套管气密封检测技术在深层采气井中应用

马晓伟

(大庆钻探工程公司 钻井工程技术研究院，黑龙江 大庆 163413)①



套管气密封检测技术在深层采气井中应用

马晓伟

(大庆钻探工程公司 钻井工程技术研究院，黑龙江 大庆 163413)①

摘要：为了解决套管螺纹上扣不到位、螺纹质量不合格导致的深层天然气开采过程中发生泄露的问题，开展了套管螺纹气密封检测技术研究。通过向套管螺纹连接内壁内注入高压氦气，利用套管外侧集气罩上的氦气传感器检测套管螺纹是否泄露。现场应用20口井，检测出有7口井的73根套管螺纹处发生泄漏。通过重新上扣、及时更换不合格套管等方法，规范了下套管作业标准，杜绝不合格套管入井，形成了成熟的气密封检测技术。目前，该项技术已成为大庆油田解决套管泄漏、保障深层天然气井安全开采的主导技术，已在天然气开发井全面推广应用。

关键词：套管；螺纹；气体密封；检测器

随着深井、水平井等技术的应用越来越广泛，天然气的开发规模也逐渐增大。为最大限度地降低由于套管螺纹泄漏而造成的事故风险，对套管的密封性检测也显得越来越重要。套管螺纹的密封与压力介质密切相关，压力介质分子直径不同，其渗透率也不同。因此，气体比液体更难密封，这对高压天然气井、大跨度水平井的套管密封性提出了更高的要求。套管螺纹泄漏通常是由于气密螺纹的加工质量问题、上扣转矩问题、螺纹磕碰、螺纹不清洁等原因造成，影响因素随机存在，因此不能完全排除。据统计，18%以上全新套管的气密封螺纹存在泄漏现象，直接入井将造成重大经济损失。

美国L公司在1970年首先提出套管螺纹氦气密封检测技术，能在现场对入井油套管逐个检测，有效检测出不合格的套管螺纹，及时对不密封螺纹做出预报，确保入井套管合格、密封。目前，L公司在美国、墨西哥、南美等地多家石油公司中使用气密封检测技术来检测入井管柱的密封性，已检测数千井次，对油套管螺纹的气密封检测已成为强制性要求。

在国内，安东石油技术有限公司于2008年首次在塔里木油田使用气密封检测技术。2009年，西南油田分公司、吉林油田等开始应用该技术。2010年，中石油、中石化、中海油的大部分油气井普遍应用该技术，重点井、储气库井的油套、技套、油管需全部检测。

1气密封检测技术

1.1检测设备

套管的气密封检测设备主要由动力源设备、储能器、操作台、封隔器、氦气检测仪、集气套、气瓶组等组成。如图1所示。

图1　套管的气密封检测设备

1)动力源设备。主要为储能器、绞车等提供液压动力，最高压力可达140 MPa。

2)气瓶组。用来储存氮气、氦气。

3)储能器。用来产生高压气体，气瓶中的混合气体在储能器中被液压动力压缩到检测压力。

4)操作台。控制封隔器的上提、下放，控制氮气、氦气混合气体注入压力，控制封隔器坐封、加压、解封。

5)封隔器。下入到套管内，用来密封套管螺纹两端空间。

6)集气套。为氦气检测仪提供检测空间。

7)氦气检测仪。用来检测集气套内氦气含量。

1.2检测方法及原理

在套管螺纹连接前下入封隔器，上扣后，向封隔器内注入氮气、氦气混合气体(体积比11∶1)，封隔器坐封，使套管螺纹两端形成密闭空间。加压到70 MPa，由于氦气分子直径小(如表1)，渗透性强，如果套管螺纹连接有问题，氦气会穿过螺纹进入到集气套，使高灵敏度吸入式氦气检漏仪报警，需重新上扣或更换套管。

表1　常温下不同介质的渗透率

1.3操作工序与步骤

1.3.1设备准备

首先，把地面气密封设备通过管线连接起来(如图2所示)。调整动力源电压、相序正确。打开气瓶组气源和驱动气源，检查设备运转是否正常。连接钻台氦气检测设备和封隔器，调试预坐封、加压、泄压动作是否正常，做好气密封检测准备工作。

图2　气密封检测设备连接示意

1.3.2封隔器坐封

套管未连接前下入封隔器，套管上扣完毕后，调节封隔器位置，使之能够密封套管螺纹两端空间。在套管螺纹处安装集气套和氦气检测仪。在操作台上按下坐封按钮，高压气体将推动封隔器内的活塞，通过两端胶筒变形进行坐封。

1.3.3加压

封隔器坐封完毕后，在操作台上按下加压按钮，液压动力源将推动储能器中的加压活塞，对储能器中的混合气体进行加压，并通过管线输送到坐封后的密封空间内，直到压力达到设定值后进行稳压。

1.3.4气密封检测

在整个过程中，集气套上的氦气检漏探头会对集气套内的气体进行探测和分析，并实时显示检测到的氦气含量值。如果氦气含量超过泄漏界定值，就会报警，说明螺纹密封不合格，需要采取整改措施。检测完毕后，按下泄压按钮完成泄压。

2现场应用

从2013年至今，该项技术在大庆 油田共应用20口井，气密封套管扣型主要包括TP-CQ、FOX、TP-G2等[6]。经过统计分析，不同扣型的油套管螺纹均有泄漏发生，平均泄漏率为2.3%，如表2所示。采取的整改措施为：①对套管螺纹进行二次紧扣；②卸开螺纹，检查螺纹是否完好，并对螺纹和密封面进行清理；③更换套管母螺纹接头；④卸开螺纹，重新更换一根套管。由于及时发现不合格套管，杜绝了泄漏套管入井。

表2　大庆油田套管螺纹气密封检测数据统计

同时规范了密封脂涂抹方式及用量，优化了不同扣型套管的上扣转矩，如表3。对于未使用套管气密封监测井具有借鉴及指导意义。

表3　大庆油田套管上扣转矩优化后数据统计

3结论

1)套管螺纹气密封检测技术可以有效杜绝泄露套管入井，目前已在深层天然气井全面应用，对于保障固井管串安全以及天然气井长期开采具有重要意义。

2)通过应用套管螺纹气密封检测技术，规范了密封脂涂抹方式及用量，优化了不同扣型套管上扣转矩，对于未使用套管气密封监测井具有重要的借鉴及指导意义。

3)套管螺纹气密封检测技术的核心部件目前均为国外产品，存在价格昂贵、维修周期长等问题，一定程度上限制了该项技术的推广。建议自主研发核心部件，加大推广力度。

参考文献：

[1]沈琛.试油测试工程监督[M].北京：石油工业出版社，2005.

[2]刘啸峰，陈实.气密封检测技术在高压深井中的应用[J].内蒙古石油化工，2010，36(23)：81-82.

[3]林勇，薛伟，李治，等.气密封检测技术在储气库注采井中的应用[J].天然气与石油，2012，30(1)：55-58.

[4]胡茂中，白国云.低充氦浓度氦质谱检漏技术应用研究[J].真空科学与技术学报，2011，31(2)：208-211.

[5]张富臣.高压气密封检测系统回收卸压装置及控制技术研究[D].大庆：东北石油大学，2011.

[6]高宝奎，高德利.高温高压井测试对套管安全的特殊影响[J].天然气工业，2002，22(4)：40-42.

[7]张宝岭，王西录，徐兴平.高压封隔器密封胶筒的改进 [J].石油矿场机械，2009，38(1)：85-87.

文章编号：1001-3482(2016)07-0072-03

收稿日期：①2015-12-23

作者简介：马晓伟(1980-)，男，黑龙江大庆人，工程师，2004年毕业于东北石油大学，主要从事欠平衡、气体钻井技术研究以及技术服务工作，E-mail：maxiaowei@cnpc.com.cn。

中图分类号：TE927.503

文献标识码：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