复配防腐油管高温高压气密性检测试验

李艳飞 ，刘春苗 ，葛俊瑞 ，和鹏飞 ，袁则名

（1.中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海 200335；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

东海X气田天然气中含有较高的CO2组分，气井产水且井下处于高温高压（150℃，50 MPa）状态。在此腐蚀环境下，生产管柱需选择较高的防腐材质。在实际生产过程中，井筒内温度和压力自下而上逐渐降低，为降低开发成本，上部油管可选择较低防腐级别的油管；下部油管由于受力相对较小，可以选择较低钢级的油管。由于不同防腐材质、不同钢级油管螺纹温度膨胀系数不同，电位也不同，可能会产生螺纹连接缝隙变化或腐蚀，进而降低油管螺纹连接处的气密性[1-3]。而高温高压气井对生产管柱的气密性要求比常规井更高，因此有必要针对不同防腐材质、不同钢级复配的油管螺纹连接进行气密性检测试验，以验证复配油管螺纹连接的气密性[4，5]。

1 气密性检测试验

1.1 试验目的与试验方法

试验目的：测试不同防腐材质、不同钢级复配油管在常温、高温两种环境下螺纹连接的气密性能。

试验方法：特别制作一个公扣丝堵和母扣丝堵，与两个不同钢级的油管短节连接成为试验管串，实现不同防腐材质、不同钢级的3组复配油管气密螺纹相互连接，采用高压气泵作为气源和压力源，采用止压阀控制和截断压力传递，采用压力计进行评估，每次试验均可实现对3组螺纹连接的气密性检测，简单高效。为更好对比不同条件下油管气密性，本次试验分5阶段进行，即：无腐蚀环境油管常温气密性试验、无腐蚀环境的高温气密性试验、腐蚀环境下液体密封试验以及腐蚀后的常温、高温气密性试验，试验流程（见图1）。

1.2 试验样品及试验装置

本次气密性检测试验样品包括油管短节两个、油管堵头两个（公扣丝堵和母扣丝堵各一个），用到模拟地层水、高压气泵、压力表、恒温水槽、恒温烤箱以及高温试验井筒。油管短节和油管堵头参数（见表1）。

复配油管常温气密性检测试验管串连接图（见图2）。

试验管串在恒温水箱试验图（见图3），最高试验温度为100℃。高温试验井筒（见图4），其深度为4.5 m，最高试验温度为250℃。

图1 复配油管连接气密性检测试验示意图

表1 试验样品参数表

图2 复配油管常温气密性检测试验管串连接图

图3 恒温水箱连接图

图4 高温试验井筒（250℃，4.5 m）

2 试验结果分析

2.1 常温气密性试验

在常温环境下进行气密封试验，试验压力升高至20 MPa时，水槽中试验样品无气泡冒出，保压初期很短时间压力下降较快，随后压力缓慢下降。

试验压力继续升高至35 MPa，保压曲线与20 MPa时的保压曲线趋势相同，在保压初期很短的时间内压力下降较快随后压力缓慢下降，分析此现象与压力系统有关；在整个试验过程中试验样品位于水槽中，无气泡冒出，判断试验样品无气体泄漏。综合分析，试验管串在常温高压下气密封性能良好。

2.2 高温气密性试验

将试验管串放置于高温试验井筒内，加温至150℃进行气密封试验，试验压力升高至20 MPa时，试验井中试验样品无气泡冒出，保压初期很短时间压力下降较快，随后压力缓慢下降。

试验压力继续升高至35 MPa，在保压初期很短的时间内压力下降较快随后压力缓慢下降，整个试验过程中无气泡冒出，判断试验样品无气体泄漏。综合分析，试验管串在高温高压下气密封性能良好。

2.3 腐蚀环境下高温液体密封试验

将试验管串放置于烤箱内，加热升温至150℃进行液体密封试验，试验液体为溶解有CO2的模拟地层水，由于油管内液体受热膨胀，以及液体中溶解气的析出，导致压力升高，打开手动泄压阀排出膨胀液体，油管压力下降，之后将油管内析出气体排空，关闭手动泄压阀，油管内压力稳定在38 MPa，并保持5 d不变，说明该油管在150℃、38 MPa的腐蚀环境下，液体密封良好。

将试验管串放置于恒温水槽内，恒温水浴加热至99℃进行液体密封试验，油管内压力稳定在39 MPa，并保持25 d不变。说明该油管在99℃、39 MPa的腐蚀环境下，液体密封良好。

2.4 腐蚀后常温气密性测试

经过30 d左右的液体腐蚀试验后，将试验管柱放置于常温环境下再次进行气密封试验，试验压力升高至35 MPa，压力曲线有缓慢下降趋势，水槽中试验样品无气泡冒出，判断此时试验管串无气体泄漏，说明经过腐蚀试验后的试验管串在常温高压下气密封性能保持良好。

2.5 腐蚀后高温气密性测试

将试验管柱放置于高温试验井筒内再次进行气密封试验，试验温度升高至156℃，试验压力升高至35 MPa，压力曲线呈现缓慢下降趋势，无气泡冒出，说明经过腐蚀试验后的试验管串在高温高压下气密封性能保持良好。

2.6 对比分析

气密封检测试验结果对比（见表2）。从常温高压和高温高压气密试验结果来看，在20 MPa压力下整体压降较小，随时间推移呈现逐渐平稳的趋势；在35 MPa压力下整体压降相对较大，这与气泵压力的稳定性有关，高温下整体压降相对较小。

从腐蚀环境下高温高压液体密封试验结果可以看出，压力系统可保持长时间的压力稳定，液体密封性良好。从腐蚀后常温高压和高温高压气密试验结果来看，常温下整体压降明显较大，高温下整体压降明显较小，而试验过程均无气体泄漏，可以看出高温下气密性能更为良好。

表2 气密封试验结果对比

3 结论

将 13Cr-L80、13Cr-P110、13Cr-L80、超级 13Cr-P110的气密封螺纹依次连接，进行常温高压、高温高压、腐蚀后常温高压、腐蚀后高温高压等多组气密性检测试验，得出结论如下：

（1）相同材质（13Cr）、不同钢级（P110与 L80）的气密螺纹油管在X气田的地层水环境及高温高压（温度150℃，压力35 MPa）条件下复配使用时，其气密性保持良好。

（2）不同材质、不同钢级（超级13Cr-P110和13Cr-L80）的气密螺纹油管在X气田的地层水环境及高温高压（温度150℃，压力35 MPa）条件下复配使用时，其气密性保持良好。

（3）常温试验的整体压降明显大于高温试验的整体压降，而试验过程均无气体泄漏，由此可以得出，气密螺纹扣油管气密性能在高温状态下更为良好。