氣密封檢測技術在儲氣庫井應用研究

李海偉 ，李夢雪 ，孟凡琦，任眾鑫 ，王元剛

(1.中國石油管道有限責任公司西氣東輸分公司儲氣庫管理處，江蘇鎮江 212004；2.中國石油管道有限責任公司西氣東輸分公司杭州管理處，浙江杭州 310000)

美國在20世紀80年代首先提出特殊扣螺紋氣密封檢測技術，并將該技術成功應用到油氣井中，目前對油套管螺紋的氣密封檢測已成為國外石油行業強制性要求[3]。四川油氣田自20世紀90年代最早引進使用特殊扣套管，但在生產過程中一直存在套管螺紋泄漏現象，某區塊30口井有超過半數環空帶壓[4]。為確保金壇鹽穴儲氣庫注采井長期安全運行，注采完井管柱近期均引進特殊扣型氣密套管；同時，并先后組織專業套管隊進行下套管作業、上扣扭矩檢測、涂抹專用密封脂，目的通過現場措施盡量保證螺紋密封性完好[5]。盡管在金壇儲氣庫注采井完井作業中采取一系列措施確保螺紋密封，但目前還是有4口井出現環空帶壓，給儲氣庫安全運行帶來一定隱患[6]。為確保金壇儲氣庫后期注采氣安全、可靠運行，特引進螺紋氣密封檢測技術對注采管柱螺紋連接進行氣密封檢測。現場應用表明，該技術能有效對管柱螺紋密封性進行檢測，有效剔除泄漏油套管，保證了注采氣井井筒的密封性[7]。

1 檢測原理

油套管螺紋氣密封檢測技術主要利用氦氣分子直徑比天然氣小、更易滲漏的特點，在油套管下井之前，從油管或套管管柱內下入有雙封隔器的測試工具，向測試工具內注入氦氮混合氣，工具座封，加壓至規定值，穩壓一定時間后泄壓，利用氦氣(見表1)分子直徑很小、在氣密封扣中易滲透的特點[8]，通過高靈敏度的氦氣探測器在螺紋連接外探測氦氣有無泄漏，從而來判斷螺紋連接的密封性。

2 設備簡介

氣密封檢測設備(見圖1)主要包括液氣動力系統、增壓系統及檢測氣源、檢測執行系統、控制系統及其他輔助系統。

表1 常溫下不同介質的滲透率表

圖1 氣密封檢測設備示意圖

液氣動力系統為增壓儲能器提供高壓水源，為絞車及操作臺提供液壓源、氣源，并攜帶相關驅動裝置的高壓設備。增壓儲能器則利用來自液氣動力系統的高壓水源，對進入儲能器的氦氮混合氣體進行增壓的壓力容器。檢測系統主要包括液氣動力系統，由原動機及其輔助裝置，高壓柱塞泵、液壓泵、氣泵、各種閥件和氣路、液路高低壓管線等組成。增壓系統及檢測氣源由增壓儲能器及進出口閥件、氦氮混氣裝置及氦氣瓶組成。檢測執行系統由檢測工具及其高壓管線、集氣套和檢漏儀組成[9]。控制系統及輔助系統由絞車及操作臺、井架操作臺、井架滑輪組成。

圖2 金壇儲氣庫注采管柱示意圖

圖3 金壇儲氣庫注采完井示意圖

3 現場應用

3.1 井況簡介

金壇儲氣庫注采井統一采用外徑177.8 mm、壁厚9.19 mm、氣密螺紋、鋼級N80注采管柱，管柱配套工具有流動短節、井下安全閥、封隔器、坐落接頭及引鞋[10，11]。排鹵管柱使用API NU螺紋的普通油管，管柱配套有坐落接頭，管柱結構為：引鞋+短油管+坐落接頭+油管[12](見圖2、圖3)。

3.2 施工操作步驟

3.2.1 準備5段 啟動設備，將高壓水泵與供水管線連接好，打開氮氣、氦氣氣瓶，運轉發動機，按標準檢查設備各部分，確認設備正常。把檢測工具在待測套管外下放，讓檢測工具的雙封隔器中間點對應于待測套管接箍中部，然后在絞車鋼絲繩上做好記號，對鋼絲繩位置進行標定[13]。待測套管上扣完成后，將檢測工具放入到待測套管內，上提套管直到待測接箍高出鉆臺面一定高度，調整檢測工具位置定位在套管內接箍的上下位置，將檢測集氣套扣在套管接箍上，將檢漏儀探測頭插入檢測護套的通孔。

3.2.2 氦氣增壓 儲能器中加載檢測氣體，待儲能器內壓力達到4 MPa～6 MPa后，關閉氣控氣源供氣閥，將工具放空閥打開，坐封測試閥、儲能排液閥關閉，啟動高壓水泵將儲能器內的混合氣體打壓，讓檢測工具坐封。

3.2.3 加壓、檢測 高壓水泵繼續對工具和儲能器打壓，直至達到檢測壓力，停泵，關閉坐封閥，穩壓20 s后泄壓，根據檢漏儀探測到的氦氣泄漏率來判斷螺紋密封性能是否合格。若泄漏率超過2×10-7bar·mL/s，則表明螺紋密封性不合格，需采取相應的整改措施；若泄漏率低于 2×10-7bar·mL/s，則表明螺紋密封性能合格[14]。

3.2.4 泄壓、解封 檢測完畢后將坐封閥、儲能排液閥打開，泄掉儲能器內壓力，然后關閉坐封測試閥，打開工具放空閥，將卡封工具壓力泄掉，解封，取出測試工具，繼續檢測下一螺紋密封性[15]。重復以上操作步驟，直到所有待測管柱螺紋全部檢測完畢(見圖4)。

3.3 應用實例

2017年在金壇儲氣庫4口井先后進行5次螺紋氣密封檢測施工作業，套管扣型主要包括API NU和BGT2兩種扣型。經過現場施工作業數據統計分析，兩種扣型油套管螺紋均存在泄漏，單井最大泄漏率為3.51%，平均泄漏率為2.23%(見表2)。現場采取的整改措施如下：(1)對油套管螺紋進行二次上扣；(2)卸開對扣并對密封臺5面和螺紋進行再次清理，重新上扣；(3)更換油套管母螺紋接頭；(4)清理不密封油套管，更換新油套管。

表2 金壇鹽穴儲氣庫氣密封檢測數據統計表

圖4 設備加壓、坐封檢測5段示意圖

4 主要結論

(1)油套管螺紋氣密封檢測技術，可以有效的剔除螺紋密封不嚴的套管入井，保證了井筒密封性。

(2)造成油套管螺紋密封不嚴泄漏的原因是多方面的，不能單靠入井前通徑、螺紋清理、涂抹密封脂、扭矩檢測等措施，來避免和判別油套管螺紋連接處是否存在泄漏。

(3)油套管螺紋密封檢測設備目前已經國產化，檢測費用也大幅降低，建議在鹽穴儲氣庫注采完井作業中全面推廣使用，為鹽穴儲氣庫長期注采氣運行提供可靠的安全保障。

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