套管氣密封檢測技術(shù)在深層采氣井中應(yīng)用

馬曉偉

(大慶鉆探工程公司 鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江 大慶 163413)①

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套管氣密封檢測技術(shù)在深層采氣井中應(yīng)用

馬曉偉

(大慶鉆探工程公司 鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江 大慶 163413)①

摘要：為了解決套管螺紋上扣不到位、螺紋質(zhì)量不合格導(dǎo)致的深層天然氣開采過程中發(fā)生泄露的問題，開展了套管螺紋氣密封檢測技術(shù)研究。通過向套管螺紋連接內(nèi)壁內(nèi)注入高壓氦氣，利用套管外側(cè)集氣罩上的氦氣傳感器檢測套管螺紋是否泄露?，F(xiàn)場應(yīng)用20口井，檢測出有7口井的73根套管螺紋處發(fā)生泄漏。通過重新上扣、及時更換不合格套管等方法，規(guī)范了下套管作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，杜絕不合格套管入井，形成了成熟的氣密封檢測技術(shù)。目前，該項技術(shù)已成為大慶油田解決套管泄漏、保障深層天然氣井安全開采的主導(dǎo)技術(shù)，已在天然氣開發(fā)井全面推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：套管；螺紋；氣體密封；檢測器

隨著深井、水平井等技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，天然氣的開發(fā)規(guī)模也逐漸增大。為最大限度地降低由于套管螺紋泄漏而造成的事故風(fēng)險，對套管的密封性檢測也顯得越來越重要。套管螺紋的密封與壓力介質(zhì)密切相關(guān)，壓力介質(zhì)分子直徑不同，其滲透率也不同。因此，氣體比液體更難密封，這對高壓天然氣井、大跨度水平井的套管密封性提出了更高的要求。套管螺紋泄漏通常是由于氣密螺紋的加工質(zhì)量問題、上扣轉(zhuǎn)矩問題、螺紋磕碰、螺紋不清潔等原因造成，影響因素隨機存在，因此不能完全排除。據(jù)統(tǒng)計，18%以上全新套管的氣密封螺紋存在泄漏現(xiàn)象，直接入井將造成重大經(jīng)濟損失。

美國L公司在1970年首先提出套管螺紋氦氣密封檢測技術(shù)，能在現(xiàn)場對入井油套管逐個檢測，有效檢測出不合格的套管螺紋，及時對不密封螺紋做出預(yù)報，確保入井套管合格、密封。目前，L公司在美國、墨西哥、南美等地多家石油公司中使用氣密封檢測技術(shù)來檢測入井管柱的密封性，已檢測數(shù)千井次，對油套管螺紋的氣密封檢測已成為強制性要求。

在國內(nèi)，安東石油技術(shù)有限公司于2008年首次在塔里木油田使用氣密封檢測技術(shù)。2009年，西南油田分公司、吉林油田等開始應(yīng)用該技術(shù)。2010年，中石油、中石化、中海油的大部分油氣井普遍應(yīng)用該技術(shù)，重點井、儲氣庫井的油套、技套、油管需全部檢測。

1氣密封檢測技術(shù)

1.1檢測設(shè)備

套管的氣密封檢測設(shè)備主要由動力源設(shè)備、儲能器、操作臺、封隔器、氦氣檢測儀、集氣套、氣瓶組等組成。如圖1所示。

圖1　套管的氣密封檢測設(shè)備

1)動力源設(shè)備。主要為儲能器、絞車等提供液壓動力，最高壓力可達140 MPa。

2)氣瓶組。用來儲存氮氣、氦氣。

3)儲能器。用來產(chǎn)生高壓氣體，氣瓶中的混合氣體在儲能器中被液壓動力壓縮到檢測壓力。

4)操作臺?？刂品飧羝鞯纳咸?、下放，控制氮氣、氦氣混合氣體注入壓力，控制封隔器坐封、加壓、解封。

5)封隔器。下入到套管內(nèi)，用來密封套管螺紋兩端空間。

6)集氣套。為氦氣檢測儀提供檢測空間。

7)氦氣檢測儀。用來檢測集氣套內(nèi)氦氣含量。

1.2檢測方法及原理

在套管螺紋連接前下入封隔器，上扣后，向封隔器內(nèi)注入氮氣、氦氣混合氣體(體積比11∶1)，封隔器坐封，使套管螺紋兩端形成密閉空間。加壓到70 MPa，由于氦氣分子直徑小(如表1)，滲透性強，如果套管螺紋連接有問題，氦氣會穿過螺紋進入到集氣套，使高靈敏度吸入式氦氣檢漏儀報警，需重新上扣或更換套管。

表1　常溫下不同介質(zhì)的滲透率

1.3操作工序與步驟

1.3.1設(shè)備準(zhǔn)備

首先，把地面氣密封設(shè)備通過管線連接起來(如圖2所示)。調(diào)整動力源電壓、相序正確。打開氣瓶組氣源和驅(qū)動氣源，檢查設(shè)備運轉(zhuǎn)是否正常。連接鉆臺氦氣檢測設(shè)備和封隔器，調(diào)試預(yù)坐封、加壓、泄壓動作是否正常，做好氣密封檢測準(zhǔn)備工作。

圖2　氣密封檢測設(shè)備連接示意

1.3.2封隔器坐封

套管未連接前下入封隔器，套管上扣完畢后，調(diào)節(jié)封隔器位置，使之能夠密封套管螺紋兩端空間。在套管螺紋處安裝集氣套和氦氣檢測儀。在操作臺上按下坐封按鈕，高壓氣體將推動封隔器內(nèi)的活塞，通過兩端膠筒變形進行坐封。

1.3.3加壓

封隔器坐封完畢后，在操作臺上按下加壓按鈕，液壓動力源將推動儲能器中的加壓活塞，對儲能器中的混合氣體進行加壓，并通過管線輸送到坐封后的密封空間內(nèi)，直到壓力達到設(shè)定值后進行穩(wěn)壓。

1.3.4氣密封檢測

在整個過程中，集氣套上的氦氣檢漏探頭會對集氣套內(nèi)的氣體進行探測和分析，并實時顯示檢測到的氦氣含量值。如果氦氣含量超過泄漏界定值，就會報警，說明螺紋密封不合格，需要采取整改措施。檢測完畢后，按下泄壓按鈕完成泄壓。

2現(xiàn)場應(yīng)用

從2013年至今，該項技術(shù)在大慶 油田共應(yīng)用20口井，氣密封套管扣型主要包括TP-CQ、FOX、TP-G2等[6]。經(jīng)過統(tǒng)計分析，不同扣型的油套管螺紋均有泄漏發(fā)生，平均泄漏率為2.3%，如表2所示。采取的整改措施為：①對套管螺紋進行二次緊扣；②卸開螺紋，檢查螺紋是否完好，并對螺紋和密封面進行清理；③更換套管母螺紋接頭；④卸開螺紋，重新更換一根套管。由于及時發(fā)現(xiàn)不合格套管，杜絕了泄漏套管入井。

表2　大慶油田套管螺紋氣密封檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計

同時規(guī)范了密封脂涂抹方式及用量，優(yōu)化了不同扣型套管的上扣轉(zhuǎn)矩，如表3。對于未使用套管氣密封監(jiān)測井具有借鑒及指導(dǎo)意義。

表3　大慶油田套管上扣轉(zhuǎn)矩優(yōu)化后數(shù)據(jù)統(tǒng)計

3結(jié)論

1)套管螺紋氣密封檢測技術(shù)可以有效杜絕泄露套管入井，目前已在深層天然氣井全面應(yīng)用，對于保障固井管串安全以及天然氣井長期開采具有重要意義。

2)通過應(yīng)用套管螺紋氣密封檢測技術(shù)，規(guī)范了密封脂涂抹方式及用量，優(yōu)化了不同扣型套管上扣轉(zhuǎn)矩，對于未使用套管氣密封監(jiān)測井具有重要的借鑒及指導(dǎo)意義。

3)套管螺紋氣密封檢測技術(shù)的核心部件目前均為國外產(chǎn)品，存在價格昂貴、維修周期長等問題，一定程度上限制了該項技術(shù)的推廣。建議自主研發(fā)核心部件，加大推廣力度。

參考文獻：

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[3]林勇，薛偉，李治，等.氣密封檢測技術(shù)在儲氣庫注采井中的應(yīng)用[J].天然氣與石油，2012，30(1)：55-58.

[4]胡茂中，白國云.低充氦濃度氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)應(yīng)用研究[J].真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報，2011，31(2)：208-211.

[5]張富臣.高壓氣密封檢測系統(tǒng)回收卸壓裝置及控制技術(shù)研究[D].大慶：東北石油大學(xué)，2011.

[6]高寶奎，高德利.高溫高壓井測試對套管安全的特殊影響[J].天然氣工業(yè)，2002，22(4)：40-42.

[7]張寶嶺，王西錄，徐興平.高壓封隔器密封膠筒的改進 [J].石油礦場機械，2009，38(1)：85-87.

文章編號：1001-3482(2016)07-0072-03

收稿日期：①2015-12-23

作者簡介：馬曉偉(1980-)，男，黑龍江大慶人，工程師，2004年畢業(yè)于東北石油大學(xué)，主要從事欠平衡、氣體鉆井技術(shù)研究以及技術(shù)服務(wù)工作，E-mail：maxiaowei@cnpc.com.cn。

中圖分類號：TE927.503

文獻標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.07.016

Application of Casing Gas Sealing Testing Technology in Deep Gas Wells

MA Xiaowei

(DrillingEngineeringTechnologyResearchInstitute，DaqingDrillingEngineeringCorporation，Daqing163413，China)

Abstract：In order to solve the leakage problem in deep natural gas exploration for casing thread make-up was not in place and the quality of the thread was not good，the research was carried out for the casing threads gas testing technology in Daqing oilfield，in the way of injecting high pressure helium into the inner sealed space of the inner wall of the connecting pipe and installing an gas collecting cover，on which there is an helium gas sensor at the outer of the casing pipe，then the leakage of the casing thread could be judged.At present，the technology has been applied in 20 wells and 73 casing threads leakage have been detected in 7 wells，then some actions were taken，such as remaking-up and replacing the casing to standardize the casing running operation，eliminate substandard casing into the well，forming a mature gas leakage testing technique.So far，the technology has become the leading technology to solve casing leakage and improve the exploitation safely in deep gas reservoir，which has been applied in the development gas wells fully.

Keywords：casing；thread；air seal；detector