摘要：普光氣田是含硫化氫較高的氣田，隨著我國對能源，特別是對綠色能源天然氣需求的日益增長，對高硫化氫氣田勘探開發逐漸提到日程上。中石化、中石油兩大集團分別在四川省達州市宣漢縣勘探開發天然氣，建設天然氣凈化廠。以儲量規模計，中國目前最大的氣田是中石油旗下的蘇里格氣田，探明儲量為5336億立方米；排名第二的是中石化在四川盆地發現的普光氣田，截至去年2月的探明儲量為3500億立方米。這么一個大規模的生產基地，如何做好它的安全高效勘探與開發呢？
關鍵詞?? 普光氣田?? 安全高效??? 勘探開發??? 開發
2003年12月23日，四川發生高硫化氫天然氣田井噴，造成200多人死亡的特大事故，引起全社會的關注。在硫化氫天然氣田的開發中，高含量的硫化氫還對鉆采設備、輸氣管網的安全及環境構成極大危險。可見加強普光氣田的安全高效勘探開發硫化氫氣田研究已是當務之急。
由于硫化氫劇毒，當吸入濃度1000mg/m3H2S（相當天然氣中含硫化氫0.064％）時，在數秒鐘內發生閃電型死亡；同時硫化氫化學活動性極大，會對鉆井的鉆桿、套管、集輸管線發生強烈的腐蝕作用形成“氫脆”，導致重大的安全事故。我國目前一些正開發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。近年來發現渡口河氣田硫化氫最高含量達523620 mg/m3（渡５井）。最近發生了強烈井噴，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，均對人畜和鉆采設備、輸氣管網安全及環境構成極大危險。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80年代初期，我國探明含硫化氫的天然氣占全國氣層氣儲量1/4沉積學報，1985。因此，研究如何安全高效勘探開發硫化氫氣藏不僅在安全上并且在開發上是當務之急。安全勘探開發天然氣是個系統工程，包括天然氣地質和地球化學、鉆井、集輸、安全防務系統諸方面。
一、加強硫化氫天然氣地質研究
中國大規模石油地質研究比天然氣地質研究約早30年。而在天然氣地質研究中，硫化氫天然氣地質研究比烷烴氣地質研究又薄弱得多。初步統計前者至今僅有５篇論文（地質論評，1982；沉積學報，1985；天然氣地球科學，1992；石油勘探與開發，1992；地球化學，2002），而關于烷烴氣地質研究則超過８００篇。盡管如此，我國硫化氫天然氣地質以往研究還獲得一個重要結論：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準之下（20 mg/m3），故其采出后無需經過脫硫即可供民用或工業用。我國高含硫化氫天然氣均在碳酸鹽巖儲層中，前述高含硫化氫氣田（除威遠氣田外）均在碳酸鹽巖－硫酸鹽巖地層中，此規律與世界大約有400個含硫化氫氣藏中，其中360多個均在硫酸鹽－碳酸鹽巖地層中的分布規律一致。以往我國硫化氫天然氣地質研究顯然存在兩個不足：第一是地區上有限，僅涉及四川盆地和渤海灣盆地，而與目前發現的氣田盆地13個（四川、鄂爾多斯、塔里木、柴達木、吐哈、準噶爾、渤海灣、松遼、蘇北、東海、鶯瓊、珠江和臺西）不適應。第二是從烴源巖、碳酸鹽巖儲層和儲層上下硫酸鹽巖地層組合綜合研究不足，往往是三項單獨地互不聯系的單項性研究，缺乏三者之間相互聯系的綜合研究，更缺乏大區域的盆地性基礎型研究，且在此基礎上進行平面上區域的，縱向層位上硫化氫天然氣分布強度的評估預測研究，從而指導高硫化氫天然氣的安全有效的勘探開發。原蘇聯曾對濱里海盆地的愛倫堡地區、阿斯特拉罕地區、濱里海洼地東部硫化氫天然氣分布規律作過評估預測研究，對該類氣田勘探開發起了指導作用Советская Геология，１９８２）。
二、加強硫化氫成因及地球化學研究
硫化氫天然氣地球化學及其成因研究，是進行硫化氫天然氣及其氣田預測分布的重要手段，也是進行氣源對比和確定含硫化氫天然氣對人及設備傷害級別的重要一環。這些研究在我國目前極不規范且薄弱。除四川地區外，我國許多分析測試單位在分析天然氣組分時不分析硫化氫項目或籠統測酸性氣體（H2S和CO２），不單獨測H2S項目。這就失去定量判別H2S天然氣的安全傷害級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比和成因的主要指標，但至今我國硫同位素研究成果極少且缺乏系統性，難于把其作為氣源對比和成因鑒定的指標。
硫化氫成因在天然氣基礎研究和應用基礎研究上均具有重要意義。硫化氫分有機成因和無機成因兩大類。無機成因硫化氫與火山活動有關，來自地球深處，至今沒有發現由其形成的氣田（藏），故與天然氣勘探開發關系不大。有機成因硫化氫有三種成因方式：
１．高溫還原成因：硫化氫形成是由于硫酸鹽在烴類（以∑ＣＨ代表，即油氣）或有機物（以Ｃ代表）參與下的高溫還原而成，其形成可由下式概括：
２Ｃ＋ＣａＳＯ４＋Ｈ２Ｏ─→ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｓ＋ＣＯ２
∑ＣＨ＋ＣａＳＯ４─→ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｓ＋Ｈ２Ｏ
⑵生物還原成因：硫酸鹽還原菌利用各種有機質（Ｃ和∑ＣＨ）作為給氫體來還原硫酸鹽。可用以下反應式概括：
∑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，發生井噴后往往形成人員傷亡和環境污染。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９２％，即1415880 mg/m3，1976年10月探井趙２井發生井噴死亡３人；1992年9月28日趙蘭莊氣藏趙48井試油發生井噴，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，2002）。世界上含硫化氫最高天然氣在美國德克薩斯州南部Ｓｍａｃｋｏｖｅｒ石灰巖中，硫化氫高達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，即具有高風險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質（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質共存為什么沒有產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碳酸鹽儲層天然氣硫化氫含量不高？因此，還原成因硫化氫實際上成因機理至今還不清楚，特別是形成硫化氫速率與強度至今沒有很好研究，而這些研究對評估預測高硫化氫天然氣是必不可少的。
２．裂解成因：石油與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，在油氣勘探開發中危險性相對小些。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。我國威遠氣田硫化氫屬此成因。
三、加強硫化氫氣井地質、工程和開發系列技術研究
有關烴類天然氣鉆井、工程和開發已有多年的歷史，已經形成了一套成熟的技術，但對具有極大毒性、強烈腐蝕的硫化氫的安全勘探和開發則經驗不多。以下幾個問題有待深化研究：
１．井控結構的研究
井控裝置已形成系列配套，對一般出現的復雜情況都能處理和解決。但對高含硫化氫的井，由于其危險性很大，必須對井控裝置進行更為完善的研究，應增加多重保險，特別是遠程（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，嚴防井口失控。 ２．鉆完井過程中的氣侵及井噴監控技術研究
目前有關氣井在鉆完井過程中的監控有成熟的技術，但這些監控技術全都在地面進行監控，而且很多都不能自動報警。在含硫氣藏的鉆完井應進一步進行氣侵及井噴監控技術研究，特別要對井下情況進行監控研究，這樣可給地面處理提供時間和依據，同時對地面監控系統應加強自動報警的研究，出現情況自動報警，可以避免人為監控的疏忽和失誤。
３．高含硫固井完井技術研究
固井完井的質量，直接關系到氣井的安全和壽命，而硫化氫氣體對管材和水泥均具有極強的腐蝕性，為了保證氣井開采的安全，在現有高含硫固井完井技術研究的基礎上，應針對具體的氣藏，對套管和油管材質、固井水泥漿、完井工藝、完井管柱及防腐工藝措施進行深入的研究，提出最佳方案，確保高含硫氣藏在開采過程中的安全。
４．高產高含硫氣藏試井技術研究
對高產高含硫氣藏試井不能只用普通氣藏的試井技術，而應進行專門的研究，合理制定試井技術方案和試井措施，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。
５．硫化氫氣藏水平井鉆井的地質和工程綜合研究
對于常規天然氣井，水平井鉆探的各種配套研究已經完備。對于高含硫化氫，發育裂縫、孔洞性的碳酸鹽巖氣藏來說，可能會有一些不同，第一，裂縫發育，水平段穿過不同的裂縫體系，其氣藏的壓力可能會有變化。第二，儲層非均質性強，在不同的儲層體系中，可能也有壓力的變化。另外，對于水平井，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。針對這個問題，首先要進行詳細的氣藏地質研究與評價；二是了解其裂縫體系、儲層體系與壓力的關系，預測可能的壓力變化情況；三是形成一套完善的、針對這類地質、氣藏條件下的水平井鉆井的管理體系，應該更為仔細、謹慎和嚴格。
四、加強普及防毒知識，研究迅速消除大范圍空氣毒性污染辦法
在硫化氫地區鉆井除了建立一套防噴技術安全規范、配備自動高效防硫防噴設備外，同時還要普及群眾性防毒避免傷亡的知識，準備消除大范圍空氣污染方案、方法和設施，以防萬一。
１．普及群眾性防毒避免傷亡知識刻不容緩。１９７６年趙２井噴死亡３人，全為井隊人員；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位為井隊人員，這表明井隊的防中毒設備和技術越來越完善，人員防毒知識掌握較好。相反，居民防毒知識急待普及加強，以防止事故發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），故地勢低處危險性比高處大；下風向硫化氫濃度大，上風向則濃度低等基本知識。利用這些知識在突發事故中，群眾可采取濕毛巾等捂嘴鼻；向高處避毒；向上風向撤離等均可避免或減輕傷亡。羅家寨事故發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。這些實例說明居民若掌握防硫化氫毒氣基本知識，可以減輕人員傷亡率；基本知識不掌握則傷亡率高。
２．迅速消除大范圍硫化氫毒氣污染是防止大量人員傷亡的宗旨。當然，用重泥漿防噴是最有效的好辦法，能徹底消除毒氣源。但由于地質和工程難度及相關材料籌措往往不能及時壓井。如羅家寨事故從１２月２３日２１時５５分井噴至１２月２７日１０時２０分壓井成功，經過三天多井噴造成大范圍的空氣嚴重污染，嚴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火燃燒，使極毒的Ｈ２Ｓ迅速轉化為有慢性污染的ＳＯ２，這是目前普遍應用的一種有效方法，羅家寨事故中也啟用此種方法；二是在污染區及時進行人工降雨，使Ｈ２Ｓ溶解于水中轉變為氫硫酸，此方法國內外尚未應用。
建議
高硫化氫氣田既有烷烴氣資源，又有硫化氫經脫硫而產生的硫資源，故是雙資源型氣田。我國已發現有氣田的１３個盆地中只有２個對硫化氫進行研究。我國有３００萬平方公里碳酸巖地層，具備了形成硫化氫地質和地球化學條件，而且目前大部分未進行油氣勘探。故今后應把科學和安全進行硫化氫氣田勘探開發，提到重要日程上來，為了作好硫化氫氣田勘探開發，建議如下：
１、開展全國性含油氣盆地硫化氫地質評估預測，指出盆地中某些地區（區帶）和地層硫化氫風險；開展硫化氫成因及其地球化學研究，研究確定不同成因硫化氫在勘探開發中風險安全度，建立全國天然氣中硫化氫數據庫，為天然氣中硫化氫安全分級和硫資源利用提供系統數據。
２、深化硫化氫氣井地質、工程和開發系列技術研究，從技術上確保硫化氫氣田勘探開發的安全。
３、組織研究迅速消除硫化氫大范圍污染的方法和措施。
４、在硫化氫勘探開發區強化普及居民防毒知識，編發有關資料。
石油系統各公司應組織設立以上有關項目，國家自然科學基金委員會對上述第一點建議涉及的項目或課題予以支持立項。
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