套管絲扣氣密封檢測新技術(shù)應用

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越重要。目前，在北美、墨西哥、南美的大部分油田，對絲扣的氣密封檢測已成為強制性要求。美國L公司在1970年首先提出氦氣密封檢測，并迅速在油田推廣應用。目前在美國、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。國內(nèi)2008年安東石油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、吉林油田等開始應用，2010年后中石油、中石化、中海油的大部分油氣井普遍應用該技術(shù)，重點井、儲氣庫井的油套、技套、油管全部檢測。

2 套管絲扣氣密封檢測原理

對油套管連接絲扣的氣密封檢測，主要是通過檢測混合氣體中的氦氣泄露量實現(xiàn)的。在管柱絲扣連接完畢后，應用檢測封隔器在套管內(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氣的混合氣體增壓，并注入到該密閉空間中，再次加壓至測定壓力，保持一定時間，同時在套管絲扣外壁放置一個護套，形成一個密閉空間。利用氦氣分子直徑小、在氣密封扣中易滲透且安全無毒，對油套管無腐蝕的特點，向護套中放置檢測探頭，抽取其中的氣體，通過撿漏管線輸送到氦氣檢測儀，從而獲得氦氣的濃度，若濃度高于空氣中的含量，則以報警的形式發(fā)出指令，以此判斷氦氣有泄露，從而精確地檢測油套管的密封性。

3 氣密封檢測技術(shù)的優(yōu)點

（1）安全性：檢測氣體為氦氣，該氣體為惰性氣體，且質(zhì)量比空氣輕，揮發(fā)性強，而運載氣體氮氣也是不活潑氣體，2種氣體均具有安全、無色無味、無腐蝕性等特點，對人體沒有任何傷害。

（2）可靠性強：

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

②氣密封檢測施工壓力一般較高，最大能達到140MPa，可完全滿足各種壓力等級的需要。

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

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

（5）即時性強：氦氣檢測儀器的反應時間只需0.7s，能及時、迅速地發(fā)現(xiàn)絲扣泄露，準確判斷套管及管道的整體密封性，效率高。

4 套管氣密封檢測系統(tǒng)構(gòu)成及工藝流程

4.1 系統(tǒng)構(gòu)成

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

圖1 氣密封檢測設(shè)備

控制臺包括氣動絞車、天滑輪、繩索，主要負責把封隔器的下入套管及提出套管。

加壓裝置包括動力設(shè)備、儲能器、氣瓶，主要負責為封隔器坐封、解封以及氣密封檢測輸入高壓氣體。

封隔器是氣密封檢測的核心部件，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。

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

動力源設(shè)備主要為儲能器、絞車等提供液壓動力，最高可達140MPa。儲能器，是產(chǎn)生高壓氣體的地方，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。封隔器，是被放入油套管檢測位置的檢測工具，通過操作臺完成檢測程序。氦氣檢測儀，是檢測油套管螺紋泄漏的預報警設(shè)備，通過集氣套上的檢測探頭來完成。

4.2 工藝流程

4.2.1 準備階段

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)備運轉(zhuǎn)情況。其次，調(diào)試預坐封、加壓、泄壓動作是否正常，做好氣密封檢測準備。

4.2.2 封隔器坐封階段

用控制臺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、氦氣檢測探頭，在封隔器穩(wěn)壓階段，氦氣檢測探頭對集氣套內(nèi)氣體進行檢測分析，判斷氣體內(nèi)是否有氦氣，如果有，說明套管絲扣上扣不合格。

4.2.5 封隔器解封階段

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

5 現(xiàn)場應用

目前大慶油田該項技術(shù)在深層采氣井累計應用21口井。氣密封套管扣型主要包括TP-CQ、FOX、TPG2等，檢測套管4614根，檢測出問題套管48根，最大檢測壓力70MPa，坐封、解封成功率100%，平均單根檢測時間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，對于未使用套管氣密封監(jiān)測井具有借鑒及指導意義。

6 結(jié)論

（1）現(xiàn)場試驗證明：套管氣密封檢測技術(shù)可以有效檢測出絲扣上扣不合格套管，保證入井管串安全；同時優(yōu)化了上扣工藝及扭矩，對于未使用套管氣密封監(jiān)測井套管上扣具有借鑒及指導意義。

（2）套管氣密封檢測技術(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。

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