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針對勝利油田孤島采油廠蒸汽驅油井硫化氫嚴重超標、傳統加藥方式效果差且用量大的難題，技術團隊成功研制出油套管環空霧化噴淋除硫裝置。該裝置通過霧化噴淋增大脫硫劑與硫化氫的接觸面積和反應時間，實現源頭高效治理。推廣應用30套，年創經濟效益777萬余元，獲國家實用新型專利，成效顯著。
研制背景
孤島采油廠作為勝利油田重要的原油生產基地，目前共有生產油井2887口。隨著油田開發進入中后期，尤其是蒸汽驅等三次采油技術的大規模應用，油井硫化氫超標問題日益突出。據統計，全廠硫化氫超標井達512口，其中硫化氫濃度超過1500mg/m³的油井就有14口，部分蒸汽驅油井的硫化氫濃度甚至更高，嚴重威脅著生產安全和職工健康。
硫化氫是一種劇毒、腐蝕性強的酸性氣體。高濃度硫化氫不僅對現場操作人員構成致命風險，還會對油管、套管、采油樹及地面集輸設備造成嚴重的電化學腐蝕，導致設備設施壽命縮短、非計劃停機增多。傳統治理方式主要采用井口或套管連續滴加法向油套環空注入脫硫劑，試圖通過液體脫硫劑與硫化氫的接觸反應來降低濃度。
然而，這種加藥方式存在明顯缺陷：脫硫劑呈柱狀或液滴狀下落，與油套環空中彌散的硫化氫氣體接觸面積有限，反應時間短，導致脫硫劑利用率低、用量大、效果不穩定。部分高含硫井每天需消耗大量脫硫劑，但井口硫化氫濃度仍然超標，治標不治本。此外，頻繁加藥也增加了職工的勞動強度和作業風險，過量的脫硫劑還會造成成本浪費和潛在的環境問題。因此，研發一種高效、經濟、安全的新型除硫裝置，實現硫化氫源頭治理，成為采油廠安全生產和降本增效的迫切需求。
研制高含硫井霧化加藥裝置
針對傳統加藥方式的不足，孤島采油廠采油管理九區技術團隊經過反復論證和實驗，成功設計出油套管環空霧化噴淋除硫裝置（簡稱“霧化加藥裝置”）。該裝置的核心創新在于將常規的液態脫硫劑通過特制噴頭霧化成微小液滴，使其在油套環空內形成彌散分布的“霧場”，從而大幅增加脫硫劑與硫化氫氣體的接觸表面積和反應停留時間，實現高效除硫。
 
 
圖1 高含硫井霧化加藥裝置結構示意圖
裝置結構組成
如圖1所示（裝置結構示意圖），該裝置主要由裝置本體、密封控制部分、霧化部分及其它附件組成。具體零部件包括：1-傳動螺母、2-裝置主體、3-壓蓋、4-手輪、5-鎖緊螺母、6-空心螺紋管、7-可更換空心錐形螺旋噴頭、8-卡箍頭、9-機械密封、10-套管氣回收閥、11-控制針閥。其中，裝置主體（2）為承壓殼體，通過卡箍頭（8）與井口套管閥門連接；手輪（4）、傳動螺母（1）、鎖緊螺母（5）和空心螺紋管（6）組成升降調節機構，可控制噴頭在油套環空中的下入深度；可更換空心錐形螺旋噴頭（7）是實現霧化的關鍵元件，其內部流道經過流體力學優化，可使高壓脫硫劑在噴出瞬間形成高速旋轉的錐形霧幕；機械密封（9）和控制針閥（11）負責保證裝置在帶壓狀態下的可靠密封與流量調節；套管氣回收閥（10）用于回收環空中的伴生氣，避免資源浪費和環境污染。
工作原理
現場操作時，首先將裝置通過卡箍頭與井口套管閥門連接，轉動手輪使空心螺紋管帶動噴頭下入至預定深度（通常位于油管與套管之間的環空中部）。開啟控制針閥，脫硫劑在泵注壓力下進入空心螺紋管，流經噴頭時因截面突變和螺旋導向作用被剪切、破碎成直徑30-80微米的微小液滴，以錐形霧狀形態噴出。霧化后的脫硫劑在油套環空內懸浮、擴散，與上升氣流中的硫化氫充分接觸并發生化學反應，將硫化氫轉化為穩定的硫化物或硫代硫酸鹽。由于霧滴比表面積是傳統液滴的數百倍，且下降速度顯著減慢，反應效率大幅提升。同時，裝置可配合套管氣回收閥調節環空壓力，優化霧化效果。整個加藥過程連續可控，脫硫劑用量可根據井口硫化氫監測數據動態調整。
技術優勢
相較于傳統滴加法，該裝置具有四大優勢：一是接觸面積大，霧化液滴群覆蓋環空截面90%以上，硫化氫脫除率提高至95%以上；二是反應時間長，霧滴懸浮時間達數分鐘，遠長于液滴的瞬間下落；三是藥劑用量省，相同條件下可節約脫硫劑40%-60%；四是安全環保，全封閉結構避免了脫硫劑外濺和硫化氫逸散，機械密封設計確保帶壓操作零泄漏。此外，可更換噴頭設計使其能夠適配不同井況（如不同環空尺寸、不同硫化氫濃度），通用性強。
試驗驗證
裝置樣機完成后，技術團隊首先在采油管理二區28XN521井進行了現場試驗。該井為蒸汽驅生產井，硫化氫濃度長期超過2000mg/m³。安裝霧化加藥裝置后，通過調節控制針閥將脫硫劑注入量穩定在每天40升（原滴加法需110升），連續運行72小時后，井口硫化氫濃度降至20mg/m³以下，遠低于國家安全標準。圖2為油井現場應用圖，展示了裝置在28XN521井口的實際安裝狀態，可見裝置與套管閥門連接緊湊，手輪和針閥操作便捷，整體布局合理。
 
圖2 油井現場應用圖
隨后，團隊在中8-5閥組進行了多井集中應用試驗，將裝置安裝于閥組總匯管處，同時對4口高含硫井進行環空霧化加藥。圖3為閥組現場應用圖，顯示裝置與閥組管線的集成方式，以及控制針閥的集中調節位置。試驗結果表明，閥組外輸硫化氫濃度從平均1800mg/m³降至50mg/m³，且脫硫劑總用量僅為原來的55%。兩次試驗的成功驗證了裝置的技術可行性和穩定性，為后續大規模推廣奠定了堅實基礎。
 
圖3 閥組現場應用圖
裝置推廣應用情況
基于試驗階段的優異表現，孤島采油廠將霧化加藥裝置列為采油廠科技推廣項目，在全廠范圍內有序推廣應用。截至2021年4月（匯報時間），已完成17套裝置的加工和現場安裝，覆蓋采油管理二區、九區等多個區塊的30口高含硫井（部分井采用一套裝置服務多井閥組模式）。實際應用表明，該裝置對不同井深、不同硫化氫濃度、不同環空結構的油井均表現出良好的適應性。在含硫濃度最高的14口井（≥1500mg/m³）上，裝置投用后井口硫化氫合格率達到100%，徹底消除了安全隱患。
在推廣過程中，技術團隊還針對現場反饋進行了多項優化改進：一是將噴頭材質升級為耐磨耐腐蝕的碳化鎢合金，延長了使用壽命；二是增加了遠程流量控制接口，為后續數字化升級預留空間；三是編寫了《霧化加藥裝置操作維護規程》，并對一線采油工進行了專項培訓，確保裝置正確使用和日常維護。目前，該裝置已成功申請國家實用新型專利（專利名稱：一種油套管環空霧化噴淋除硫裝置），成為采油廠具有自主知識產權的特色技術之一。根據推廣完善計劃（如圖4所示的項目推廣計劃表），下一步將在全廠512口硫化氫超標井中優先篩選濃度高于500mg/m³的油井繼續擴大應用，并探索在集輸站庫的大罐揮發氣治理中引入霧化除硫技術，力爭兩年內實現高含硫井全覆蓋。
此外，采油廠還組織了多次技術交流會，向兄弟單位展示該裝置的設計理念和使用效果。勝利油田其他采油廠也派出技術人員前來觀摩學習，部分單位已達成引進意向。該裝置的成功研制，為同類油田的高含硫井治理提供了可復制的技術方案，展現了良好的產業化前景。
經濟效益評價
根據財務核算（如圖5所示的經濟效益分析表），單套裝置加工及現場安裝成本為0.438萬元，17套合計投入成本F1=0.438×17=7.446萬元。裝置投入使用后，日節約脫硫劑1766公斤（即1.766噸），按年運行365天計算，年節約脫硫劑量F2=1866×365÷1000=681.1噸。以脫硫劑噸價1.152萬元計，年節約藥劑費用為1.152×681.1≈784.6萬元。扣除裝置一次性投資7.446萬元，年創直接經濟效益F3=1.152×681.1-7.446=777.2萬元。這還不包括因減少設備腐蝕、延長檢泵周期、降低非計劃停機等帶來的間接經濟效益。若按全廠512口超標井全部應用估算，年節約脫硫劑將超過1.2萬噸，年創效可達1.3億元以上。裝置在降低井口硫化氫含量的同時大大降低了脫硫藥劑用量，經濟效益十分明顯。