分享：某高压气井特殊螺纹接头油管泄漏原因分析

摘 要:某高压气井特殊螺纹接头油管发生泄漏,结合油管泄漏检查结果,采用化学成分分析、 力学性能试验等方法,对油管泄漏的原因进行了分析.结果表明:油管密封面泄漏主要集中在 ３９００~４８６９．４９m井段,其中４２００~４５００m 井段油管密封面全部泄漏,油管泄漏既与弯曲载荷 有关,也与油管刚度有关;天然气从接箍端面渗入的油管集中在１８００~４８６９．４９m 井段,其原因可 能与温度升高之后螺纹脂性能发生变化有关,也可能与油管柱承受的载荷分布有关;多根油管接头 泄漏,说明该种油管接头气密封性能不满足该井使用要求. 

关键词:油管;特殊螺纹接头;接箍;泄漏 

中图分类号:TE９７３ 文献标志码:B 文章编号:１００１Ｇ４０１２(２０１８)０７Ｇ０５１９Ｇ０４

油管柱泄漏,套压异常升高,是油田容易发生的 失效事故[１Ｇ５].一旦套压异常升高,油田必须进行修 井作业,这不但会花费大量的人力和物力,而且存在 很大的安全风险.如果油管柱泄漏是油管穿孔或者 断裂所致,起出油管柱之后很容易找到油管柱泄漏 位置;如果油管螺纹接头泄漏导致套压异常升高,现 场作业人员要确定油管泄漏位置及泄漏接头数量是 相当困难的.由于没有找到油管接头泄漏的真正原 因,虽然油田花费大量资金进行了修井作业,但却没 有一个有效的预防措施,此类事故仍然会不断发生.

２０１５年４月１８日,某井 A,B,C环空压力突然升 高.该 井 完 井 管 柱 下 深 ５ ２０９．９ m. 其 中 ?８８．９mm×７．３４mm规格１３Cr钢１１０级特殊螺纹接 头油管所处井段为９．０１~１９４９．９６m,?８８．９mm× ６．４５mm规格１３Cr钢１１０级特殊螺纹接头油管所 处井 段 为１９４９．９６~４６４０．３２m,封 隔 器 位 置 井 深 ４６４０．８６~４６４２．６６m.为了找出该井油管接头泄漏原因,笔者对该井起出的油管螺纹接头现场端进 行了多种理化检验和分析,并提出了相应的改进措 施,以期避免或减小此类事故的再次发生. 

１ 理化检验 

１．１ 油管泄漏情况统计分析 

油管泄漏情况检验分析结果见表１和图１,部 分油管接头宏观形貌如图２~４所示.封隔器位置 为４６４０．３２~４６４２．６６ m,封 隔 器 以 下 到 井 底 ４６５５．１０~４８６９．４９m井段有２０根油管,其中密封 面泄漏的油管有１３根,占６５％;接箍端面渗入的油 管有７根,占３５％.

１．２ 化学成分分析 

采用 ARL４４６０直读光谱仪对油管试样进行化 学成分分析,结果见表２.根据化学成分分析结果 判断,油管试样的化学成分满足用户要求.

１．３ 力学性能试验 

沿油管管体纵向取１９．１ mm×５０ mm 板状拉 伸试样,沿接箍纵向取?６．２５ mm×２５ mm 棒状拉 伸试样,沿管体纵向取５５mm×１０mm×５mm 夏 比 V 型 缺 口 冲 击 试 样,沿 接 箍 纵 向 取 ５５ mm× １０mm×７．５mm夏比 V 型缺口冲击试样.拉伸和 冲击试验结果见表 ３,可见管体屈服强度、抗拉强 度、断后伸 长 率 和 纵 向 冲 击 吸 收 能 量 均 满 足 用 户 要求. 

２ 分析与讨论 

２．１ 密封面泄漏及天然气从接箍端面渗入的油管 接头判定 

油管柱泄漏之后会导致套压异常升高.如果是 油管穿孔或者断裂导致油管柱泄漏,起出油管柱之 后很容易找到油管柱穿孔或者断裂位置[６Ｇ１０];如果 是螺纹接头泄漏,一般不会使螺纹接头几何形状发 生改变,但是天然气流过螺纹接头表面后会使整个 螺纹接头表面颜色发生变化,如图２所示,甚至发生 局部腐蚀,如图３所示.螺纹接头表面颜色发生变 化的原因是天然气流过螺纹接头表面后天然气中的 部分碳原子沉积在螺纹接头表面,螺纹接头表面发 生局部腐蚀的介质是天然气中所含的 CO２ 和凝析 水[１１Ｇ１３].依据螺纹接头表面颜色特征及腐蚀形貌 最终确定了该井油管螺纹接头的泄漏数量.

天然气从接箍端面渗入同样不会使螺纹接头几 何形状发生改变,天然气从接箍端面渗入并没有导 致螺纹接头泄漏,因此只有与天然气接触的螺纹接 头大端局部区域表面变色,如图４所示.螺纹接头 局部表面变色原因也是天然气中的部分碳原子沉积 的结果,如果天然气从接箍端面渗入和油管接头泄 漏同时存在,用肉眼只能判定油管接头泄漏,而无法 判定是否天然气从接箍端面渗入.依据螺纹接头变 色特征最终确定了该井天然气从接箍端面渗入的油 管接头数量.

２．２ 油管泄漏规律及原因分析 

靠近井口油管受拉伸载荷最大,油管容易发生 泄漏事故.该井０~６００ m 井段却没有泄漏,说明 拉伸载荷不是导致该井油管密封面泄漏的主要原因.图５为油管柱受不同载荷时弹性变形示意图, 油管泄漏最集中的井段在３９００~４８６９．４９m 井段, 其中４２００~４５００m 井段油管密封面全部泄漏,越 靠近井底,油管柱所受的弯曲载荷越大,这说明导致 油管泄漏的载荷与弯曲载荷有关.油管泄漏最严重 的油管为?８８．９ mm×６．４５ mm 规格 １３Cr钢 １１０ 级特殊螺纹接头油管,该油管柱刚度最弱,这说明油 管泄漏也与油管的刚度有关. 

２．３ 天然气从接箍端面渗入规律及原因分析

全井接箍端面气体渗入的油管共有３２根,占总 油管数的６．５％.在０~１８００m 井段没有接箍端面 气体渗入的油管.接箍端面气体渗入的油管集中在 １８００~４８６９．４９m井段,其中４５００~４８６９．４９ m 井段接箍端面气体渗入的油管有１１根,占该井段油 管总量的３６．７％;３３００~３６００m 井段接箍端面气 体渗入的油管有７根,占该井段油管总量的２２．６％. ４２００~４５００m井段没有发现接箍端面气体渗入的 油管,其痕迹可能被密封面泄漏的痕迹掩盖.

接箍 端 面 气 体 渗 入 的 油 管 集 中 在 １８００~ ４８６９．４９m井段,该井段温度范围为１０９~１２８ ℃; 在４５００~４８６９．４９m井段接箍端面气体渗入的油 管比例最高,其温度范围为１２８~１３２ ℃;而在０~１８００m井段却没有接箍端面气体渗入的油管,其温 度范围为７９~１０９℃.油管接箍端面渗入可能与温 度升高之后螺纹脂性能发生变化有关,也可能与油 管柱承受的载荷分布有关[１４].当温度升高之后,螺 纹脂中的油脂会老化,失去原有的附着能力,天然气 容易渗入.在交变载荷作用下,内、外螺纹接头大端 接触应力较大部位温度升高致使螺纹脂老化,螺纹 脂在螺纹表面的结合力降低,天然气容易渗入.

２．４ 油管接头密封性能分析 

特殊螺纹接头油管应当具有气密封性能,该井 虽然采用了特殊螺纹接头油管,但多根油管接头泄 漏,说明该种油管接头气密封性能不足,不满足该井 使用要求.

３ 结论及建议 

油管泄漏主要集中在３９００~４８６９．４９m 井段, 其中４２００~４５００m 井段油管密封面全部泄漏,导 致油管柱泄漏的原因既与弯曲载荷有关,也与油管 刚度有关.天然气从接箍端面渗入的油管集中在 １８００~４８６９．４９m井段,其原因可能与温度升高之 后螺纹脂性能发生变化有关,也可能与油管柱承受 的载荷分布有关.其中多根油管接头泄漏,说明该 种油管接头的气密封性能不满足该井使用要求.

建议在完井管柱设计时增加失效井段油管的刚 度,同时在 油 管 使 用 前 进 行 油 管 接 头 气 密 封 性 能 检验. 

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文章来源——材料与测试网