油气井钻井作业硫化氢腐蚀与防护
石油开采中产生的硫化氢危害及防护分析
石油开采中产生的硫化氢危害及防护分析（2.长庆油田分公司第五采油厂陕西西安）摘要：硫化氢是一种剧毒危险气体。
空气中极少量的硫化氢会危及人员的生命安全，在油气田建设中不可避免地会发生硫化氢的逸出和泄漏。
在油气田开发生产过程中，必须高度重视硫化氢的防治工作，加强防护材料和设备的配备和监控，定期进行硫化氢培训和应急演练，确保硫化氢泄漏危险不再发生。
生产中需要采用硫化氢脱硫处理工艺，加强硫化氢的检测、培训和保护，确保安全生产和环境保护。
关键词：石油开采，硫化氢，危害，腐蚀，防护前言硫化氢是一种无色气体，在低浓度下有臭鸡蛋味。
比空气重，容易在低洼处积聚。
硫化氢是一种窒息性和刺激性气体。
同时，它也是一种强烈的神经毒性物质，对he膜有明显的刺激作用。
高浓度可直接抑制呼吸中枢，导致窒息和死亡。
接触硫化氢的主要方式是通过呼吸道吸入。
硫化氢很容易粘附在衣服上，并在空气中停留很长时间。
硫化氢危害具有以下显著特点：硫化氢的主要危险是在短时间内意外接触高浓度硫化氢会导致触电死亡。
高浓度的硫化氢会导致嗅觉迅速麻痹。
臭鸡蛋的气味不能用来判断危险场所硫化氢浓度的高低。
近一半的硫化氢致命病例死于救援不合时宜，救援人员在救援过程中没有使用个人防护装备。
1 石油开采中产生的硫化氢危害1.1生产方面的危害金属和非金属材料的腐蚀。
硫化氢溶于水形成弱酸。
金属的腐蚀形式包括电化学失重腐蚀、氢脆和硫化物应力腐蚀开裂。
后两种主要是氢脆失效，通常被称为氢脆失效。
氢脆常导致井下管柱突然断裂、地面管汇和仪表爆破、井口装置损坏，甚至发生严重的井喷失控或火灾事故。
氢脆是硫化氢对金属材料最严重的腐蚀。
这种损伤与以下四个因素密切相关：硬度。
钢越硬，对硫化氢腐蚀应力开裂越敏感。
淬火和冷锻后，材料的这些极限可以稍微提高。
腐蚀性环境。
在导致金属断裂的过程中，腐蚀反应是一个非常重要的部分。
这些腐蚀包括酸性细菌和低pH液体环境的作用。
载荷和拉应力越大，硫化氢腐蚀应力开裂的敏感性越大。
硫化氢腐蚀与防护相关知识
硫化氢腐蚀与防护相关知识1. 硫化氢腐蚀的预防措施1.1. 选用抗硫化氢材料抗硫化氢材料主要是指对硫化氢应力腐蚀开裂和氢损伤有一定抗力或对这种开裂不敏感的材料。
同时采用低硬度(强度)和“完全淬火+回火”处理工艺对材料抗硫化氢腐蚀是有利的。
美国国家腐蚀工程师学会(NACE)标准MR－01－75(1980年修订)中规定：含硫化氢环境中使用的钻杆、钻杆接头、钻铤和其它管材的最大硬度不许高于HRC22；钻杆接头与钻杆的焊接及热影响区应进行“淬火+595℃以上温度的回火”处理；对于最小屈服强度大于655MPa的钢材应进行“淬火+回火”处理，以获得抗硫化物应力腐蚀开裂的最佳能力。
1.2. 抗H2S腐蚀钢材的基本要求⑴成分设计合理：材料的抗H2S应力断裂性能主要与材料的晶界强度有关，因此常常加入Cr、Mo、Nb、Ti、Cu等合金元素细化原始奥氏体晶粒度。
超细晶粒原始奥氏体经淬火后，形成超细晶粒铁素体和分布良好的超细碳化物组织，是开发抗硫化物应力腐蚀的高强度钢最有效的途径。
⑵采用有害元素(包括氢，氧，氮等)含量很低纯净钢；⑶良好的淬透性和均匀细小的回火组织，硬度波动尽可能小；⑷回火稳定性好，回火温度高(＞600℃)；⑸良好的韧性；⑹消除残余拉应力。
1.3. 添加缓蚀剂实践证明合理添加缓蚀剂是防止含H2S酸性油气对碳钢和低合金钢设施腐蚀的一种有效方法。
缓蚀剂对应用条件的选择性要求很高，针对性很强。
不同介质或材料往往要求的缓蚀剂也不同，甚至同一种介质，当操作条件(如温度、压力、浓度、流速等)改变时，所采用的缓蚀剂可能也需要改变。
用于含H2S酸性环境中的缓蚀剂，通常为含氧的有机缓蚀剂(成膜型缓蚀剂)，有胺类、米唑啉、酰胺类和季胺盐，也包括含硫、磷的化合物。
如四川石油管理局天然气研究所研制的CT2－l和CT2－4油气井缓蚀剂及CT2—2输送管道缓蚀剂，在四川及其他含硫化氢油气田上应用均取得良好的效果。
1.4. 控制溶液pH值提高溶液pH值降低溶液中H+含量可提高钢材对硫化氢的耐蚀能力，维持pH值在9~11之间，这样不仅可有效预防硫化氢腐蚀，又可同时提高钢材疲劳寿命。
钻井防火防爆防硫化氢安全措施1
钻井防火防爆防硫化氢安全措施1.1 防火、防爆措施1.1.1 井位选址的安全距离应符合本细则4.3.1条规定，井场周围环境调查要求应符合本细则4.4.1条规定。
1.1.2 钻井现场设备、设施的布置应保持一定的防火间距。
有关安全间距的要求包括但不限于：a）钻井现场的生活区与井口的距离应不小于100m。
b）值班房、发电房、库房、化验室等井场工作房、油罐区距井口应不小于30m。
c）发电房与油罐区相距应不小于20m。
d）锅炉房距井口应不小于50m。
e）在草原、苇塘、林区钻井时，井场周围应有防火隔离墙或隔离带，宽度应不小于20m。
f）高压变电设施距井口大于75m。
g）井场内不得有架空通信线路、不得有外部输油气管道。
h）钻井井场周围1m范围内不得有易燃物品。
1.l.3 井控装置的远程控制台应安装在井架大门侧前方、距井口不少于25m的专用活动房内，并在周围保持2m以上的行人通道；放喷管线出口距井口应不小于75m（含硫气井不小于100m）。
1.1.4 井场应设置危险区域图、逃生路线图、紧急集合点以及两个以上的逃生出口，并有明显标识。
1.1.5 井场设备的布局应考虑风频、风向，井架大门宜朝向盛行季节风的来向；井场设备应根据地形条件和钻机类型合理布置，在井场及周围有光照和照明的地方设置风向标(风袋、风飘带、风旗或其他适用的装置)，其中一个风向标应挂在施工现场以及在其他临时安全区的人员都能看到的地方。
安装风向标的位置可以是：绷绳、工作现场周围的立柱、临时安全区、道路人口处、井架上、气防器材室等（风向标具有夜间反光标识）。
1.1.6 在油罐区、消防房及井场明显处，应设置防火防爆安全标志。
1.1.7 井场电力装置应按SY/T 5957的规定配置和安装，并符合GB50058的要求。
对井场电力装置的防火防爆安全技术要求包括但不限于：a）电气控制宜使用通用电气集中控制房或电机控制房，地面敷设电气线路应使用电缆槽集中排放。
b）钻台、机房、净化系统的电气设备、照明器具应分开控制。
硫化氢在油气田生产中的危害及防护
硫化氢在油气田生产中的危害及防护发表时间：2018-04-24T14:43:15.233Z 来源：《防护工程》2017年第36期作者：何玲玲陈平郑展[导读] 在油气田勘探、开发过程中，由于硫化氢气体的存在，对现场作业人员、周边群众和生产设备安全造成极大的危险。
长庆油田分公司第一采气厂陕西省靖边县 718500摘要：通过对硫化氢的物理化学特性、腐蚀机理的分析研究，针对在油气田勘探、开发过程中硫化氢对人员和生产设备的危害，提出了生产现场硫化氢危害的防护措施。
关键词：油气田硫化氢腐蚀防护在油气田勘探、开发过程中，由于硫化氢气体的存在，对现场作业人员、周边群众和生产设备安全造成极大的危险。
最近几年来，在含硫化氢油气田勘探、开发过程中，时常会发生人员中毒的事件，以及生产设备设施腐蚀爆裂刺漏事故。
因此，通过研究硫化氢的物理化学特性、腐蚀机理来杜绝减少硫化氢在油气田勘探、开发过程中的安全隐患，就显得十分重要。
一、硫化氢的物理化学特性硫化氢，分子式H2S，为无色、有“臭皮蛋”气味的有毒气体，熔点：－82.9℃，沸点：－61.8℃，相对密度（空气=1）：1.19，爆炸下限：4.3%，爆炸上限45.5%，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高温能引起燃烧爆炸。
与浓硝酸、发烟硝酸或其它强氧化剂剧烈反应，发生爆炸。
硫化氢比空气重，能在较底处扩散致相当远的地方，遇明火迅速引着回燃。
另外，它易溶于水，易溶于甲醇、乙醇类和石油溶剂以及原油中。
二、硫化氢的危害2.1硫化氢对人员的危害硫化氢是强烈的神经毒物，侵入人体的主要途径是呼吸道、消化道、皮肤。
硫化氢对粘膜有强烈的刺激作用，硫化氢对粘膜的局部刺激作用是由接触湿润黏膜后分解形成的硫化钠以及本身的酸性所引起。
由于人的中枢神经对缺氧最敏感，因而首先受到损害的就是人的中枢神经。
人若吸入硫化氢70～150毫克/立方米/1～2小时,出现呼吸道及眼刺激症状：流泪、眼痛、畏光、视物模糊和流涕、咳嗽、咽喉灼热，吸2～5分钟后嗅觉疲劳,不再闻到臭气，变得麻木；若吸入毫克/立方米/1小时，6～8分钟出现眼急性刺激症状，稍长时间接触引起肺水肿。
硫化氢(H2S)危害和防护PPT课件
❖四川局威远23井，下入7″（N80）的技术套管，对丝扣连接 不放心，在连接处用电焊加固，而该井含硫化氢气体且压力 大，很快就将焊口蹩破，井口被抬掉，引起爆炸着火，火焰 高达100m，3min后井架被烧塌，烯烧了44天，损失1亿元。
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1.2 硫化氢的物理化学特性
❖溶解度 ➢硫化氢能在液体中溶解。 ➢硫化氢易溶于水（2.9L/1 L）。在水溶液中主要离解成HS －、H＋、S2－离子，生成氢硫酸，具有局部刺激作用。 ➢亦溶于醇类、石油溶剂和原油。对金属都有强烈的腐蚀作 用，如果溶液中同时含有CO2或O2，其腐蚀速度更快。 ➢溶解度与温度、气压有关，随温度升高溶解度下降。
➢气体比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源 会着火回燃。
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1.1 硫化氢的危险特性
❖毒性 ➢硫化氢是无色气体、剧毒、酸性气体，人的肉眼看不见。 ➢ 硫化氢气体是仅次于氰化物的剧毒、易致人死亡的有毒 气体。它的毒性为一氧化碳（CO）的5~6倍，是二氧化硫 （SO2）的7倍。 ➢它对人体的致命浓度为500ppm，在正常情况下，对人体 的安全临界浓度是不能超过20ppm的。 ➢与人体组织中碱性物质结合形成硫化钠，从而造成组织损 害。
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1 硫化氢的特性 1.1 硫化氢的危险特性 1.2 硫化氢的物理化学特性
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1.1 硫化氢的危险特性
❖易燃 ➢硫化氢的燃点为260℃（甲烷为595℃），燃烧时为兰色火 焰，并生成危害人眼睛和肺部的二氧化硫（SO2）。
❖爆炸极限 ➢当硫化氢浓度在4.3%~46%时，与空气混合能形成爆炸性 混合物，遇明火高热能引起燃烧爆炸。（甲烷爆炸浓度 5%~15%）。 ➢与浓硝酸或其它强氧化剂剧烈反应，发生爆炸。
浅谈钻井作业中硫化氢的危害及预防中毒措施
一、分析 H2S 的危害谈到 H2S 的危害，我们必需先了解 H2S 的特性，由于 H2S 自身特殊的性质，使得它对钻井工作人员及设备造成很大的危害。
下面着重阐述H2S 的特性、H2S 对人体的危害及中毒病症以及 H2S 对设备的腐蚀危害。
(一)H2S 的特性H2S 是一种可燃性气体， H2S 燃点为 260℃，燃烧时为蓝色火焰，并生成危及人眼睛和肺部的二氧化硫；H2S 也是一种极易爆炸的气体，当 H2S在空气中浓度到达 4.3~46%时，形成的混合气体，遇火将产生剧烈的爆炸； H2S 还具有剧烈的腐蚀性，人体吸入 H2S 后，可致人眼、喉、呼吸道发炎； H2S 易溶于水和油， H2S 及其水溶液对金属有剧烈的腐蚀作用，假如溶液中同时含有 CO2 或者 O2，其腐蚀作用更快； H2S 及其水溶液还能加速橡胶、油浸石墨等非金属材料的老化；最重要的是H2S 剧毒性， H2S的毒性比 CO 大 5—6 倍，可与氰化物相比，是一种致命的气体。
它对人体的致死浓度为 500ppm，在正常条件下，对人的安全临界浓度是不能超过30PPm。
(二)H2S 对人体的危害及中毒病症1、H2S 对人体的危害。
H2S 是一种神经毒剂，也是窒息性和刺激性气体。
主要作用于中枢神经系统和呼吸系统，亦可造成心脏等多个器官伤害，对其作用最敏感的部位是脑和粘膜。
H2S 被吸入人体，通过呼吸道，经肺部，由血液运送到人体各个器官。
首先刺激呼吸道，使嗅觉钝化、咳嗽，眼睛被刺痛，严峻时将失明；刺激各个神经系统，导致头晕，丢失平衡，呼吸艰难；心脏加速跳动，严峻时，心脏缺氧死亡。
H2S 进入人体，将与血液中的溶解氧发生化学反响，当H2S 浓度极低时，对人体威逼不大，当浓度较高时，将夺去血液中的氧，使人体器官缺氧中毒，甚至死亡。
2、H2S 中毒时的病症H2S 中毒普通有两种，急性中毒和慢性中毒。
• 第一，急性中毒。
• 吸入高浓度的 H2S 气体味导致气喘，脸色苍白，肌肉痉挛；当H2S 浓度大于 700ppm时，人很快失去知觉，几秒钟后就会窒息，呼吸和心脏停顿工作，假如未准时抢救，会快速死亡。
油井硫化氢产生机理及防治措施
油井硫化氢产生机理及防治措施摘要：油田是石油资源的重要开采地，然而在油田开采过程中，常常伴随着硫化氢的产生。
硫化氢是一种无色、有刺激性气味的有毒气体，其对人体和环境的危害极大。
因此，在油田开采过程中，必须重视硫化氢的防护工作，保障工作人员的生命安全和环境的健康。
本文分析硫化氢承认产生机理和危害，并提出一些硫化氢的防治措施，希望有所帮助。
关键词：硫化氢；产生机理；危害；防治措施1油田硫化氢产生机理硫化氢（H2S）是一种无色、有毒、有刺激性气体，常见于油田、天然气田等地下油气层中。
油田中的硫化氢主要是由有机硫化合物在高温、高压条件下分解产生的。
油田中的有机硫化合物主要来源于岩石中硫化物和原油中的硫化物。
在地下油气层中，这些有机硫化合物会在高温、高压的条件下发生热解反应，产生硫化氢。
热解反应的具体机理如下：首先，有机硫化合物在高温下发生裂解，生成硫化物离子（S2-）和碳氢化合物。
例如，硫化物离子的生成反应可以表示为：R-SH→R-S-+H+。
其中，R代表有机基团。
随后，硫化物离子进一步裂解，生成硫化氢和碳氢化合物。
这个反应可以表示为：R-S-→H2S+R•其中，R•代表自由基。
此外，油田中的硫化氢还可以通过其他反应途径产生。
例如，油气层中的嗜热硫酸盐还原菌可以利用有机物质作为电子供体，将硫酸盐还原为硫化物离子，再进一步产生硫化氢。
此外，一些硫酸盐还原菌还可以利用氢气和二氧化碳产生硫化氢。
2硫化氢对油田生产的危害2.1硫化氢对人体健康有害高浓度的硫化氢会对人体呼吸系统、中枢神经系统和循环系统产生严重影响。
吸入高浓度的硫化氢会导致呼吸困难、头痛、眩晕、恶心、呕吐等症状。
长期暴露于硫化氢环境中，可能引发气管炎、肺炎、肺纤维化等严重疾病，甚至危及生命。
因此，在油田生产中，必须严格控制硫化氢的浓度，采取有效的防护措施，确保工作人员的安全。
2.2硫化氢对设备和管道的腐蚀性很强油田硫化氢腐蚀机理主要包括物理吸附、化学吸附和电化学腐蚀三个方面。
硫化氢防护
硫 化 氢 防 护
7.应将风向标设置在井场及周围的点上，一个风向标 应挂在被正在工地上的人员以及任何临时安全区的 人员都能容易地看得见的地方。安装风向标的可能 的位置是：绷绳、工作现场周围的立柱、临时安全 区、道路入口处、井架上、气防器材室等。风向标 应挂在有光照的地方。 8.在钻台上、井架底座周围、振动筛、液体罐和其他 硫化氢可能聚集的地方应使用防爆通风设备（如鼓 风机或风扇），以驱散工作场所弥散的硫化氢。
3.在含硫地区的钻井设计中，应注明含硫地层及 其深度和预计硫化氢含量。 4.在江河干堤附近钻井应标明干堤、河道位置， 同时应符合国家安全、环保规定。
钻井工程设计的特殊要求
硫 化 氢 防 护
1. 若预计H2S分压大于0.3KPa 时，应使用抗硫套 管、油管等其它管材和工具。
2.对含硫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。当 井下温度高于93ºC 以深的井段，套管可不考虑 其抗硫性能。 3. 高压含硫地区可采用厚壁钻杆。
b)、慢性中毒 人长时间暴露于浓度高于100ppm的空气中 也有可能造成窒息和死亡（据资料介绍在100ppm 浓度的空气中暴露4小时以上将导致死亡）。如果 人暴露在低硫化氢浓度的环境中（50-200ppm）， 硫化氢将对人体产生慢性中毒，主要是眼睛感觉 剧痛，连续咳嗽，胸闷和皮肤过敏等。 当人员受硫化氢伤害时，没有办法预测会发 生什么样的后果。中毒者有可能突然倒下，在倒 地之前，由于强烈的肌肉痉挛，使中毒者变得非 常僵硬。因此，有些中毒者在倒下时受伤，使中 毒者可能难于治疗，并可能会长时间需要某种人 工呼吸器来协助和恢复呼吸。
9. 钻入含硫油气层前，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。 寒冷地区在冬季施工时，对保温设施可采取相应 的通风措施，保证工作场所空气流通。 10. 应确保通信系统24小时畅通。
硫化氢危害及防护
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1 硫化氢的特性 1.1 硫化氢的危险特性 1.2 硫化氢的物理化学特性
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1.1 硫化氢的危险特性
❖易燃 ➢硫化氢的燃点为260℃（甲烷为595℃），燃烧时为兰色火 焰，并生成危害人眼睛和肺部的二氧化硫（SO2）。
❖爆炸极限 ➢当硫化氢浓度在4.3%~46%时，与空气混合能形成爆炸性 混合物，遇明火高热能引起燃烧爆炸。（甲烷爆炸浓度 5%~15%）。 ➢与浓硝酸或其它强氧化剂剧烈反应，发生爆炸。
❖ 在各式各样的有机质中也有硫化氢，包括一些人们意想不到 的地方，例如:船舱、矿坑、制浆厂、沼泽地、下水道等地 方。
❖ 石油工业中有许多特殊场所有硫化氢气体，能产生硫化氢气 的地方主要有:钻井、修井、生产采油、炼厂、油罐车等。
❖ ❖ 火山活动产生硫化氢气体，对大气造成污染。
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2.1 硫化氢的来源
所在地有关的3处： (1)装载场所。油罐车一连数小时的装油，装卸管线时管 理不严，司机没有经过专门培训，而引起硫化氢气体 泄漏。 (2)计量站调整或维修仪表。 (3)气体输入管线系统之前，用来提高空气压力的空气压 缩机。
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2.1 硫化氢的来源
❖修井作业中硫化氢主要来源有： ➢在修井时循环罐和油罐是硫化氢的主要来源。循环罐、 油罐和储浆罐周围有硫化氢气体，这是由于修井时循环、 自喷或抽吸井内的液体进入罐中造成的。硫化氢可以以 气态的形式存在，也可存在于井内的钻井液中。 ➢注意:井内液体中的硫化氢可以由于液体的循环、自喷、 抽吸或清洗油罐释放出来。打开油罐的顶盖、计量孔盖 和封闭油罐的通风管，都可能有硫化氢向外释放，在井 口、压井液、放喷管、循环泵、管线中也可能有硫化氢 气体。
❖1994年8月，克拉玛依油田某养鸡场在清理下水道过程中， 因硫化氢中毒死亡2人。
钻井试气中硫化氢的腐蚀及防治
钻井试气中硫化氢的腐蚀及防治张照鸿（陕西延长石油集团油气勘探公司天然气勘探开发部，陕西延安 716000）【摘要】针对气田钻井试气中钢材在湿硫化氢环境中的腐蚀现象，通过对硫化氢腐蚀机理的探讨，分析了气田钢材在制造、使用中腐蚀的影响因素，提出了气田钢材腐蚀防治的一些措施，确保气田钢材的安全正常使用。
关键词：硫化氢腐蚀防治1 引言近年，在鄂尔多斯盆地油气勘探中，在某些层位或多或少的有硫化氢显示，硫化氢是一种无色、臭鸡蛋气味的有毒气体，在钻井作业时循环的钻井液中一旦发生H2S气侵，就会对钻井液组成产生严重污染，导致钻井液的流变性能变差，如影响携带岩屑、井壁稳定、造成起下钻压力激动等，增加钻井成本[1]。
而硫化氢对钻具的副作用，则引起氢脆和金属变质的危害更是不可忽视。
由腐蚀造成的经济损失很大,据统计,全国钻杆的平均耗量为4kg/m以上,即每钻进1m,损耗钻杆4kg以上[2]。
2 钻井过程中硫化氢来源2.1 油气井中H2S的来源石油中的有机硫化物热作用分解产生H2S气体，H2S含量将随地层埋深增加而增加,在井深2600米，H2S含量在0.1-0.5%之间，而超过2600米时含量超过2-23%，当地温超过200-250℃时，热化学作用将加剧而产生大量H2S。
石油中的烃类和有机质通过储集层水中的硫酸盐的高温还原作用而产生H2S，下部地层中硫酸盐层通过裂缝等通道，使H2S上窜而来，含硫的地层流体（油、气、水）流入井内。
而在非热采区，因底水运移，将含H2S地层水推入生产井而产生H2S。
还有某些深井泥浆处理剂高温热分解和厌氧菌作用于有机硫或无机硫产生H2S。
2.2 钻井泥浆高温分解磺化酚醛树脂100℃分解，三磺（丹煤、褐煤、环氧树脂）150℃分解，磺化褐煤130℃分解，本质素硫酸铁铬盐180℃分解，丝扣油高温与游离硫反应，某些含硫原油或含硫水被用于泥浆系统。
3 硫化氢的腐蚀机理、危害及影响因素3.1 硫化氢腐蚀机理硫化氢的水溶液是弱酸，其作为弱酸离解为离子：H2S=HS-+ H+，HS-=S2-+2H+。
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油气井钻井作业硫化氢腐蚀与防护
作者：徐宜山刘梅
来源：《科学与财富》2011年第08期
[摘要] 含硫油气井钻井开发过程中，由于湿硫化氢的出现，常常会出现钻杆、套管、钻井设备、钻井仪器等腐蚀和损坏。
对钻井过程中硫化氢来源、腐蚀机理、影响因素及防腐措施作了一定的论述。
[关键词] 油气井硫化氢腐蚀防护
在油气田开发过程中，硫化氢（H2S）的存在不仅严重威胁着人们的生命安全，而且还会对作业设备、工具造成严重的腐蚀破坏，造成井下管柱突然段落、地面管汇和仪表爆破、井口装置失灵，甚至发生严重的井喷失控或火灾。
研究湿硫化氢环境下钻具腐蚀机理与防护措施意义重大，可为我国高含硫气田的开发提供指导和借鉴。
1、H2S腐蚀环境
1.1湿H2S环境的定义
有关湿硫化氢环境的定义，在国际上比较权威的规定是由美国腐蚀工程师协会（NACE）提出的。
在NACE的MR0175-2002中提出以酸性气体体系和酸性多相流体系2种情况来细分：①在酸性气体体系中，气体总压≥0.4MPa，并且H2S分压>0.0003MPa。
②酸性多相流体系中，若气体总压≥1.8MPa，并且H2S分压>0.0003MPa；若气体总压0.07MPa或气相H2S含量超过15%。
1.2油气井钻井作业中H2S来源
（1）热作用于油气层时，油气中有机硫化物分解，产生硫化氢。
一般硫化氢含量随地层埋深增加而增大。
如井深2600米，硫化氢含量在0.1%—0.5%之间，而井深超过2600米或更深，则硫化氢将超过2~23%，地层温度超过200~250℃，热力学作用将加剧而产生大量硫化氢。
（2）油气中的烃类、有机质与储集层水中的硫酸盐经高温还原作用而产生硫化氢。
（3）通过地层裂缝等通道，下部地层中硫酸盐层的硫化氢上窜而来。
（4）钻井液中某些处理剂高温热分解及钻井液中细菌的作用都可能产生硫化氢。
另外含硫化物的丝扣油高温下也可能产生硫化氢。
1.3H2S对钻井的危害
H2S对钻井的危害主要体现在:①剧毒气体，损害人体健康甚至危及生命。
API标准规定硫化氢的的阈限值为15mg/m3，安全临界浓度为30mg/m3，危险临界浓度为150mg/m3。
②引起钻具表面蚀坑或脆断，造成钻具报废；③污染钻井液。
2、H2S腐蚀机理
H2S溶于水，逐步电离，在水中的离解反应即：H2S→H++HS-→2H++S2-，H2S在水中离解释放出的氢离子是强去极化剂，极易在阴极夺取电子，促进阳极铁溶解反应而导致钢铁的腐蚀。
钢与硫化氢水溶液发生电化学反应：阳极反应：Fe→Fe2++2e，二次反应Fe2++S2-
→FeS↓，或Fe2++HS-→FeS↓+H+，阴极反应:2H++2e→Had+Had→H2↑(其中Had可向钢中渗透)。
(1)阳极反应生成的硫化铁腐蚀产物，通常是一种有缺陷的结构。
它与钢铁表面的粘结力差，易脱落，易氧化。
它作为阴极与钢铁基体构成一个活性的微电池，对钢铁基体继续进行腐蚀。
(2)当电化学产生的氢渗透到钢材内部组织比较疏松的夹杂物(包括硫化物和氧化物)处或晶格与夹杂物的交界处，并聚集起来形成一定的压力。
经过一段时间的积累会使接触它的金属管道和设备内壁的断面上产生平行于金属轧制方向的梯状裂纹，从而导致材料变脆，形成层状裂纹，即发生HIC(氢诱发裂纹)现象，从而影响到管材和设备的安全性。
3、钻具H2S腐蚀影响因素
影响H2S应力腐蚀开裂的因素很多，主要包括以下几方面:
1)化学组成、强度、热处理和材料微观结构从冶金学的角度看，钢材的纯净性、稳定性、均匀性，是防止晶间缺陷和脆化的重要原则。
在APISPEC5D标准中，对钻杆钢化学成份要求仅对S，P作强制规定，而对其他元素未作规定。
即使钢材满足APISPEC5D标准，但仍不能保证钢材具有良好抗硫性能。
服役酸性环境的钻杆，化学成分的要求比普通钻杆更为严格，主要特点是降低钢材中S，P杂质，提高抗腐蚀性合金Cr，Mo含量。
同一化学成份的钢材，通过不同的热处理，可以得到不同的金相组织，而金相组织的变化是通过硬度表现出来的，不同的金相组织其抗硫化物应力腐蚀开裂的性能不同，随着硬度增加，金相组织中针状铁素体、贝氏体、马氏体的出现，硫化物应力腐蚀时间大大缩短。
2)pH值一般认为，pH≤6时，硫化物应力腐蚀严重，在69时就很少发生硫化物应力腐蚀破坏。
故钻开含硫地层后，钻井液的PH值应始终控制在9.5以上。
3)H2S浓度H2S浓度对金属的腐蚀影响很复杂，研究表明，当硫化氢浓度由2ppm增加到150ppm，金属腐蚀速率迅速增加；增加到400ppm腐蚀速率达到高峰；但当增加到1600ppm 时体育馆速率反而下降（由于金属材料表面形成硫化铁保护膜）；当硫化氢浓度在
1600~2400ppm时，则腐蚀速率基本不变。
4)拉伸应力钻具上受到的拉伸载荷越大，就越容易发生H2S应力开裂。
对于不同强度的钢材，都有一个对应的发生H2S应力开裂的载荷值，也就是门槛值(如果钻具上的拉伸应力低于这个门槛值，就不会发生H2S应力开裂)，钢材的强度越高对应的门槛值越低。
钻杆的使用拉应力需控制在钢材屈服强度的60%以下。
4、钻井作业防硫化氢腐蚀措施
4.1选好用好合适钻具
（1）选用内涂层钻杆、厚壁钻杆、抗硫材质钻杆、钛合金钻杆等是行之有效的方法。
另外在满足提升强度的条件下，可选用较低强度的钻杆，不仅价格便宜，而且一旦发生刺漏也不致立即断裂落井造成钻井事故。
（2）合理使用钻杆。
合理设计钻柱，提高钻杆抗疲劳强度；严格限制井眼狗腿度；正确调节钻压，使钻杆总处于拉伸状态，拉应力需控制在其屈服强度的60%以下；井口操作应避免产生伤痕。
（3）加强存放管理。
严格执行钻具使用管理制度。
旧钻杆出井存放前应清洗、吹干。
下井前，应进行无损探伤（尤其是加厚过渡区），及时发现钻具腐蚀疲劳裂纹，及时排除。
新旧钻杆在无腐蚀的环境中存放，新钻杆存放最长不应超过两年。
4.2维持较大井底压差钻井过程中遇到硫化氢气体的最好措施是井内具有较大的压差防止硫化氢气体进入井内，这样处理最安全、最经济。
对于含硫产层，安全余量可增大到标准允许的附加上限0.15g/cm3，以较大的井底压差阻止硫化氢气体进入井内。
尽快调整钻井液密度充分发挥钻井液除气器和除硫剂的功能，及时将随岩屑进入井内的硫化氢从钻井液中除去。
保持钻井液中硫化氢含量在50mg/m3以下，在含硫化氢气层或经过硫化氢气层进行起下钻作业时，必须搞短起下钻。
以监测井底压力。
4.3使用防腐添加剂钻井液中的防腐剂通常有缓蚀剂、除硫剂、除氧剂、灭菌剂等。
各种防腐剂作用不尽相同，应视钻具腐蚀程度大小配合应用。
目前，国内外常用的腐蚀防护技术主要是在钻井液中加入除硫剂和缓蚀剂。
（1）除硫剂常用的除硫剂主要是碱式碳酸锌和海绵铁。
碳酸锌可使硫化氢质量浓度降低约500mg/L，锌的电极电势低于铁，故对铁具有可靠的保护作用。
海绵铁特别适用于大量H2S 侵入时的钻井液除硫处理，它对钻井液性能的影响比碱式碳酸锌小得多。
（2）缓蚀剂加入少量缓蚀剂，就能有效阻止或减缓化学物质对金属的腐蚀作用。
使用时将缓蚀剂从钻杆内投入，并使其进入环形空间，在钻杆表面形成保护薄膜，从而使钻具得到良好的保护。
目前钻井液中使用较多的缓蚀剂为有机化合物缓蚀剂，常用的是咪唑啉、恶唑啉系列产品和有机胺类、胺类的脂肪酸盐、季铵化合物、酰胺化合物和丙炔醇类。
近年来，以咪唑啉衍生物为主的缓蚀剂是钻井液缓蚀剂研究重点。
5、结论及建议
（1）含硫油气井作业，提高井液PH值至10以上，确保绝大部分进入体系的H2S被中和。
（2）尽量选用抗硫钻具，严格控制井眼质量，避免钻具疲劳破坏；维持较高安全系数，控制拉应力不应超过其屈服强度的60%。
（3）维持较大正压差，减少地层进井气体量，地面做好及时有效除气；严格井控操作规程。
（4）高含硫井，可考虑选用油基钻井液体系。
（5）配合使用除硫剂、缓蚀剂。
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参考文献
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