很多工業上的工作都帶有一定的危險性，高含硫氣井的井控工作就帶有一定風險。但是如果需要開采天然氣，高含硫氣田的共組是必須要做的。那么在硫化氫泄露的時候應該如何去處理呢？本文就針對高含硫氣井硫化氫泄露擴散模擬和應急處置做了一些研究，文章是一篇工業期刊論文發表范文。

 　　【摘 要】由于H2S的劇毒性，高含硫氣井的井控工作一直都是鉆井工程風險控制的重點。本文應用CFD軟件FLUENT對鉆井井噴硫化氫泄漏擴散進行模擬，分別得到在風速為0.5m/s和2m/s情況下硫化氫泄漏擴散范圍進行模擬，得出由于硫化氫安全濃度較低，其危險和致死區域分布范圍廣。由此提出在高含硫氣井井噴泄漏時應做到盡快撤離的意見。

　　【關鍵詞】硫化氫,FLUENT,泄漏擴散,井噴

　　0 引言

　　石油天然氣是我國現階段能源體系的重要組成部分，其中天然氣是新興的清潔能源，其產物為二氧化碳和水，因此在近年受到政府的大力支持和人們的喜愛，天然氣的需要量逐年增加。在天然氣的開采過程中，高含硫氣田的風險最大，我國高含硫氣田在總探明儲量的四分之一，主要是分布在四川盆地。硫化氫的具毒性是高含硫氣田的主要風險，硫化氫的危險濃度臨界濃度很低，僅為100ppm，因此一旦高含硫發生井噴事故，大量的硫化會隨著井內流體，以高壓向外噴出，在空氣中擴散，能造成非常嚴重的后果。震驚世界的重慶開縣12.23井噴事故造成大量的人員傷亡主要原因就是因為井噴時伴隨著大量硫化氫的擴散。高含硫氣井井噴硫化氫氣體擴散有著混合氣體擴散、重氣擴散等特點，考慮利用計算流體力學(CFD)的方法，利用FLUENT軟件進行模擬，探索其擴散的特點，建立應急處置機制，對減輕事故后果有著重要的作用。

　　1 CFD數值模擬概述

　　CFD數值主要是以能量守恒方程、質量守恒方程、動量守恒方程等基本守恒方程為計算基礎，再結合環境因素、工況因素等初始條件和約束條件，連續計算出這些守恒方程來描述所研究的流體的流動特點。計算流體力學方法具有高效、低成本等優點，模擬流體的流動特性可以不受環境的印象，因此廣泛的應用在氣體的擴散模擬中。

　　FLUENT軟件是目前國內外應用最為廣泛、理論最貼近實際的CFD軟件。其最大的優勢和亮點是其具有獨一無二的網格生成技術，這對氣體擴散的模擬有著重要的作用，其生成的網格還具備很強的適應性，能做到在一次氣體擴散模擬后，對已經生成好的網格進行進一步的細化，從而提高可操作性和準確性，減少對計算機的要求。FLUENT還具備三維模擬的功能，能實現對復雜地形地貌的環境的氣體擴散的模擬。

　　2 數值模擬和結果分析

　　2.1 井場井噴條件簡化

　　高含硫氣井井噴氣體擴散相關條件很多，數值運算非常復雜。為了對高含硫氣井井噴硫化氫泄漏擴散的模擬，考慮在盡量減小對模擬結果影響前提下，對井場環境條件、工藝條件作出如下假設：

　　(1)井口橫截面積固定，即在氣井井噴時，硫化氫的泄漏面積不會隨著泄漏時間的變化而變化;

　　(2)硫化氫泄漏擴散模擬時所涉及的氣體均可看作理想氣體;

　　(3)井內氣體、擴散出的氣體和空氣相互間不發生化學反應;

　　(4)泄漏擴散過程中，泄漏氣體與外界無熱交換;

　　(5)井噴發生時，氣候環境和井場環境穩定，風速、風向恒定，不受地點、高度的影響。

　　2.2 硫化氫泄漏擴散守恒方程

　　計算流體力學硫化氫泄漏擴散數值模擬主要以三大基本守恒方程為基礎，其表達形式如下：

　　2.3 區域模型確定

　　利用FLUENT軟件對四川元壩氣田某高含硫氣井進行現場區域建模，計算區域為以井口為圓點的400m范圍內，網格的劃分對計算結果影響很大，由于網格劃分越均勻就越有利于計算結果的收斂，因此本文采用均勻的網格劃分對井場及周邊進行幾何建模。網格劃分越細就越有利于結果的準確的，但是這就增加了計算機的負荷，因此本文劃分的網格為

　　2.4 邊界條件和初始條件的設定

　　通過對元壩氣體某高含硫氣井現場調研，統計相鄰氣井的地質資料得出硫化氫含量最高是在長興組儲層其中甲烷體積分數為85.13%，二氧化碳體積分數約為1.09%，硫化氫體積分數為13.78%，在實際模擬中只考慮甲烷和天然氣這兩種氣體進行模擬。該氣井鉆到設計井深時的地層孔隙壓力為73.48MPa，井垂深6680m，斜深7791m。因此可以計算出井噴時流體速度為18m%。

　　根據氣井井噴氣體擴散模擬的5個基本假設可以設定泄漏擴散模擬的初始條件：

　　(1)自由邊界的設定：除了流入面以外的其他面，因為環境溫度始終保持恒定，因此可以將氣體假設為理想氣體，即向無窮遠處自由擴散的條件下，按自由邊界處理，法相速度為0;

　　(2)井口邊界條件：氣井井噴時的井口即為泄漏點，由于設定了自由邊界，因此將井口設為壓力入口;

　　(3)速度和壓力修正：計算工程中可以通過計算結果的收斂性來判斷結果的準確性。

　　2.5 模擬結果和分析

　　由于元壩地區常年風速為0.5m/s，該風速下硫化氫泄漏擴散進行模擬，分別得出在井噴后600s時的模擬結果，如圖1所示。

　　圖1 0.5m/s下600s時的H2S泄漏擴散范圍

　　可以看出在微風情況下，當井噴持續發生，硫化氫會在低洼處聚集，而且在空氣中擴散非常緩慢。由于硫化氫致死(下轉第121頁)(上接第72頁)濃度在375mg/m3時就可能導致人員的死亡，圖中有亮點的區域均為致死區域。

　　該地域常年最大風速約為2m/s，該風速下硫化氫泄漏擴散進行模擬，分別得出在井噴后600s時的模擬結果，如圖所示(圖2)。

　　圖2 2m/s下600s時H2S泄漏擴散范圍

　　從圖2可以看出風速的增加有利于硫化氫的擴散，硫化氫在空間擴散的范圍更廣，只要井噴持續，硫化氫的危害范圍甚至分布在空間的上部。通過對這兩種風速情況下硫化氫泄漏擴散模擬發現高含硫氣井硫化氫泄漏擴散可能造成的風險巨大。

　　3 高含硫氣井井噴應急建議

　　由于硫化氫安全臨界濃度非常低(30mg/m3)，在井噴發生很短時間內就可能對周邊產生巨大的危害，因此鉆井隊和相關但對應當更加重視一級井控、二級井控，防止發生井噴。在正常生產過程中應當實施監控井口和泥漿池的硫化氫含量，一旦發現有硫化氫，應當及時報警，并采取措施。井場配備具有多的空氣呼吸器等應急物資，一旦發生井噴失控，立即向政府報告，并組織周邊居民疏散，井場除搶險人員外，其他員工和相關人員應同生活區有關人員立即組織撤離。搶險人員必須佩帶空氣呼吸器。建議在日常工作中加強對井隊人員和相關方人員進行應急，提高應急撤離速度，組織周邊居民進行疏散演練，做到在最短時間內撤離。

　　【參考文獻】

　　[1]朱紅萍，羅艾民，李潤求.重氣泄漏擴散事故后果評估系統研究[J].中國安全科學學報，2009，05：119-124.

　　[2]黃琴，蔣軍成.重氣泄漏擴散實驗的計算流體力學(CFD)模擬驗證[J].中國安全科學學報，2008，01：50-55+179.

　　[3]田野.三高氣田硫化氫泄漏擴散模擬及分級預警研究[D].中國石油大學，2011.

　　[4]李振林，姚孝庭，張永學，劉春風.基于FLUENT的高含硫天然氣管道泄漏擴散模擬[J].油氣儲運，2008，05：38-41+65+70-71.

　　工業類優秀期刊推薦《電工電氣》雜志是經國家新聞出版總署批準由《江蘇電器》雜志更名而來，它由蘇州電器科學研究所有限公司主辦，《電工電氣》雜志社編輯出版，是以高低壓電器與應用技術并重為特點發展為以電工電氣與應用技術并重為特點，面向國內外公開發行的科學技術類期刊。創刊于1981年，月刊。