高壓氣井油管絲扣滲漏的原因分析

陳彪，于建，楊小騰(中國(guó)石化 西北油田分公司 雅克拉采氣廠，新疆 庫(kù)車(chē) 842017)

0 引言

在雅克拉等凝析氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，部分氣井在生產(chǎn)狀態(tài)、關(guān)井狀態(tài)、注氣狀態(tài)出現(xiàn)套壓異常升高情況。通過(guò)分析套壓上升規(guī)律判斷為油管絲扣滲漏導(dǎo)致套壓異常升高的可能性較大。套壓異常升高影響正常生產(chǎn)及注氣，同時(shí)產(chǎn)生井控風(fēng)險(xiǎn)及影響井筒完整性。因此研究找出造成油管絲扣滲漏的關(guān)鍵因素，并通過(guò)采取合理措施降低油管絲扣滲漏的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)高壓氣井的正常生產(chǎn)及井控安全有重要意義。

1 高壓氣井油管絲扣滲漏概況

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)外氣田高壓氣井普遍存在油管絲扣滲漏的現(xiàn)象，以雅克拉凝析氣田為例，雅克拉凝析氣田屬于深層(5 200 m)、高溫(140 ℃)、高壓(56 MPa)、中高含凝析油(200～800 g/m3)的邊底水凝析氣藏，完井油管扣型主要為FOX、BGT2以、TP-JC、EUE等扣型，根據(jù)統(tǒng)計(jì)氣密扣FOX與BGT2扣型發(fā)生滲漏的比例是22.8%，仿氣密扣的TP-JC扣型發(fā)生滲漏的比例是44.4%，高壓氣井油管絲扣滲漏現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

根據(jù)套管壓力變化情況，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)油管絲扣滲漏有以下四個(gè)特征：(1)油管絲扣滲漏在關(guān)井、注氣、氣舉等狀態(tài)更易發(fā)生；(2)油管絲扣滲漏套管壓力表現(xiàn)為緩慢逐漸上升，有別于封隔器失封及油管穿孔等現(xiàn)象；(3)套管環(huán)空泄出主要為天然氣，基本沒(méi)有液體；(4)若油套壓基本持平，上部油管絲扣滲漏可能性較大；若套壓明顯低于油壓下部油管絲扣滲漏可能性較大[1]。

2 油管絲扣滲漏原因分析

2.1 油管材質(zhì)抗腐蝕性影響

腐蝕發(fā)生部位通常是應(yīng)力集中部位，所以公扣或母扣往往更易腐蝕，導(dǎo)致管柱密封性降低，出現(xiàn)滲漏。腐蝕導(dǎo)致油管本體局部變薄、有坑槽，使抗擠和抗內(nèi)壓強(qiáng)度變低，在交變載荷的作用下，絲扣處更易泄漏。絲扣發(fā)生細(xì)微滲漏后，腐蝕氣體會(huì)進(jìn)一步造成絲扣密封面處的腐蝕點(diǎn)坑，進(jìn)而出現(xiàn)應(yīng)力集中，密封面的受力狀況更差，加劇滲漏的程度。

2.2 油管扣型因素

根據(jù)油管扣型的氣密性，油管可分為氣密扣、仿氣密扣和非氣密扣油管。目前在塔里木盆地應(yīng)用的氣密扣油管有FOX、BGT2、VAM等，仿氣密扣油管主要是TP-JC油管，非氣密扣油管有EUE、BTC、STC等。以雅克拉凝析氣田為例，氣密扣油管主要是FOX、BGT2，仿氣密扣油管主要是TP-JC，非氣密扣油管主要是EUE[2]。

(1)非氣密扣油管。以EUE油管為例，采用螺紋密封，螺紋接頭采用圓螺紋牙形設(shè)計(jì)，承載面角度30°，導(dǎo)向面角度30°；這種結(jié)構(gòu)接頭在拉伸載荷作用下，可能會(huì)發(fā)生滑脫失效。理論和實(shí)踐證明：EUE螺紋可實(shí)現(xiàn)100%密封液體但由于螺紋的齒頂和齒底存在間隙，氣密封能力只有管體的20%～30%。

(2)仿氣密扣油管。以TP-JC油管為例，采用螺紋密封，但其牙形結(jié)構(gòu)和EUE扣不一樣，能實(shí)現(xiàn)自鎖，避免接頭在拉伸載荷作用下發(fā)生滑脫失效。該種螺紋接頭密封液體能力100%，TP-JC螺紋承載側(cè)與導(dǎo)入側(cè)的倒圓角差為0.03 mm，理論泄漏量約為EUE螺紋的1/8，抗泄漏能力遠(yuǎn)高于EUE螺紋。試驗(yàn)表明，70 MPa下TP-JC螺紋接頭的密封合格率達(dá)98%。

(3)氣密扣油管。以FOX油管為例，起主要密封作用的是端面的金屬對(duì)金屬密封，螺紋主要起承受載荷的作用。主要有三個(gè)特點(diǎn)：①變螺距設(shè)計(jì)：降低單齒的最大承載，載荷分布更均勻；密封效果好，少粘扣、提高疲勞壽命；②圓弧面金屬密封：公母扣的密封部分由三段圓弧組成，三段圓弧的較好組合，過(guò)渡降低了局部應(yīng)力集中，提高了抗過(guò)扭矩和抗疲勞能力；③內(nèi)壁平滑設(shè)計(jì)：提高流動(dòng)效率和耐腐蝕性[3]。

2.3 作業(yè)質(zhì)量因素

(1)上扣扭矩的大小。油管絲扣上扣扭矩偏大，會(huì)增加絲扣接頭之間的壓力，易導(dǎo)致粘扣；粘扣會(huì)使油管絲扣工作狀態(tài)發(fā)生變化，降低絲扣接頭的密封性和強(qiáng)度，可能導(dǎo)致絲扣泄漏；上扣扭矩偏小，則金屬密封面接觸壓力不足，也影響絲扣的密封性能[4]。

(2)對(duì)扣和引扣方法。作業(yè)過(guò)程中要求慢速對(duì)扣，并且要引扣到位。如果偏斜快速對(duì)扣，引扣不到位，很容易造成絲扣粘扣。所以在特殊扣油管上扣過(guò)程中，要求必須使用對(duì)扣器和引扣鉗，以此來(lái)確保作業(yè)質(zhì)量。

(3)上扣速度。根據(jù)粘著磨損理論，上扣速度過(guò)快且超過(guò)最大允許速度時(shí)，油管絲扣上扣后摩擦發(fā)熱效率大于散熱效率，密封面的溫度急劇上升，使密封面的金屬軟化，就可能導(dǎo)致發(fā)生粘扣，影響密封效果。

(4)現(xiàn)場(chǎng)油管清洗檢查。現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求對(duì)每根油管入井前進(jìn)行清洗檢測(cè)，尤其是清洗油管絲扣，要求絲扣干凈完好，不能附著有細(xì)微雜質(zhì)。同時(shí)入井前也要對(duì)每根油管絲扣的質(zhì)量進(jìn)行人工檢查及確認(rèn)，杜絕不合格油管入井。

(5)扭矩儀誤差：根據(jù)特殊扣油管使用要求，特殊扣油管在上扣過(guò)程中必須使用扭矩儀，同時(shí)要求油管絲扣的上扣扭矩公差小。例如FOX油管絲扣上扣扭矩公差為±7%，遠(yuǎn)小于API油管上扣扭矩公差(±25%)。但是在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過(guò)程中，扭矩儀控制要確保油管絲扣的上扣扭矩公差小本身也存在一定的難度，所以現(xiàn)場(chǎng)一般采用先試扣的方法來(lái)盡量降低扭矩儀誤差。

(6)工具影響。潤(rùn)滑脂、油管鉗等工具對(duì)施工質(zhì)量的影響，一般氣密扣油管需要用專(zhuān)用潤(rùn)滑脂、專(zhuān)用的油管鉗才能保證上扣質(zhì)量。

(7)環(huán)境影響。 風(fēng)、沙，絲扣雜質(zhì)，扭矩增加。

2.4 產(chǎn)品質(zhì)量因素

油管絲扣加工質(zhì)量與精度越高，絲扣的密封性、抗粘性等效果越好。影響油管絲扣加工精度的因素有： 油管絲扣結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)參數(shù)、尺寸公差、油管材質(zhì)性能、加工工藝等。這些影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素對(duì)油管絲扣的密封性有所影響。

2.5 高壓注氣因素

雅克拉、大澇壩、輪臺(tái)等凝析氣田實(shí)施注氣13井次，套壓異常升高11井次，占84.6%。注氣后溫度和壓力發(fā)生變化，一般來(lái)說(shuō)注氣后井筒內(nèi)壓力增高，溫度降低。注氣后溫度和壓力發(fā)生變化，導(dǎo)致注氣管柱及封隔器等井下工具的受力和長(zhǎng)度發(fā)生改變，進(jìn)而影響甚至破壞整體井下管柱的密封效果。注氣前后溫度、壓力變化曲線如圖1所示，注氣井注氣后載荷與內(nèi)壓變化情況如表1所示。

表1 注氣井注氣后載荷與內(nèi)壓變化情況

圖1 注氣前后溫度、壓力變化曲線

井筒溫度降低，需增加上扣扭矩。注氣后筒溫度降低，對(duì)管柱扭矩要求增加。扭矩由螺紋扭矩與臺(tái)肩扭矩組成，其中螺紋扭矩基本不起密封作用，臺(tái)肩扭矩起主要密封作用。當(dāng)井筒溫度降低，螺紋扭矩增加，在總扭矩不變情況下，臺(tái)肩扭矩減少，可能對(duì)管柱密封性有一定影響。溫度下降超過(guò)10 ℃，螺紋扭矩增加10%，在總扭矩不變的情況下，臺(tái)肩扭矩將相應(yīng)減少，管柱密封性能降低。注氣后井筒平均溫度降低20 ℃以上，需要增加上扣扭矩以彌補(bǔ)臺(tái)肩的減少值。

2.6 生產(chǎn)激動(dòng)因素

多次開(kāi)、關(guān)井或產(chǎn)量調(diào)整導(dǎo)致油管受動(dòng)載荷影響。與開(kāi)井正常生產(chǎn)狀態(tài)下對(duì)比，關(guān)井狀態(tài)下井筒內(nèi)溫度降低，壓力升高導(dǎo)致管柱受力發(fā)生變化，影響管柱的密封性。

3 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

(1)通過(guò)開(kāi)展油管滲漏分析研究，得出了油管材質(zhì)、油管扣型、作業(yè)質(zhì)量、產(chǎn)品質(zhì)量、注氣影響等起六項(xiàng)因素與高壓氣井油管絲扣滲漏有關(guān)。

(2)高壓氣井要根據(jù)壓力溫度情況，流體腐蝕性質(zhì)，優(yōu)選氣密扣油管完井；同時(shí)根據(jù)腐蝕介質(zhì)選擇相應(yīng)的抗腐蝕油管。

(3)增加上扣扭矩。針對(duì)高壓氣井，尤其是高壓注氣井，下完井油管時(shí)，可適當(dāng)增加上扣扭矩。建議取廠家推薦的最佳扭矩與最大扭矩的平均值。

(4)加強(qiáng)作業(yè)環(huán)節(jié)的監(jiān)管。作業(yè)環(huán)節(jié)中的種種因素都對(duì)油管絲扣的滲漏起著不容忽視的作用，需加強(qiáng)作業(yè)環(huán)節(jié)下油管的質(zhì)量監(jiān)管。