渤海某油田硫垢问题治理的研究

宋晓莉 尤秋彦 牛心蕙 周立山 滕大勇 赵新星

1. 中海油天津化工研究设计院有限公司, 天津 300131;2. 中国石油大港油田公司石油工程研究院油层保护中心, 天津 300131

0 前言

目前,世界上所发现的天然气藏中,大多都有H2S气体的存在[1]。随着能源需求的极速增长,一大批高含硫油气田被相继开发出来,H2S和CO2含量较高是这类油气田的主要特征[2],国内最大的海上油气田——渤海某油田便是其中的典型代表。硫化物通常具有恶臭、剧毒和强腐蚀性等特征,不仅会对人体健康产生危害,同时也给油气田生产和油气集输带来许多安全问题[3]。为此,蓬勃作业区引入超重力旋转填充床(RPB)作为脱硫反应器,配合有机药剂对H2S和有机硫进行脱除[4]。但是在使用过程中出现了硫垢沉积的问题,反应床、设备和集输管路等被硫垢堵塞,极大降低了脱硫效率,严重影响海上平台的正常生产,甚至造成停产。因此,必须采取有效措施对硫垢沉积问题进行治理。

对硫垢问题的治理,常见的技术主要有三种:电伴热解堵技术、硫沉积抑制技术和硫溶剂溶硫技术[5]。其中,硫溶剂溶硫技术由于其操作简便、效率高、溶硫彻底等优势被广泛应用[6]。硫溶剂主要分为物理硫溶剂和化学硫溶剂[7-12],而化学硫溶剂的能力远远优于物理硫溶剂,常用化学硫溶剂主要有二甲基二硫化物、二芳基二硫化物、二羟基二硫化物等,这几种二硫化物尤其适用于处理严重的硫垢沉积[13-16]。综合考虑成本和现场情况,选择二甲基二硫醚(DMDS)作为主剂,加入氢氧化钠(NaOH)、二甲基甲酰胺(DMF)和水进行复配得到复合硫溶剂,研究组分配比、复合硫溶剂用量、溶解温度、溶解时间对硫垢溶解的影响,寻求复合硫溶剂的最佳配比以及治理硫垢的最佳条件,并模拟反应床丝网条件证实了现场硫垢洗除的可行性[17-19]。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂:二甲基二硫醚(DMDS)、氢氧化钠(NaOH)、二甲基甲酰胺(DMF)

实验用硫垢:取自渤海某油田现场超重力机中的沉积硫垢。

仪器:PL 4002型分析天平，DF-101 S集热式恒温磁力搅拌器，DZF真空干燥箱，抽滤真空泵。

1.2 实验方法

1.2.1 硫垢的处理

将一定量的硫垢置于带盖扁平称量瓶中,烘箱105℃加热至恒重,将恒重后的硫垢放置于干燥器中贮存。

1.2.2 硫垢溶硫率的测定

取一定量的干燥硫垢压片后用X射线荧光光谱仪测定各元素含量，结果见表1。

硫垢溶解实验：称取固定质量的硫垢置于具塞量筒中,再加入固定质量的硫溶剂轻轻晃动,加入磁力转子,盖好塞子后放入设定好温度的集热式恒温磁力搅拌器中,开始搅拌并计时；恒温一段时间后,将混合物用定量滤纸抽滤,抽滤后放入真空干燥箱中烘干恒重,冷却后记录重量；改变不同条件重复以上操作,测出不同条件对溶硫率的影响。

表1硫垢的组成分析结果

组分元素含量/(%)组分元素质量含量/(%)Ca5.6Fe10.2Cl5.7Na1.6Si2.3N4.3S70.3

1.2.3 溶硫率计算方法

溶硫率的计算公式为:

d=(m1-m2)/cm1

(1)

2 结果与讨论

2.1 组分配比对溶硫率的影响

表2DMDS和NaOH的质量比对溶硫率的影响

DMDS与NaOH质量比溶硫率/(%)DMDS与NaOH质量比溶硫率/(%)1∶1171.795∶796.022∶1079.526∶696.153∶987.237∶596.374∶895.42

2.2 药剂用量对溶硫率的影响

取硫垢1 g,溶解温度为30℃,溶解时间为50 min,取不同质量的复合硫溶剂考察药剂的用量对溶硫率的影响，实验结果见图1。

图1 药剂用量对溶硫率的影响

2.3 溶解温度对溶硫率的影响

取硫垢1 g,加入复合药剂20 g,溶解时间为50 min,同时在不同的温度条件下进行硫垢溶解实验,考察不同的溶解温度对溶硫率的影响，实验结果见图2。

图2 溶解温度对溶硫率的影响

2.4 溶解时间对溶硫率的影响

取硫垢1 g,加入复合药剂20 g,溶解温度为45℃,选取20 min到90 min的不同时间对硫垢进行溶解,考察溶解时间对溶硫率的影响，实验结果见图3。

图3 溶解时间对溶硫率的影响

2.5 药剂剂量对溶硫率的影响

为了解决现场硫垢沉积问题,尤其是超重力反应床丝网上的硫垢沉积问题,在实验室模拟反应床丝网的条件,用配置好的复合硫溶剂进行验证实验,考察在一定条件下,该药剂能否处理现场硫垢沉积问题。将一定量的硫垢附着在铁丝网上,将铁丝网捆绑后模拟反应床丝网,在温度为45℃的条件下,分别用过量水和过量药剂对硫垢进行洗除,得出初步结果后,再以硫垢重量为基准的10、15、20倍药剂对附着硫垢的铁丝网进行洗除,时间均为20 min,实验方法和实验结果见表3。

表3现场条件模拟实验

洗除剂除垢前除垢后过量水过量药剂10倍药剂15倍药剂20倍药剂

3 结论