套管氣密封檢測技術在深層采氣井中應用

馬曉偉

(大慶鉆探工程公司 鉆井工程技術研究院，黑龍江 大慶 163413)①

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套管氣密封檢測技術在深層采氣井中應用

馬曉偉

(大慶鉆探工程公司 鉆井工程技術研究院，黑龍江 大慶 163413)①

摘要：為了解決套管螺紋上扣不到位、螺紋質量不合格導致的深層天然氣開采過程中發生泄露的問題，開展了套管螺紋氣密封檢測技術研究。通過向套管螺紋連接內壁內注入高壓氦氣，利用套管外側集氣罩上的氦氣傳感器檢測套管螺紋是否泄露。現場應用20口井，檢測出有7口井的73根套管螺紋處發生泄漏。通過重新上扣、及時更換不合格套管等方法，規范了下套管作業標準，杜絕不合格套管入井，形成了成熟的氣密封檢測技術。目前，該項技術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技術，已在天然氣開發井全面推廣應用。

關鍵詞：套管；螺紋；氣體密封；檢測器

隨著深井、水平井等技術的應用越來越廣泛，天然氣的開發規模也逐漸增大。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密切相關，壓力介質分子直徑不同，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量問題、上扣轉矩問題、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。據統計，18%以上全新套管的氣密封螺紋存在泄漏現象，直接入井將造成重大經濟損失。

美國L公司在1970年首先提出套管螺紋氦氣密封檢測技術，能在現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來檢測入井管柱的密封性，已檢測數千井次，對油套管螺紋的氣密封檢測已成為強制性要求。

在國內，安東石油技術有限公司于2008年首次在塔里木油田使用氣密封檢測技術。2009年，西南油田分公司、吉林油田等開始應用該技術。2010年，中石油、中石化、中海油的大部分油氣井普遍應用該技術，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

1.1檢測設備

套管的氣密封檢測設備主要由動力源設備、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備

1)動力源設備。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。控制封隔器的上提、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，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　常溫下不同介質的滲透率

1.3操作工序與步驟

1.3.1設備準備

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

圖2　氣密封檢測設備連接示意

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，調節封隔器位置，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，直到壓力達到設定值后進行穩壓。

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現場應用

從2013年至今，該項技術在大慶 油田共應用20口井，氣密封套管扣型主要包括TP-CQ、FOX、TP-G2等[6]。經過統計分析，不同扣型的油套管螺紋均有泄漏發生，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。由于及時發現不合格套管，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據統計

同時規范了密封脂涂抹方式及用量，優化了不同扣型套管的上扣轉矩，如表3。對于未使用套管氣密封監測井具有借鑒及指導意義。

表3　大慶油田套管上扣轉矩優化后數據統計

3結論

1)套管螺紋氣密封檢測技術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)通過應用套管螺紋氣密封檢測技術，規范了密封脂涂抹方式及用量，優化了不同扣型套管上扣轉矩，對于未使用套管氣密封監測井具有重要的借鑒及指導意義。

3)套管螺紋氣密封檢測技術的核心部件目前均為國外產品，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的推廣。建議自主研發核心部件，加大推廣力度。

參考文獻：

[1]沈琛.試油測試工程監督[M].北京：石油工業出版社，2005.

[2]劉嘯峰，陳實.氣密封檢測技術在高壓深井中的應用[J].內蒙古石油化工，2010，36(23)：81-82.

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

[4]胡茂中，白國云.低充氦濃度氦質譜檢漏技術應用研究[J].真空科學與技術學報，2011，31(2)：208-211.

[5]張富臣.高壓氣密封檢測系統回收卸壓裝置及控制技術研究[D].大慶：東北石油大學，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，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年畢業于東北石油大學，主要從事欠平衡、氣體鉆井技術研究以及技術服務工作，E-mail：maxiaowei@cnpc.com.cn。

中圖分類號：TE927.503

文獻標識碼：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