復配防腐油管高溫高壓氣密性檢測試驗

李艷飛 ，劉春苗 ，葛俊瑞 ，和鵬飛 ，袁則名

（1.中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200335；2.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

東海X氣田天然氣中含有較高的CO2組分，氣井產水且井下處于高溫高壓（150℃，50 MPa）狀態。在此腐蝕環境下，生產管柱需選擇較高的防腐材質。在實際生產過程中，井筒內溫度和壓力自下而上逐漸降低，為降低開發成本，上部油管可選擇較低防腐級別的油管；下部油管由于受力相對較小，可以選擇較低鋼級的油管。由于不同防腐材質、不同鋼級油管螺紋溫度膨脹系數不同，電位也不同，可能會產生螺紋連接縫隙變化或腐蝕，進而降低油管螺紋連接處的氣密性[1-3]。而高溫高壓氣井對生產管柱的氣密性要求比常規井更高，因此有必要針對不同防腐材質、不同鋼級復配的油管螺紋連接進行氣密性檢測試驗，以驗證復配油管螺紋連接的氣密性[4，5]。

1 氣密性檢測試驗

1.1 試驗目的與試驗方法

試驗目的：測試不同防腐材質、不同鋼級復配油管在常溫、高溫兩種環境下螺紋連接的氣密性能。

試驗方法：特別制作一個公扣絲堵和母扣絲堵，與兩個不同鋼級的油管短節連接成為試驗管串，實現不同防腐材質、不同鋼級的3組復配油管氣密螺紋相互連接，采用高壓氣泵作為氣源和壓力源，采用止壓閥控制和截斷壓力傳遞，采用壓力計進行評估，每次試驗均可實現對3組螺紋連接的氣密性檢測，簡單高效。為更好對比不同條件下油管氣密性，本次試驗分5階段進行，即：無腐蝕環境油管常溫氣密性試驗、無腐蝕環境的高溫氣密性試驗、腐蝕環境下液體密封試驗以及腐蝕后的常溫、高溫氣密性試驗，試驗流程（見圖1）。

1.2 試驗樣品及試驗裝置

本次氣密性檢測試驗樣品包括油管短節兩個、油管堵頭兩個（公扣絲堵和母扣絲堵各一個），用到模擬地層水、高壓氣泵、壓力表、恒溫水槽、恒溫烤箱以及高溫試驗井筒。油管短節和油管堵頭參數（見表1）。

復配油管常溫氣密性檢測試驗管串連接圖（見圖2）。

試驗管串在恒溫水箱試驗圖（見圖3），最高試驗溫度為100℃。高溫試驗井筒（見圖4），其深度為4.5 m，最高試驗溫度為250℃。

圖1 復配油管連接氣密性檢測試驗示意圖

表1 試驗樣品參數表

圖2 復配油管常溫氣密性檢測試驗管串連接圖

圖3 恒溫水箱連接圖

圖4 高溫試驗井筒（250℃，4.5 m）

2 試驗結果分析

2.1 常溫氣密性試驗

在常溫環境下進行氣密封試驗，試驗壓力升高至20 MPa時，水槽中試驗樣品無氣泡冒出，保壓初期很短時間壓力下降較快，隨后壓力緩慢下降。

試驗壓力繼續升高至35 MPa，保壓曲線與20 MPa時的保壓曲線趨勢相同，在保壓初期很短的時間內壓力下降較快隨后壓力緩慢下降，分析此現象與壓力系統有關；在整個試驗過程中試驗樣品位于水槽中，無氣泡冒出，判斷試驗樣品無氣體泄漏。綜合分析，試驗管串在常溫高壓下氣密封性能良好。

2.2 高溫氣密性試驗

將試驗管串放置于高溫試驗井筒內，加溫至150℃進行氣密封試驗，試驗壓力升高至20 MPa時，試驗井中試驗樣品無氣泡冒出，保壓初期很短時間壓力下降較快，隨后壓力緩慢下降。

試驗壓力繼續升高至35 MPa，在保壓初期很短的時間內壓力下降較快隨后壓力緩慢下降，整個試驗過程中無氣泡冒出，判斷試驗樣品無氣體泄漏。綜合分析，試驗管串在高溫高壓下氣密封性能良好。

2.3 腐蝕環境下高溫液體密封試驗

將試驗管串放置于烤箱內，加熱升溫至150℃進行液體密封試驗，試驗液體為溶解有CO2的模擬地層水，由于油管內液體受熱膨脹，以及液體中溶解氣的析出，導致壓力升高，打開手動泄壓閥排出膨脹液體，油管壓力下降，之后將油管內析出氣體排空，關閉手動泄壓閥，油管內壓力穩定在38 MPa，并保持5 d不變，說明該油管在150℃、38 MPa的腐蝕環境下，液體密封良好。

將試驗管串放置于恒溫水槽內，恒溫水浴加熱至99℃進行液體密封試驗，油管內壓力穩定在39 MPa，并保持25 d不變。說明該油管在99℃、39 MPa的腐蝕環境下，液體密封良好。

2.4 腐蝕后常溫氣密性測試

經過30 d左右的液體腐蝕試驗后，將試驗管柱放置于常溫環境下再次進行氣密封試驗，試驗壓力升高至35 MPa，壓力曲線有緩慢下降趨勢，水槽中試驗樣品無氣泡冒出，判斷此時試驗管串無氣體泄漏，說明經過腐蝕試驗后的試驗管串在常溫高壓下氣密封性能保持良好。

2.5 腐蝕后高溫氣密性測試

將試驗管柱放置于高溫試驗井筒內再次進行氣密封試驗，試驗溫度升高至156℃，試驗壓力升高至35 MPa，壓力曲線呈現緩慢下降趨勢，無氣泡冒出，說明經過腐蝕試驗后的試驗管串在高溫高壓下氣密封性能保持良好。

2.6 對比分析

氣密封檢測試驗結果對比（見表2）。從常溫高壓和高溫高壓氣密試驗結果來看，在20 MPa壓力下整體壓降較小，隨時間推移呈現逐漸平穩的趨勢；在35 MPa壓力下整體壓降相對較大，這與氣泵壓力的穩定性有關，高溫下整體壓降相對較小。

從腐蝕環境下高溫高壓液體密封試驗結果可以看出，壓力系統可保持長時間的壓力穩定，液體密封性良好。從腐蝕后常溫高壓和高溫高壓氣密試驗結果來看，常溫下整體壓降明顯較大，高溫下整體壓降明顯較小，而試驗過程均無氣體泄漏，可以看出高溫下氣密性能更為良好。

表2 氣密封試驗結果對比

3 結論

將 13Cr-L80、13Cr-P110、13Cr-L80、超級 13Cr-P110的氣密封螺紋依次連接，進行常溫高壓、高溫高壓、腐蝕后常溫高壓、腐蝕后高溫高壓等多組氣密性檢測試驗，得出結論如下：

（1）相同材質（13Cr）、不同鋼級（P110與 L80）的氣密螺紋油管在X氣田的地層水環境及高溫高壓（溫度150℃，壓力35 MPa）條件下復配使用時，其氣密性保持良好。

（2）不同材質、不同鋼級（超級13Cr-P110和13Cr-L80）的氣密螺紋油管在X氣田的地層水環境及高溫高壓（溫度150℃，壓力35 MPa）條件下復配使用時，其氣密性保持良好。

（3）常溫試驗的整體壓降明顯大于高溫試驗的整體壓降，而試驗過程均無氣體泄漏，由此可以得出，氣密螺紋扣油管氣密性能在高溫狀態下更為良好。