜色的规范。

    在密西根州，该州制定的钻探生产应急计划极为细致，要求申请人（即石油公司）必须提供一个完整的应急计划，为含硫化氢油气井周围的居民提供预警服务。其主要规定包含两大部分：

    第一， 一旦发生硫化氢泄漏后应该采取的总体措施

    （1） 建立一个联系人的列表，包括相关责任人的姓名、职责和联系方式，明确指出在必要的时候，谁负责命令点燃硫化氢气体。这一表格必须随时更新；
    （2） 明确规定在何种紧急情况下执行该应急计划；
    （3） 详细规定以何种程序执行应急计划。

    第二， 根据含硫化氢油气井的时机情况制作相应资料
    （1） 制定一份详细的地图，描述油气井所在地的居民住所、公共场所、公路和铁路。如果是一级硫化氢油气井，则地图所描述的区域半径应该是396米（1300英尺）。如果是二级硫化氢油气井，则地图所描述的区域半径应该是152米（500英尺）；
    （2） 建立一份详尽的列表，包括当地居民、企业、学校、宗教场所的地址，以及所有人员的住址和联系方式等；
    （3） 建立一份紧急电话列表，包括油气开发企业代表、钻探承包人代表、紧急情况协调人、医院、消防、环境部门的电话。

    3 安全监管机构及条例、标准

    为了保证开发和处理硫化氢气井人员的安全，美国许多机构都制定了安全操作规则与条例。这些机构包括：
   
    美国职业安全与健康管理局（The Occupational Safety and Helth Administration，简写为OSHA）
     
    国家职业安全与健康研究院（The　National  Institute For Occupational Safety and Helth ,简写为NIOSH）
   
    美国国家标准研究院（The　American  National  Standards Institute,简写为ANSI_）
   
    美国地质调查局（The　U.S　Geological Survey ,简写为USGS）
   
    得克萨斯州铁路委员会（Texas Railroad Commission Rule36，简写为TRC  Rule 36）

    在以上这五个机构中，前四个为联邦政府机构，最后一个为州机构。州政府条例与联邦政府条例的最大区别是，大多数的州政府条例用以保护公众，而联邦政府的条例基本上用以保护操作人员并主要解决呼吸设备的选择和使用问题。例如得克萨斯铁路委员会制定的《得克萨斯州铁路委员会条例36(TRC Rule 36）》，明确了不同浓度硫化氢暴露半径的计算方法，并根据这些暴露半径制定出对公众的保护措施。而国家职业安全与健康研究院制定的条例则包括对工作场地要求、医疗保健措施、个人保护设备、人员培训要求、监测、警报与人员撤离等一系列工作详细地列出了具体要求，以此保证井场作业人员的生命安全。

    在这些机构制定的所有条例中，除了一些小的差别，入USGS有关于海上操作安全的规定等之外，其余皆大同小异。而且，犹豫设计生命安全问题，规则本身特别繁琐。

    四、 国外含硫化氢气田环境监测和安全生产技术

    1． 含硫化氢气田开发中的环境监测

    硫化氢监测问题是一个比较复杂的问题，涉及许多因素，如检测器的位置、空间、风向指标、警告指示、机械通风等。同时，对监测系统进行维护是十分重要的方面，主要是指对用于监测的各种检测装置或感应装置进行定期的检查和校正，各种设备都有推荐的校正周期。通过检查和校正，对监测系统进行维护，不仅可以使感应装置的任何敏感性变化得以及时补偿，还可保证系统所有部件正常工作，从而保证硫化氢开采的人身安全。

    2、含硫化氢气田钻井技术

    由于硫化氢气体的特殊性质，含硫化氢气田的钻井技术不同于普通气田。首先从井场布局上，要充分考虑到安全因素，《美国石油学会推荐作法49》详细地规定了打含硫化氢的井场布局。其次，作好酸性气井的井身设计是降低钻井成本和安全生产的重要手段。另外酸性气体钻杆的防腐措施，钻井泥浆和空气硫化氢含量的监测，钻杆测试，直到固井和完井的每一个环节都有针对硫化氢腐蚀的具体措施和技术手段，确保含硫化氢气田钻井的安全。

    3、含硫化氢气田开采技术

    国外开采高硫化氢气井的地面装置流程有多种形式，不同的气田有不同的地面流程。同时，在含硫化氢气井的生产测试、含硫化氢气井中硫的沉积及其预防方法、酸性气体的脱除等方面都总结了一套较为成熟的技术和做法，可供我们借鉴。