Характеристика сероводорода и его влияние на оборудование иинструмент

Сероводород является самым опасным и агрессивным природным газом, в ре- зультате чего может серьёзно осложнить процесс строительства скважины. При этом возможны отравления работников предприятия, взрывы и пожары на буровых, корро- зия бурильного инструмента и бурового оборудования, аварии в скважине. По хими- ческой агрессивности, коррозионному воздействию и токсичности сероводород не имеет в природе аналогов по комплексности своего отрицательного влияния на всё окружающее.

Попадая в буровой раствор на водной основе, сероводород вызывает снижение его водородного показателя рН до 5-6, в результате чего свойства раствора резко из- меняются (коагуляция, деструкция химических реагентов и так далее). Снижение рН объясняется тем, что сероводород при растворении в воде диссоциирует и образует слабую кислоту:

Н₂SÛ Н+ + НS-Û 2Н+ + S2-.

Несмотря на актуальность вопроса о влиянии сероводорода на свойства буро- вых растворов, объём информации об исследованиях в этой области сравнительно не- велик. Следует также отметить, что никем не было проведено исследований о влиянии сероводорода на долговечность породоразрушающегоинструмента.

Хотя компоненты буровых растворов на водной основе не являются чрезмерно коррозионными, разложение органических добавок при высоких температурах или под действием сульфатвосстанавливающих бактерий может привести к образованию корродирующих продуктов, которые значительно сокращают срок службы долот, вы- зывая их преждевременный износ. Результаты исследований [4, 42, 45] свидетель- ствуют о том, что наличие сероводорода в промывочной жидкости резко повышает её агрессивность и кратно снижает время работы опоры и фрезерованного вооружения шарошечных долот.

Сероводород, поступивший в буровой раствор, вызывает разрушение инстру- мента и оборудования в результате электрохимической и общей коррозии, а также водородного охрупчивания. Современное представление о влиянии сероводорода на электродные реакции основаны на предположении образования промежуточных со- единений металл-сероводород, ускоряющих протекание электрохимических реакций. Образование нефазового хемосорбированного катализатора Fe(HS) на поверхности металла и прочная связь атомов железа с серой приводят к ослаблению связи между атомами металла, что облегчает их позицию. Большое значение в процессе сероводо- родной коррозии имеют продукты общей формулы Fe_xS_y, которые являются катодом по отношению к стали, образуя с ней гальваническую пару. Основная опасность воз- действия сероводородсодержащих сред заключается в сопутствующем общей корро- зии усилении наводороживания стали, приводящем к охрупчиванию металла и коррозионному растрескиванию оборудования и инструмента. Сталь теряет пластич- ность при содержании водорода 7-12 см3 на 100 г металла. Сульфидное растрескива- ние опасно тем, что визуально оно не обнаруживается, а разрушение происходит в основном неожиданно и скачкообразно. Многочисленные исследования и практиче- ский опыт показывают, что в сероводородсодержащих средах необходимо применять мягкие, пластические стали с твёрдостью не более НRC22 и прочностью, не превы-

шающей63·107Н/м2(сталь20,С-75,С-90идр.).Неметаллическиевключенияуве- личивают склонность сталей к коррозионному растрескиванию, которое усиливается такжеприналичиисварныхшвов,вмятин,царапин,следовударов.

Отечественный и зарубежный опыт строительства скважин показывает, что при низком и среднем давлении в первую очередь происходит общая коррозия или одновре-менно общая коррозия и водородное охрупчивание; при повышенном давлении – водо- родное охрупчивание, а общая коррозия иногда просто не успевает заметно развиться.

Таким образом, при вскрытии пластов с высоким содержанием сероводорода следует опасаться разрушения металла. Особенно опасным является водородное рас- слоение и растрескивание, возникающее на отдельных участках, в то время как остальная поверхность остаётся неповреждённой.

Сероводород поступает в буровой раствор в результате притока высокосерни- стого газа из разбуриваемых пород или постепенного разложения лигносульфонатов сульфатвосстанавливающими бактериями под действием высоких температур. По данным ряда исследователей разложение лигносульфонатов начинается при темпера- туре около 165°С и постепенно усиливается, пока не произойдёт их полного разложе- ния при температуре 230°С. Продуктами реакции является сероводород, углекислый газ и монооксид углерода. Для своевременного определения поступления или образо- вания сероводорода в буровом растворе необходимо постоянно контролировать пара- метры промывочной жидкости.

Первыми признаками поступления сероводорода в буровой раствор являются:

- понижение рН, снижение показателя тиксотропных свойств (сближение зна- чений СНС за 1 и 10 мин. – СНС₁ иСНС₁₀);

- увеличениереологическихифильтрационныхпоказателейсвойств(увеличе-

ние условной вязкости и водоотдачи);

- изменение цвета раствора (раствор темнеет или приобретает тёмно-зелёную окраску);

- почернение бурильных труб, которое легко отмываетсядизтопливом.

Присутствие сероводорода в буровом растворе фиксируется станцией ГТИ. Дляоперативного определения наличия сероводорода в раствореможноиспользоватьфильтровальную бумагу, смоченную раствором ацетата свинца. Вслучаеприсутствиясероводорода в буровом растворе бумага чернеет из-за образованиясульфидасвинца. Кромеэтого,возможноприменениедругогооперативногометода.Вколбуза-ливают50-100млбуровогораствораиразбавляютеговодойвсоотношении1:2или1:3.Далеевколбудобавляют10-15капельводногорастворанитропруссиданатрия(Na2[Fe(CN)5NO]·2H2O)и5-10капель10%-ногорастворагидроксиданатрия(кау-стическаясода).Приналичиисероводородарастворприобретаетфиолетовыйцвет.

Чем интенсивнее окраска, тем больше в растворе концентрация сероводорода.

Более надёжным способом обнаружения поступления сероводорода в буровой раствор является контроль за содержанием в нём сульфидов (качественный и количе- ственный). Сульфиды в буровом растворе обычно обнаруживаются до вскрытия серо- водородсодержащего пласта (примерно за 100 м), так как сероводород вследствие диффузии может проникать в вышезалегающие пласты. Появление сульфидов в буро- вом растворе в достаточно высокой концентрации (50-100 мг/л) служит сигналом о приближении к сероводородсодержащему пласту. Это позволяет на малоизученных площадях своевременно принимать меры по химической обработке буровых раство- ров при бурении скважин в условиях сероводородной агрессии. Более подробно ме- тоды количественного и качественного определения содержания сульфидов в

буровых растворах излагаются в соответствующих руководствах по применению нейтрализаторов сероводорода. Анализ, особенно количественный, желательно вы- полнять в стационарных условиях. Особых условий для этого не требуется. Такую лабораторию можно оборудовать в каждой буровой компании.

В связи с химической активностью сероводорода особое значение приобретают правила отбора проб бурового раствора, которые необходимо отбирать при мини- мальной длительности контакта раствора с воздухом во избежание окисления серово- дорода. Хранить пробы нужно в специальном герметичном сосуде, полностью заполненном. Следует избегать длительного хранения проб.

В настоящее время единого и абсолютно надёжного способа защиты бурового оборудования и инструмента от сульфидного разрушения не существует, поэтому при бурении наибольшее распространение получила комплексная защита, включающая применение нейтрализаторов, бактерицидов и сульфатостойких цементов, нанесение антикоррозионных покрытий, применение ингибиторов коррозии, использование оборудования и инструмента из стали и сплавов, наименее подверженных влиянию сероводорода.