摘要：普光氣田是含硫化氫較高的氣田，隨著我國對(duì)能源，特別是對(duì)綠色能源天然氣需求的日益增長，對(duì)高硫化氫氣田勘探開發(fā)逐漸提到日程上。中石化、中石油兩大集團(tuán)分別在四川省達(dá)州市宣漢縣勘探開發(fā)天然氣，建設(shè)天然氣凈化廠。以儲(chǔ)量規(guī)模計(jì)，中國目前最大的氣田是中石油旗下的蘇里格氣田，探明儲(chǔ)量為5336億立方米；排名第二的是中石化在四川盆地發(fā)現(xiàn)的普光氣田，截至去年2月的探明儲(chǔ)量為3500億立方米。這么一個(gè)大規(guī)模的生產(chǎn)基地，如何做好它的安全高效勘探與開發(fā)呢？
關(guān)鍵詞?? 普光氣田?? 安全高效??? 勘探開發(fā)??? 開發(fā)
2003年12月23日，四川發(fā)生高硫化氫天然氣田井噴，造成200多人死亡的特大事故，引起全社會(huì)的關(guān)注。在硫化氫天然氣田的開發(fā)中，高含量的硫化氫還對(duì)鉆采設(shè)備、輸氣管網(wǎng)的安全及環(huán)境構(gòu)成極大危險(xiǎn)?？梢娂訌?qiáng)普光氣田的安全高效勘探開發(fā)硫化氫氣田研究已是當(dāng)務(wù)之急。
由于硫化氫劇毒，當(dāng)吸入濃度1000mg/m3H2S（相當(dāng)天然氣中含硫化氫0.064％）時(shí)，在數(shù)秒鐘內(nèi)發(fā)生閃電型死亡；同時(shí)硫化氫化學(xué)活動(dòng)性極大，會(huì)對(duì)鉆井的鉆桿、套管、集輸管線發(fā)生強(qiáng)烈的腐蝕作用形成“氫脆”，導(dǎo)致重大的安全事故。我國目前一些正開發(fā)的高硫化氫天然氣田（藏）天然氣H2S中含量均大于1000mg/m３，如威遠(yuǎn)氣田、臥龍河氣田嘉陵江組氣藏和中壩氣田雷口坡組氣藏，H2S最高含量分別為52988mg/m3、491490mg/m3和204607mg/m3。近年來發(fā)現(xiàn)渡口河氣田硫化氫最高含量達(dá)523620 mg/m3（渡５井）。最近發(fā)生了強(qiáng)烈井噴，造成人員重大傷亡（死２４３人）的羅家寨大氣田硫化氫含量平均為149320 mg/m3，均對(duì)人畜和鉆采設(shè)備、輸氣管網(wǎng)安全及環(huán)境構(gòu)成極大危險(xiǎn)。四川盆地中氣田2/3含硫化氫。該盆地“十五”期間探明天然氣中有990億立方米為高含硫化氫。在20世紀(jì)80年代初期，我國探明含硫化氫的天然氣占全國氣層氣儲(chǔ)量1/4沉積學(xué)報(bào)，1985。因此，研究如何安全高效勘探開發(fā)硫化氫氣藏不僅在安全上并且在開發(fā)上是當(dāng)務(wù)之急。安全勘探開發(fā)天然氣是個(gè)系統(tǒng)工程，包括天然氣地質(zhì)和地球化學(xué)、鉆井、集輸、安全防務(wù)系統(tǒng)諸方面。
一、加強(qiáng)硫化氫天然氣地質(zhì)研究
中國大規(guī)模石油地質(zhì)研究比天然氣地質(zhì)研究約早30年。而在天然氣地質(zhì)研究中，硫化氫天然氣地質(zhì)研究比烷烴氣地質(zhì)研究又薄弱得多。初步統(tǒng)計(jì)前者至今僅有５篇論文（地質(zhì)論評(píng)，1982；沉積學(xué)報(bào)，1985；天然氣地球科學(xué)，1992；石油勘探與開發(fā)，1992；地球化學(xué)，2002），而關(guān)于烷烴氣地質(zhì)研究則超過８００篇。盡管如此，我國硫化氫天然氣地質(zhì)以往研究還獲得一個(gè)重要結(jié)論：在碎屑巖天然氣中硫化氫含量很低，大部分幾乎沒有。碎屑巖天然氣硫化氫含量絕大部分在民用標(biāo)準(zhǔn)之下（20 mg/m3），故其采出后無需經(jīng)過脫硫即可供民用或工業(yè)用。我國高含硫化氫天然氣均在碳酸鹽巖儲(chǔ)層中，前述高含硫化氫氣田（除威遠(yuǎn)氣田外）均在碳酸鹽巖－硫酸鹽巖地層中，此規(guī)律與世界大約有400個(gè)含硫化氫氣藏中，其中360多個(gè)均在硫酸鹽－碳酸鹽巖地層中的分布規(guī)律一致。以往我國硫化氫天然氣地質(zhì)研究顯然存在兩個(gè)不足：第一是地區(qū)上有限，僅涉及四川盆地和渤海灣盆地，而與目前發(fā)現(xiàn)的氣田盆地13個(gè)（四川、鄂爾多斯、塔里木、柴達(dá)木、吐哈、準(zhǔn)噶爾、渤海灣、松遼、蘇北、東海、鶯瓊、珠江和臺(tái)西）不適應(yīng)。第二是從烴源巖、碳酸鹽巖儲(chǔ)層和儲(chǔ)層上下硫酸鹽巖地層組合綜合研究不足，往往是三項(xiàng)單獨(dú)地互不聯(lián)系的單項(xiàng)性研究，缺乏三者之間相互聯(lián)系的綜合研究，更缺乏大區(qū)域的盆地性基礎(chǔ)型研究，且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行平面上區(qū)域的，縱向?qū)游簧狭蚧瘹涮烊粴夥植紡?qiáng)度的評(píng)估預(yù)測研究，從而指導(dǎo)高硫化氫天然氣的安全有效的勘探開發(fā)。原蘇聯(lián)曾對(duì)濱里海盆地的愛倫堡地區(qū)、阿斯特拉罕地區(qū)、濱里海洼地東部硫化氫天然氣分布規(guī)律作過評(píng)估預(yù)測研究，對(duì)該類氣田勘探開發(fā)起了指導(dǎo)作用Советская Геология，１９８２）?！?br />
二、加強(qiáng)硫化氫成因及地球化學(xué)研究
硫化氫天然氣地球化學(xué)及其成因研究，是進(jìn)行硫化氫天然氣及其氣田預(yù)測分布的重要手段，也是進(jìn)行氣源對(duì)比和確定含硫化氫天然氣對(duì)人及設(shè)備傷害級(jí)別的重要一環(huán)。這些研究在我國目前極不規(guī)范且薄弱。除四川地區(qū)外，我國許多分析測試單位在分析天然氣組分時(shí)不分析硫化氫項(xiàng)目或籠統(tǒng)測酸性氣體（H2S和CO２），不單獨(dú)測H2S項(xiàng)目。這就失去定量判別H2S天然氣的安全傷害級(jí)別和硫資源的利用手段。H2S氣含量多少和硫同位素是氣源對(duì)比和成因的主要指標(biāo)，但至今我國硫同位素研究成果極少且缺乏系統(tǒng)性，難于把其作為氣源對(duì)比和成因鑒定的指標(biāo)。
硫化氫成因在天然氣基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究上均具有重要意義。硫化氫分有機(jī)成因和無機(jī)成因兩大類。無機(jī)成因硫化氫與火山活動(dòng)有關(guān)，來自地球深處，至今沒有發(fā)現(xiàn)由其形成的氣田（藏），故與天然氣勘探開發(fā)關(guān)系不大。有機(jī)成因硫化氫有三種成因方式：
?。保邷剡€原成因：硫化氫形成是由于硫酸鹽在烴類（以∑ＣＨ代表，即油氣）或有機(jī)物（以Ｃ代表）參與下的高溫還原而成，其形成可由下式概括：
?。玻茫茫幔樱希矗龋玻烯ぁ茫幔茫希常龋玻樱茫希?br />
∑ＣＨ＋ＣａＳＯ４─→ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｓ＋Ｈ２Ｏ
⑵生物還原成因：硫酸鹽還原菌利用各種有機(jī)質(zhì)（Ｃ和∑ＣＨ）作為給氫體來還原硫酸鹽?？捎靡韵路磻?yīng)式概括：
∑ＣＨ或Ｃ＋ＣａＳＯ４ ＣａＯ３＋Ｈ２Ｓ＋Ｈ２Ｏ
以上兩種成因硫化氫在天然氣中含量高，一般在4％以上，即61560 mg/m3以上，發(fā)生井噴后往往形成人員傷亡和環(huán)境污染。例如：我國天然氣中含量最高的渤海灣盆地趙蘭莊氣藏硫化氫含量高達(dá)９２％，即1415880 mg/m3，1976年10月探井趙２井發(fā)生井噴死亡３人；1992年9月28日趙蘭莊氣藏趙48井試油發(fā)生井噴，造成周圍居民死亡６人，中毒24人。趙蘭莊硫化氫是生物還原成因。目前發(fā)生井噴的羅家寨氣田高硫化氫天然氣是高溫還原成因的（地球化學(xué)，2002）。世界上含硫化氫最高天然氣在美國德克薩斯州南部Ｓｍａｃｋｏｖｅｒ石灰?guī)r中，硫化氫高達(dá)98％，即1508220 mg/m3；法國著名高硫化氫氣田拉克氣田，硫化氫含量為15.2％，即233982 mg/m3；加拿大貝爾貝雷氣田硫化氫高達(dá)90.6％，即1394334 mg/m3。這些硫化氫氣田均為高溫還原成因。
目前，人類雖然掌握了富含硫化氫天然氣是還原成因的，即具有高風(fēng)險(xiǎn)的硫化氫是兩種還原成因的。但至今還不清楚為什么有的硫酸鹽地層和有機(jī)質(zhì)（包括油氣）作用形成高硫化氫天然氣，如上所述氣田。但有的硫酸鹽地層與有機(jī)質(zhì)共存為什么沒有產(chǎn)生高硫化氫的天然氣，如鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組膏鹽層地區(qū)碳酸鹽儲(chǔ)層天然氣硫化氫含量不高？因此，還原成因硫化氫實(shí)際上成因機(jī)理至今還不清楚，特別是形成硫化氫速率與強(qiáng)度至今沒有很好研究，而這些研究對(duì)評(píng)估預(yù)測高硫化氫天然氣是必不可少的。
?。玻呀獬梢颍菏团c干酪根在高溫裂解形成的硫化氫。石油與凝析油過熱氣化形成氣體組合是４ＣＯ２?４６ＣＨ４?Ｎ２?Ｈ２Ｓ＋痕量氫。因此裂解成因天然氣中硫化氫一般在２％以下，即硫化氫濃度為３００００ｍｇ／ｍ３以下，在油氣勘探開發(fā)中危險(xiǎn)性相對(duì)小些。這種成因硫化氫往往在碳酸鹽地層中，不在碳酸鹽和硫酸鹽地層組合中。我國威遠(yuǎn)氣田硫化氫屬此成因。
三、加強(qiáng)硫化氫氣井地質(zhì)、工程和開發(fā)系列技術(shù)研究
有關(guān)烴類天然氣鉆井、工程和開發(fā)已有多年的歷史，已經(jīng)形成了一套成熟的技術(shù)，但對(duì)具有極大毒性、強(qiáng)烈腐蝕的硫化氫的安全勘探和開發(fā)則經(jīng)驗(yàn)不多。以下幾個(gè)問題有待深化研究：
?。保亟Y(jié)構(gòu)的研究
井控裝置已形成系列配套，對(duì)一般出現(xiàn)的復(fù)雜情況都能處理和解決。但對(duì)高含硫化氫的井，由于其危險(xiǎn)性很大，必須對(duì)井控裝置進(jìn)行更為完善的研究，應(yīng)增加多重保險(xiǎn)，特別是遠(yuǎn)程（甚至包括井下控制）的研究，保證在各種狀況下都能有效控制井口，嚴(yán)防井口失控。 ?。玻@完井過程中的氣侵及井噴監(jiān)控技術(shù)研究
目前有關(guān)氣井在鉆完井過程中的監(jiān)控有成熟的技術(shù)，但這些監(jiān)控技術(shù)全都在地面進(jìn)行監(jiān)控，而且很多都不能自動(dòng)報(bào)警。在含硫氣藏的鉆完井應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行氣侵及井噴監(jiān)控技術(shù)研究，特別要對(duì)井下情況進(jìn)行監(jiān)控研究，這樣可給地面處理提供時(shí)間和依據(jù)，同時(shí)對(duì)地面監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)加強(qiáng)自動(dòng)報(bào)警的研究，出現(xiàn)情況自動(dòng)報(bào)警，可以避免人為監(jiān)控的疏忽和失誤。
?。常吆蚬叹昃夹g(shù)研究
固井完井的質(zhì)量，直接關(guān)系到氣井的安全和壽命，而硫化氫氣體對(duì)管材和水泥均具有極強(qiáng)的腐蝕性，為了保證氣井開采的安全，在現(xiàn)有高含硫固井完井技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)針對(duì)具體的氣藏，對(duì)套管和油管材質(zhì)、固井水泥漿、完井工藝、完井管柱及防腐工藝措施進(jìn)行深入的研究，提出最佳方案，確保高含硫氣藏在開采過程中的安全。
?。矗弋a(chǎn)高含硫氣藏試井技術(shù)研究
對(duì)高產(chǎn)高含硫氣藏試井不能只用普通氣藏的試井技術(shù)，而應(yīng)進(jìn)行專門的研究，合理制定試井技術(shù)方案和試井措施，確保試井的安全，減少試井氣體排放的污染，保證氣體排放的安全。
?。担蚧瘹錃獠厮骄@井的地質(zhì)和工程綜合研究
對(duì)于常規(guī)天然氣井，水平井鉆探的各種配套研究已經(jīng)完備。對(duì)于高含硫化氫，發(fā)育裂縫、孔洞性的碳酸鹽巖氣藏來說，可能會(huì)有一些不同，第一，裂縫發(fā)育，水平段穿過不同的裂縫體系，其氣藏的壓力可能會(huì)有變化。第二，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，在不同的儲(chǔ)層體系中，可能也有壓力的變化。另外，對(duì)于水平井，長的水平段與氣體所接觸的面積大，氣侵的程度可能也要大一些，變化也快一些。針對(duì)這個(gè)問題，首先要進(jìn)行詳細(xì)的氣藏地質(zhì)研究與評(píng)價(jià)；二是了解其裂縫體系、儲(chǔ)層體系與壓力的關(guān)系，預(yù)測可能的壓力變化情況；三是形成一套完善的、針對(duì)這類地質(zhì)、氣藏條件下的水平井鉆井的管理體系，應(yīng)該更為仔細(xì)、謹(jǐn)慎和嚴(yán)格。
四、加強(qiáng)普及防毒知識(shí)，研究迅速消除大范圍空氣毒性污染辦法
在硫化氫地區(qū)鉆井除了建立一套防噴技術(shù)安全規(guī)范、配備自動(dòng)高效防硫防噴設(shè)備外，同時(shí)還要普及群眾性防毒避免傷亡的知識(shí)，準(zhǔn)備消除大范圍空氣污染方案、方法和設(shè)施，以防萬一。
?。保占叭罕娦苑蓝颈苊鈧鲋R(shí)刻不容緩。１９７６年趙２井噴死亡３人，全為井隊(duì)人員；１９９２年趙４８井噴死亡６人全為居民；最近羅家寨大氣田井噴事故中死亡的２４３人中只有２位為井隊(duì)人員，這表明井隊(duì)的防中毒設(shè)備和技術(shù)越來越完善，人員防毒知識(shí)掌握較好。相反，居民防毒知識(shí)急待普及加強(qiáng)，以防止事故發(fā)生后居民的死亡和盡可能減少死亡率。
向居民宣傳硫化氫的極毒性，說明硫化氫具有極易溶于水而成氫硫酸；硫化氫比空氣重（比重１．１７），故地勢(shì)低處危險(xiǎn)性比高處大；下風(fēng)向硫化氫濃度大，上風(fēng)向則濃度低等基本知識(shí)。利用這些知識(shí)在突發(fā)事故中，群眾可采取濕毛巾等捂嘴鼻；向高處避毒；向上風(fēng)向撤離等均可避免或減輕傷亡。羅家寨事故發(fā)生中心地帶小陽村死亡者占該村人員９０％以上，但有１８位幸存者大多是用濕被子捂嘴才免于死亡；小陽村２、３、４組距井噴處僅三五百米，死亡率極高，特別是處于小山坳低地中２組居民死亡率最高。這些實(shí)例說明居民若掌握防硫化氫毒氣基本知識(shí)，可以減輕人員傷亡率；基本知識(shí)不掌握則傷亡率高。
?。玻杆傧蠓秶蚧瘹涠練馕廴臼欠乐勾罅咳藛T傷亡的宗旨。當(dāng)然，用重泥漿防噴是最有效的好辦法，能徹底消除毒氣源。但由于地質(zhì)和工程難度及相關(guān)材料籌措往往不能及時(shí)壓井。如羅家寨事故從１２月２３日２１時(shí)５５分井噴至１２月２７日１０時(shí)２０分壓井成功，經(jīng)過三天多井噴造成大范圍的空氣嚴(yán)重污染，嚴(yán)重威脅居民的生命安全。所以，研究迅速消除大面積毒氣污染的辦法是人命關(guān)天的大事。我們研究目前可用兩種辦法：一是把毒氣源從井口引出點(diǎn)火燃燒，使極毒的Ｈ２Ｓ迅速轉(zhuǎn)化為有慢性污染的ＳＯ２，這是目前普遍應(yīng)用的一種有效方法，羅家寨事故中也啟用此種方法；二是在污染區(qū)及時(shí)進(jìn)行人工降雨，使Ｈ２Ｓ溶解于水中轉(zhuǎn)變?yōu)闅淞蛩?，此方法國?nèi)外尚未應(yīng)用。
建議
高硫化氫氣田既有烷烴氣資源，又有硫化氫經(jīng)脫硫而產(chǎn)生的硫資源，故是雙資源型氣田。我國已發(fā)現(xiàn)有氣田的１３個(gè)盆地中只有２個(gè)對(duì)硫化氫進(jìn)行研究。我國有３００萬平方公里碳酸巖地層，具備了形成硫化氫地質(zhì)和地球化學(xué)條件，而且目前大部分未進(jìn)行油氣勘探。故今后應(yīng)把科學(xué)和安全進(jìn)行硫化氫氣田勘探開發(fā)，提到重要日程上來，為了作好硫化氫氣田勘探開發(fā)，建議如下：
?。薄㈤_展全國性含油氣盆地硫化氫地質(zhì)評(píng)估預(yù)測，指出盆地中某些地區(qū)（區(qū)帶）和地層硫化氫風(fēng)險(xiǎn)；開展硫化氫成因及其地球化學(xué)研究，研究確定不同成因硫化氫在勘探開發(fā)中風(fēng)險(xiǎn)安全度，建立全國天然氣中硫化氫數(shù)據(jù)庫，為天然氣中硫化氫安全分級(jí)和硫資源利用提供系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
?。?、深化硫化氫氣井地質(zhì)、工程和開發(fā)系列技術(shù)研究，從技術(shù)上確保硫化氫氣田勘探開發(fā)的安全。
?。场⒔M織研究迅速消除硫化氫大范圍污染的方法和措施。
４、在硫化氫勘探開發(fā)區(qū)強(qiáng)化普及居民防毒知識(shí)，編發(fā)有關(guān)資料。
石油系統(tǒng)各公司應(yīng)組織設(shè)立以上有關(guān)項(xiàng)目，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)對(duì)上述第一點(diǎn)建議涉及的項(xiàng)目或課題予以支持立項(xiàng)。
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