硫化氢气体检测方法及安全防范对策探讨

武君

摘 要：20世纪80年代初期，探明的含硫化氢天然气占全国气层气储量的1/4。而目前我国含硫气田（含硫2%～4%）气产量占全国气产量的60%。硫化氢不仅严重威胁着人们的生命安全，而且还造成严重的环境污染，对金属设备造成严重的腐蚀破坏。因此，为确保人员的绝对安全，杜绝硫化氢中毒事故的发生，了解硫化氢气体的来源和危害，掌握硫化氢气体的预防与处理知识和硫化氢检测方法非常重要。

关键词：硫化氢；金属设备；硫化氢中毒；人身安全防范措施

文章介绍了硫化氢气体的来源和危害以及井场硫化氢气体含量的检测方法，阐述了在石油天然气行业中预防硫化氢中毒的必要性和紧迫性，并提出了在硫化氢环境中的一些人身安全防范措施。

一、硫化氢的性质、来源及危害

（一）硫化氢的理化性质

硫化氢（H2S）气体分子是由两个氢原子和一个硫原子组成，为无色、剧毒、酸性气体，有臭鸡蛋味，别名氢硫酸。分子量为34.08，熔点为- 85.5℃，沸点为- 60.4 ℃，相对密度为（空气=1）1.19，比空气稍重，能溶于水，溶解度随水温的增高而降低。在空气中易燃，燃烧时发出兰色火焰，并产生对眼和肺非常有害的二氧化硫气体。通常情况下以气态存在，当硫化氢与空气或氧气混合到一定比例（4.3%～46%）时就形成一种爆炸混合物，遇火爆炸。

（二）硫化氢的来源

硫化氢（H2S）是硫和氢结合而成的气体。硫和氢都存在于动植物的机体中，在高温、高压及细菌作用下，经分解可产生硫化氢。在天然气生产、高含硫原油生产中经常能遇到硫化氢。油气井中的硫化氢主要来源于以下四个方面：

1.热作用于油气层时，油气中的有机硫化物分解，产生出硫化氢。

2.石油中的泾类、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.通过地层裂缝等管道，下部地层中硫酸盐层的硫化氢

4.油气井作业中，钻井液的某些处理剂在高温作用下发生热分解以及钻井液中细菌的作用都可能产生硫化氢。含硫化氢油气田在区域分布上，多存在于碳酸盐岩-蒸发岩地层中，其含量随地层埋深增加而增大。

（三）硫化氢的危害

在钻井过程中，硫化氢的危害可以归结为四个方面：

1.硫化氢对人体的危害。硫化氢是具有刺激性和窒息性的无色气体。低浓度接触仅有呼吸道及眼的局部刺激作用，高浓度时全身作用较明显，表现为中枢神经系统症状和窒息症状。硫化氢具有“臭蛋样”气味，但极高浓度很快引起嗅觉神经麻痹而不觉其味，所以高含量时难发觉，此时人很容易中毒而导致死亡。

2.硫化氢对设备材料的危害。（1）硫化氢对金属材料的腐蚀。硫化氢溶于水形成弱酸，对金属的腐蚀形式有电化学失重腐蚀、氢脆和硫化物应力腐蚀开裂，以后两者为主，一般统称为氢脆破坏。氢脆破坏往往造成井下管柱的突然断落、地面管汇和仪表的爆破、井口装置的破坏，甚至发生严重的井喷失控或着火事故。（2）硫化氢能加速非金属材料的老化。在地面设备、井口装置、井下工具中，有橡胶、浸油石墨、石棉等非金属材料制作的密封件。它们在硫化氢环境中使用一定時间后，橡胶会产生鼓泡胀大，失去弹性；浸油石墨及石棉绳上的油被溶解而导致密封件的失效。

二、硫化氢气体的检测

利用专用仪器和方法，随钻检测硫化氢在钻井液、岩屑和大气中体积分数的方法称为井场硫化氢检测方法。硫化氢是酸性气体，在碱性钻井液中溶解度大，在酸性钻井液中溶解度小，表2是华北油田所做的硫化氢在不同pH值碱性钻井液中的溶解饱和度。目前钻井常用的钻井液呈碱性，pH值9～12。在正常钻进时，浸入钻井液中的硫化氢少，不超过溶解饱和度，因此在钻井液出口槽面检测不出硫化氢。如果大量气侵，以致发生井涌或井喷，这时硫化氢侵入量将大大超过钻井液的溶解饱和度，过量的硫化氢将以气体形式裹在钻井液中迅速窜至地面，这样硫化氢就会严重污染钻台及井场周围的大气，造成严重中毒事故。

（一）快速测定管法

快速测定管法也是现场检测大气中硫化氢含量常用的方法。原理是将吸附醋酸铅（PbAc）和氯化钡（BaCl）的硅胶装入细玻璃管内，抽100ml含硫化氢的气体，在60s内注入，形成褐色硫化铅（PbS）。根据硅胶柱变色的长度测定出硫化氢的体积分数。现场录井是在钻井液出口槽面上，用注射器抽取100ml气样，通过测定管，硅胶柱变色长度与标准尺比较，求得硫化氢的体积分数。此法具有简便、快捷、便于携带和灵敏度高的优点。

（二）醋酸铅试纸法

醋酸铅试纸与硫化氢反应生成褐色硫化铅，与标准比色板对比求得硫化氢的体积分数。此法适用于钻井液和大气硫化氢测量，是一种定性和半定量方法。

（三）激光法

在当前环境下，高职体育教学的整体内容比较局限在学校体育方面，大部分都是田径类项目，相较于社区体育而言，缺少体育项目的实用性。根据统计出来的数据，不同年龄段的人群最喜爱的6个体育项目从多到少分别为：跑步、游泳、羽毛球、健美操、散步和篮球。为此，学校体育需要结合人们爱好，不断的对教学计划进行调整，在课堂教学中合理科学的选择题材，锻炼学生终身体育的意识，为学生体育能力服务，方便在步入就业岗位后，快乐的生活和工作，更好的为单位服务，同时在社区体育发展中贡献自己的力量。

激光法原理是将光学检测探头直接安装在气体检测管两侧，半导体激光器射出的调制激光束穿过检测管中的被测气体，落到接收单元中的光电传感器上。激光束能量被所测气体分子吸收而发生衰减，接收单元探测到的光强度所发生的衰减与发射器和接收器之间的被测气体含量成正比。通过分析激光强度衰减可以获得所测气体的浓度。该技术具有现场测量、快速响应（<5s）、适用范围大、精度高、可靠性高和维护量小等优点。

三、含硫化氢环境中的安全防护措施

（一）井场及钻井设备的布置

1.井场选址应远离人口稠密的村镇，油气井井口距高压线及其他永久性设施不小于75m；距民宅不小于100m；距铁路、高速公路不小于200m；距学校、医院和大型油库等人口密集性、高危性场所不小于500m。

2.井场周围应空旷，风能在井场前后或左右方向畅通流动；井场上应有两个以上出入口，便于应急时采取抢救措施和疏散人员。

3.钻井设备的安放位置应考虑当地的主要风向和钻开含硫油气层时的季节风风向。井场值班室、工程室、钻井液室、气防器材室等应设置在井场主要风向的上风方向。

（二）硫化氢的监测及人身安全防护

1. 硫化氢易聚集的区域，如井口、循环池等处应设立毒气警告标志。

2. 作业区应配备空气呼吸器、充气泵、可燃气体监测报警仪、便携式硫化氢监测报警仪和固定式硫化氢监测报警仪。

3. 值班干部、当班司钻、副司钻和“坐岗”人员应佩戴便携式硫化氢监测报警仪；固定式硫化氢监测报警仪应在司钻或操作员位置、方井、振动筛、井场工作室等地方设置探头，并能同时发出生光报警。

4. 硫化氢防护器具应存放在清洁卫生和便于快速取用的地方，并对其采取预防损坏、防污染、防灰尘和防高温的保护措施。