套管絲扣氣密封檢測(cè)新技術(shù)應(yīng)用

黃 琳

（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 概述

隨著大慶油田以氣補(bǔ)油戰(zhàn)略的深入開展，天然氣的開發(fā)規(guī)模也逐漸增大，套管管串安全也顯得越來(lái)越重要。目前，在北美、墨西哥、南美的大部分油田，對(duì)絲扣的氣密封檢測(cè)已成為強(qiáng)制性要求。美國(guó)L公司在1970年首先提出氦氣密封檢測(cè)，并迅速在油田推廣應(yīng)用。目前在美國(guó)、墨西哥、南美等地多家石油公司中使用氣密封檢測(cè)技術(shù)來(lái)檢測(cè)入井管柱的密封性，已檢測(cè)數(shù)千井次。國(guó)內(nèi)2008年安東石油首次在塔里木油田使用氣密封檢測(cè)技術(shù)，2009年西南油田分公司、吉林油田等開始應(yīng)用，2010年后中石油、中石化、中海油的大部分油氣井普遍應(yīng)用該技術(shù)，重點(diǎn)井、儲(chǔ)氣庫(kù)井的油套、技套、油管全部檢測(cè)。

2 套管絲扣氣密封檢測(cè)原理

對(duì)油套管連接絲扣的氣密封檢測(cè)，主要是通過檢測(cè)混合氣體中的氦氣泄露量實(shí)現(xiàn)的。在管柱絲扣連接完畢后，應(yīng)用檢測(cè)封隔器在套管內(nèi)部的絲扣上下端形成密閉空間，然后利用增壓器使氦氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w增壓，并注入到該密閉空間中，再次加壓至測(cè)定壓力，保持一定時(shí)間，同時(shí)在套管絲扣外壁放置一個(gè)護(hù)套，形成一個(gè)密閉空間。利用氦氣分子直徑小、在氣密封扣中易滲透且安全無(wú)毒，對(duì)油套管無(wú)腐蝕的特點(diǎn)，向護(hù)套中放置檢測(cè)探頭，抽取其中的氣體，通過撿漏管線輸送到氦氣檢測(cè)儀，從而獲得氦氣的濃度，若濃度高于空氣中的含量，則以報(bào)警的形式發(fā)出指令，以此判斷氦氣有泄露，從而精確地檢測(cè)油套管的密封性。

3 氣密封檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1）安全性：檢測(cè)氣體為氦氣，該氣體為惰性氣體，且質(zhì)量比空氣輕，揮發(fā)性強(qiáng)，而運(yùn)載氣體氮?dú)庖彩遣换顫姎怏w，2種氣體均具有安全、無(wú)色無(wú)味、無(wú)腐蝕性等特點(diǎn)，對(duì)人體沒有任何傷害。

（2）可靠性強(qiáng)：

①氦氣分子直徑很小、滲透性強(qiáng)，在氣密封扣中易運(yùn)移，能精確判斷絲扣的連接質(zhì)量；

②氣密封檢測(cè)施工壓力一般較高，最大能達(dá)到140MPa，可完全滿足各種壓力等級(jí)的需要。

（3）靈敏度高：氦氣檢測(cè)儀是一種精密的氣體檢測(cè)儀器，靈敏高，最低能檢測(cè)出泄漏率為10-8Pa·m3/s的氦氣，檢測(cè)精度可以達(dá)到0.0001‰；

（4）范圍廣：氣密封檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍廣，檢測(cè)最大的管柱尺寸為7″，最小管柱直徑為4-1/2″，除在完井作業(yè)中檢測(cè)套管絲扣外，也在開采作業(yè)中的檢測(cè)采氣樹、輸氣管道等。

（5）即時(shí)性強(qiáng)：氦氣檢測(cè)儀器的反應(yīng)時(shí)間只需0.7s，能及時(shí)、迅速地發(fā)現(xiàn)絲扣泄露，準(zhǔn)確判斷套管及管道的整體密封性，效率高。

4 套管氣密封檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成及工藝流程

4.1 系統(tǒng)構(gòu)成

氣密封檢測(cè)設(shè)備主要由控制臺(tái)、加壓裝置、封隔器、檢測(cè)設(shè)備等4部分構(gòu)成。見圖1。

圖1 氣密封檢測(cè)設(shè)備

控制臺(tái)包括氣動(dòng)絞車、天滑輪、繩索，主要負(fù)責(zé)把封隔器的下入套管及提出套管。

加壓裝置包括動(dòng)力設(shè)備、儲(chǔ)能器、氣瓶，主要負(fù)責(zé)為封隔器坐封、解封以及氣密封檢測(cè)輸入高壓氣體。

封隔器是氣密封檢測(cè)的核心部件，主要作用是為套管絲扣處提供密閉空間，打入高壓氦氣后，保障密閉空間不泄漏。

檢測(cè)設(shè)備包括集氣套、檢測(cè)探頭。集氣套的作用是在套管絲扣外部形成儲(chǔ)氣空間，一旦有氦氣泄露，把氦氣存儲(chǔ)在集氣套內(nèi)；檢測(cè)探頭的作用是用來(lái)檢測(cè)集氣套內(nèi)是否有氦氣存在，若存在，證明套管絲扣上扣不合格。

動(dòng)力源設(shè)備主要為儲(chǔ)能器、絞車等提供液壓動(dòng)力，最高可達(dá)140MPa。儲(chǔ)能器，是產(chǎn)生高壓氣體的地方，氣瓶中的混合氣體在儲(chǔ)能器中被液壓動(dòng)力壓縮到檢測(cè)壓力。封隔器，是被放入油套管檢測(cè)位置的檢測(cè)工具，通過操作臺(tái)完成檢測(cè)程序。氦氣檢測(cè)儀，是檢測(cè)油套管螺紋泄漏的預(yù)報(bào)警設(shè)備，通過集氣套上的檢測(cè)探頭來(lái)完成。

4.2 工藝流程

4.2.1 準(zhǔn)備階段

首先，連接氣密封設(shè)備，調(diào)整電源相序，打開氣瓶氣源，巡回檢查設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況。其次，調(diào)試預(yù)坐封、加壓、泄壓動(dòng)作是否正常，做好氣密封檢測(cè)準(zhǔn)備。

4.2.2 封隔器坐封階段

用控制臺(tái)把封隔器放入套管柱內(nèi)，通過調(diào)節(jié)絞車，確保封隔器處于2根套管絲扣連接處，操控加壓裝置，將高壓氣體打入封隔器內(nèi)的活塞，通過高壓推擠，活塞橡膠變形，緊緊貼靠在套管壁，形成密封空間。

4.2.3 封隔器加壓階段

操控加壓裝置，打入高壓氦氣，持續(xù)加壓至壓力設(shè)定值，穩(wěn)壓30s，加壓階段結(jié)束。

4.2.4 檢測(cè)階段

封隔器坐封之前，在套管絲扣外部安裝好集氣套、氦氣檢測(cè)探頭，在封隔器穩(wěn)壓階段，氦氣檢測(cè)探頭對(duì)集氣套內(nèi)氣體進(jìn)行檢測(cè)分析，判斷氣體內(nèi)是否有氦氣，如果有，說(shuō)明套管絲扣上扣不合格。

4.2.5 封隔器解封階段

檢測(cè)結(jié)束后，控制臺(tái)控制動(dòng)力設(shè)備，泄壓，活塞橡膠歸位，封隔器完成解封，操控控制臺(tái)，取出封隔器，如套管絲扣密封合格，繼續(xù)下套管，如不合格，采取相應(yīng)措施。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

目前大慶油田該項(xiàng)技術(shù)在深層采氣井累計(jì)應(yīng)用21口井。氣密封套管扣型主要包括TP-CQ、FOX、TPG2等，檢測(cè)套管4614根，檢測(cè)出問題套管48根，最大檢測(cè)壓力70MPa，坐封、解封成功率100%，平均單根檢測(cè)時(shí)間4min，杜絕了不合格套管入井，保證了入井套管管串安全。同時(shí)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扭矩，對(duì)于未使用套管氣密封監(jiān)測(cè)井具有借鑒及指導(dǎo)意義。

6 結(jié)論

（1）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明：套管氣密封檢測(cè)技術(shù)可以有效檢測(cè)出絲扣上扣不合格套管，保證入井管串安全；同時(shí)優(yōu)化了上扣工藝及扭矩，對(duì)于未使用套管氣密封監(jiān)測(cè)井套管上扣具有借鑒及指導(dǎo)意義。

（2）套管氣密封檢測(cè)技術(shù)已成為大慶油田解決油套管腐蝕、絲扣泄露、提高深層天然氣井安全開采的有效途徑，并在大慶油田深層天然氣井全面推廣，能減少井口帶壓及套管損壞現(xiàn)象，為后期的開采作業(yè)創(chuàng)造安全的施工環(huán)境。

[1] 馬曉偉.套管氣密封檢測(cè)技術(shù)在深層采氣井中的應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2016(7).

[2] 彭建云,周理志,阮洋,等.克拉2氣田高壓氣井風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].天然氣工業(yè),2008(10).

[3] 何銀達(dá),秦德友,凌濤,等.塔里木油田高壓氣井油管氣密封問題探析[J].鉆采工藝,2010(3).

[4] 劉汝福,陳毓云.套管密封性能評(píng)價(jià)方法新探[J].石油鉆采工藝,1994(6).

[5] 龔偉安.略論套管螺紋密封性能與連接應(yīng)力的關(guān)系[J].石油機(jī)械,1995(6).

[6] 史交齊,林凱,謝學(xué)東,等.提高API螺紋油管和套管密封性的措施[J].石油機(jī)械,2002(3).