復(fù)配防腐油管高溫高壓氣密性檢測(cè)試驗(yàn)

李艷飛 ，劉春苗 ，葛俊瑞 ，和鵬飛 ，袁則名

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海 200335；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

東海X氣田天然氣中含有較高的CO2組分，氣井產(chǎn)水且井下處于高溫高壓（150℃，50 MPa）狀態(tài)。在此腐蝕環(huán)境下，生產(chǎn)管柱需選擇較高的防腐材質(zhì)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，井筒內(nèi)溫度和壓力自下而上逐漸降低，為降低開(kāi)發(fā)成本，上部油管可選擇較低防腐級(jí)別的油管；下部油管由于受力相對(duì)較小，可以選擇較低鋼級(jí)的油管。由于不同防腐材質(zhì)、不同鋼級(jí)油管螺紋溫度膨脹系數(shù)不同，電位也不同，可能會(huì)產(chǎn)生螺紋連接縫隙變化或腐蝕，進(jìn)而降低油管螺紋連接處的氣密性[1-3]。而高溫高壓氣井對(duì)生產(chǎn)管柱的氣密性要求比常規(guī)井更高，因此有必要針對(duì)不同防腐材質(zhì)、不同鋼級(jí)復(fù)配的油管螺紋連接進(jìn)行氣密性檢測(cè)試驗(yàn)，以驗(yàn)證復(fù)配油管螺紋連接的氣密性[4，5]。

1 氣密性檢測(cè)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)?zāi)康呐c試驗(yàn)方法

試驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)試不同防腐材質(zhì)、不同鋼級(jí)復(fù)配油管在常溫、高溫兩種環(huán)境下螺紋連接的氣密性能。

試驗(yàn)方法：特別制作一個(gè)公扣絲堵和母扣絲堵，與兩個(gè)不同鋼級(jí)的油管短節(jié)連接成為試驗(yàn)管串，實(shí)現(xiàn)不同防腐材質(zhì)、不同鋼級(jí)的3組復(fù)配油管氣密螺紋相互連接，采用高壓氣泵作為氣源和壓力源，采用止壓閥控制和截?cái)鄩毫鬟f，采用壓力計(jì)進(jìn)行評(píng)估，每次試驗(yàn)均可實(shí)現(xiàn)對(duì)3組螺紋連接的氣密性檢測(cè)，簡(jiǎn)單高效。為更好對(duì)比不同條件下油管氣密性，本次試驗(yàn)分5階段進(jìn)行，即：無(wú)腐蝕環(huán)境油管常溫氣密性試驗(yàn)、無(wú)腐蝕環(huán)境的高溫氣密性試驗(yàn)、腐蝕環(huán)境下液體密封試驗(yàn)以及腐蝕后的常溫、高溫氣密性試驗(yàn)，試驗(yàn)流程（見(jiàn)圖1）。

1.2 試驗(yàn)樣品及試驗(yàn)裝置

本次氣密性檢測(cè)試驗(yàn)樣品包括油管短節(jié)兩個(gè)、油管堵頭兩個(gè)（公扣絲堵和母扣絲堵各一個(gè)），用到模擬地層水、高壓氣泵、壓力表、恒溫水槽、恒溫烤箱以及高溫試驗(yàn)井筒。油管短節(jié)和油管堵頭參數(shù)（見(jiàn)表1）。

復(fù)配油管常溫氣密性檢測(cè)試驗(yàn)管串連接圖（見(jiàn)圖2）。

試驗(yàn)管串在恒溫水箱試驗(yàn)圖（見(jiàn)圖3），最高試驗(yàn)溫度為100℃。高溫試驗(yàn)井筒（見(jiàn)圖4），其深度為4.5 m，最高試驗(yàn)溫度為250℃。

圖1 復(fù)配油管連接氣密性檢測(cè)試驗(yàn)示意圖

表1 試驗(yàn)樣品參數(shù)表

圖2 復(fù)配油管常溫氣密性檢測(cè)試驗(yàn)管串連接圖

圖3 恒溫水箱連接圖

圖4 高溫試驗(yàn)井筒（250℃，4.5 m）

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 常溫氣密性試驗(yàn)

在常溫環(huán)境下進(jìn)行氣密封試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力升高至20 MPa時(shí)，水槽中試驗(yàn)樣品無(wú)氣泡冒出，保壓初期很短時(shí)間壓力下降較快，隨后壓力緩慢下降。

試驗(yàn)壓力繼續(xù)升高至35 MPa，保壓曲線與20 MPa時(shí)的保壓曲線趨勢(shì)相同，在保壓初期很短的時(shí)間內(nèi)壓力下降較快隨后壓力緩慢下降，分析此現(xiàn)象與壓力系統(tǒng)有關(guān)；在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)樣品位于水槽中，無(wú)氣泡冒出，判斷試驗(yàn)樣品無(wú)氣體泄漏。綜合分析，試驗(yàn)管串在常溫高壓下氣密封性能良好。

2.2 高溫氣密性試驗(yàn)

將試驗(yàn)管串放置于高溫試驗(yàn)井筒內(nèi)，加溫至150℃進(jìn)行氣密封試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力升高至20 MPa時(shí)，試驗(yàn)井中試驗(yàn)樣品無(wú)氣泡冒出，保壓初期很短時(shí)間壓力下降較快，隨后壓力緩慢下降。

試驗(yàn)壓力繼續(xù)升高至35 MPa，在保壓初期很短的時(shí)間內(nèi)壓力下降較快隨后壓力緩慢下降，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)氣泡冒出，判斷試驗(yàn)樣品無(wú)氣體泄漏。綜合分析，試驗(yàn)管串在高溫高壓下氣密封性能良好。

2.3 腐蝕環(huán)境下高溫液體密封試驗(yàn)

將試驗(yàn)管串放置于烤箱內(nèi)，加熱升溫至150℃進(jìn)行液體密封試驗(yàn)，試驗(yàn)液體為溶解有CO2的模擬地層水，由于油管內(nèi)液體受熱膨脹，以及液體中溶解氣的析出，導(dǎo)致壓力升高，打開(kāi)手動(dòng)泄壓閥排出膨脹液體，油管壓力下降，之后將油管內(nèi)析出氣體排空，關(guān)閉手動(dòng)泄壓閥，油管內(nèi)壓力穩(wěn)定在38 MPa，并保持5 d不變，說(shuō)明該油管在150℃、38 MPa的腐蝕環(huán)境下，液體密封良好。

將試驗(yàn)管串放置于恒溫水槽內(nèi)，恒溫水浴加熱至99℃進(jìn)行液體密封試驗(yàn)，油管內(nèi)壓力穩(wěn)定在39 MPa，并保持25 d不變。說(shuō)明該油管在99℃、39 MPa的腐蝕環(huán)境下，液體密封良好。

2.4 腐蝕后常溫氣密性測(cè)試

經(jīng)過(guò)30 d左右的液體腐蝕試驗(yàn)后，將試驗(yàn)管柱放置于常溫環(huán)境下再次進(jìn)行氣密封試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力升高至35 MPa，壓力曲線有緩慢下降趨勢(shì)，水槽中試驗(yàn)樣品無(wú)氣泡冒出，判斷此時(shí)試驗(yàn)管串無(wú)氣體泄漏，說(shuō)明經(jīng)過(guò)腐蝕試驗(yàn)后的試驗(yàn)管串在常溫高壓下氣密封性能保持良好。

2.5 腐蝕后高溫氣密性測(cè)試

將試驗(yàn)管柱放置于高溫試驗(yàn)井筒內(nèi)再次進(jìn)行氣密封試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度升高至156℃，試驗(yàn)壓力升高至35 MPa，壓力曲線呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)，無(wú)氣泡冒出，說(shuō)明經(jīng)過(guò)腐蝕試驗(yàn)后的試驗(yàn)管串在高溫高壓下氣密封性能保持良好。

2.6 對(duì)比分析

氣密封檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比（見(jiàn)表2）。從常溫高壓和高溫高壓氣密試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，在20 MPa壓力下整體壓降較小，隨時(shí)間推移呈現(xiàn)逐漸平穩(wěn)的趨勢(shì)；在35 MPa壓力下整體壓降相對(duì)較大，這與氣泵壓力的穩(wěn)定性有關(guān)，高溫下整體壓降相對(duì)較小。

從腐蝕環(huán)境下高溫高壓液體密封試驗(yàn)結(jié)果可以看出，壓力系統(tǒng)可保持長(zhǎng)時(shí)間的壓力穩(wěn)定，液體密封性良好。從腐蝕后常溫高壓和高溫高壓氣密試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，常溫下整體壓降明顯較大，高溫下整體壓降明顯較小，而試驗(yàn)過(guò)程均無(wú)氣體泄漏，可以看出高溫下氣密性能更為良好。

表2 氣密封試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

3 結(jié)論

將 13Cr-L80、13Cr-P110、13Cr-L80、超級(jí) 13Cr-P110的氣密封螺紋依次連接，進(jìn)行常溫高壓、高溫高壓、腐蝕后常溫高壓、腐蝕后高溫高壓等多組氣密性檢測(cè)試驗(yàn)，得出結(jié)論如下：

（1）相同材質(zhì)（13Cr）、不同鋼級(jí)（P110與 L80）的氣密螺紋油管在X氣田的地層水環(huán)境及高溫高壓（溫度150℃，壓力35 MPa）條件下復(fù)配使用時(shí)，其氣密性保持良好。

（2）不同材質(zhì)、不同鋼級(jí)（超級(jí)13Cr-P110和13Cr-L80）的氣密螺紋油管在X氣田的地層水環(huán)境及高溫高壓（溫度150℃，壓力35 MPa）條件下復(fù)配使用時(shí)，其氣密性保持良好。

（3）常溫試驗(yàn)的整體壓降明顯大于高溫試驗(yàn)的整體壓降，而試驗(yàn)過(guò)程均無(wú)氣體泄漏，由此可以得出，氣密螺紋扣油管氣密性能在高溫狀態(tài)下更為良好。