7.5. Сероводородная агрессия

(Слайд 2G7_7)

Во многих нефтегазовых районах (Прикаспийская впадина, Волго-Уральский регион, Днепрово-Донецкая впадина, Тимано-Печорский регион и др.) в составе нефти и газа содержится сероводород (Н₂S). Скопления газов, нефти и воды, содержащих большое количество сероводорода, часто приурочены к залежам с аномально высоким пластовым давлением (АВПД), что в значительной мере усложняет процесс бурения.

Сероводород — сильный яд, поражающий нервную систему. Попадая в легкие, сероводород растворяется в крови и соединяется с гемоглобином. При концентрации сероводорода 1 мг/л и более возможна мгновенная смерть от паралича дыхательного центра. При отравлении быстро возникающие судороги и потеря сознания приводят к смертельному исходу из-за остановки дыхания.

Явный запах сероводорода ощущается уже при концентрации 0,0014...0,0024 мг/л, значительный запах — при концентрации 0,004 мг/л, а при концентрации 0,007...0,010 мг/л запах трудно переносится даже теми, кто к нему привык. При более высокой концентрации сероводорода запах менее сильный, поэтому можно отравиться, не заметив опасного увеличения концентрации сероводорода.

Предельно допустимая концентрация сероводорода в воздухе — 0,01 мг/л, а в смеси с углеводородами — 0,003 мг/л.

Сероводород легко воспламеняется, а в смеси с воздухом взрывается. Температура его самовоспламенения равна 290^оС. Нижний и верхний пределы взрывоопасной концентрации сероводорода в воздухе — соответственно 4,0 и 45,5 % (по объему).

Сероводород тяжелее воздуха, его относительная плотность — 1,17 кг/м³. Способность сероводорода скапливаться приводит к его взрывоопасной концентрации. Вследствие этого при проявлениях сероводорода возможны взрывы и пожары, которые могут распространяться на огромной территории и стать причиной многочисленных жертв и больших убытков.

Исходя из этого при бурении скважин, которые могут вскрыть пласты с сероводородом, предъявляются очень жесткие требования к технике безопасности. Этим обусловливаются мероприятия по выбору и размещению оборудования, обучение и тренировка буровой бригады.

В условиях сероводородной агрессии имеет место ряд специфических осложнений:

- сильное коррозионное воздействие сероводорода на стали и их сульфидное растрескивание, в результате чего разрушаются бурильные, обсадные и насосно-компрессорные трубы, устьевое буровое и нефтепромысловое оборудование, цементный камень;

- резкое ухудшение свойств буровых растворов — загустевание, рост показателя фильтрации, интенсивное образование высокопроницаемой фильтрационной корки и др.

Особенно сложно бороться с этими осложнениями при бурении глубоких скважин (более 4 000 м) на нефтяных и газовых месторождениях с содержанием сероводорода до 25...30 % и углекислого газа до 25 % и наличием зон АВПД.

Согласно правилам техники безопасности в нефтегазодобывающей промышленности при вскрытии пластов, содержащих сероводород, должны быть организованы постоянные наблюдения за концентрацией сероводорода, выделяющегося из бурового раствора, для принятия мер по предупреждению отравления людей.

Наиболее простым способом контроля за содержанием сероводорода в воздухе или газе является определение его с помощью индикаторной бумаги. Индикаторную бумагу, выдержанную в исследуемой среде в течение 30 с, сопоставляют по цвету с эталонными образцами и определяют концентрацию сероводорода. При отсутствии эталонных образцов содержание сероводорода оценивают не количественно, а только качественно.

Для количественного его определения используют колориметрический метод, основанный на принципе прямого отсчета концентрации сероводорода по длине индикаторной трубки газоанализатора после просасывания через нее исследуемого воздуха. В нефтяной промышленности с этой целью используют газоанализаторы типов УГ-2 и ГХ-4.

В настоящее время существует множество различных автоматизированных систем сбора и обработки геологической, геофизической и технологической информации в процессе бурения. Они предназначены для определения показателей физических свойств бурового шлама и раствора, а также для определения содержания в них газа.

Одним из видов разрушения бурильного инструмента и бурового оборудования является коррозионное растрескивание, которое значительно опаснее, чем общая коррозия. Коррозионное растрескивание происходит, как правило, внезапно, при относительно неповрежденных стальных металлических частях оборудования. В связи с этим очень сложно заранее предугадать возможность и место разрушения такого вида и принять соответствующие меры по его предотвращению.

Часто встречающимся видом коррозионного растрескивания нефтепромыслового оборудования является так называемое сероводородное растрескивание, происходящее под действием сероводорода в присутствии воды. Механизм разрушения этого вида связан с проникновением в сталь водорода, образующегося при электрохимической сероводородной коррозии.

Зарубежная и отечественная практика бурения скважин в условиях сероводородной агрессии показала, что наиболее целесообразно использовать бурильные, обсадные и насосно-компрессорные трубы, устьевое буровое и нефтепромысловое оборудование, изготовленные из специальных сталей, стойких к наличию в среде Н₂S и СО₂.

Для цементирования скважин в условиях сероводородной агрессии используют стойкие к сероводороду тампонажные материалы или химически ингибированные тампонажные цементы. При этом в тампонажную смесь включают компоненты, способные взаимодействовать с присутствующим сероводородом. Образующиеся в результате такого взаимодействия продукты должны представлять собой нерастворимые соединения, способные препятствовать проникновению агрессивного агента в цементный камень.

При проводке скважин в условиях сероводородной агрессии все работы по строительству скважин в этих условиях должны быть подчинены двум основным задачам: охране труда и технике безопасности, охране окружающей среды.