【摘 要】
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CO2埋存技术是实现不影响经济发展且减少碳排放的关键措施,其中最关键的技术之一是要保证井筒的密封完整性,避免埋存的CO2泄漏到大气中。而CO2埋存条件下,固井水泥环会受到严重的腐蚀,其密封性能会受到严重的威胁。同时,CO2埋存条件中还可能存在其它的腐蚀性离子,比如Mg2+和SO42-,多种离子共同存在是否会加重水泥石腐蚀是采取固井水泥环密封完整性保证措施的依据。为此,本文探索研究了不同组合共存条件
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CO2埋存技术是实现不影响经济发展且减少碳排放的关键措施,其中最关键的技术之一是要保证井筒的密封完整性,避免埋存的CO2泄漏到大气中。而CO2埋存条件下,固井水泥环会受到严重的腐蚀,其密封性能会受到严重的威胁。同时,CO2埋存条件中还可能存在其它的腐蚀性离子,比如Mg2+和SO42-,多种离子共同存在是否会加重水泥石腐蚀是采取固井水泥环密封完整性保证措施的依据。为此,本文探索研究了不同组合共存条件下的水泥石腐蚀机理。本文分别进行60℃和90℃条件下的CO2、CO2-镁盐、CO2-硫酸盐及CO2-镁盐-硫酸盐对油井水泥石的腐蚀实验,利用表观拍照、压汞测试、XRD、TGA、SEM-BSE、SEM-Mapping等分析手段对腐蚀后的水泥石进行分析,结合热力学模拟方法,探究了不同组合条件下水泥石腐蚀过程中矿物的生成、转变规律及对水泥石腐蚀过程的影响,揭示了不同组合共存条件下的水泥石腐蚀机理。研究结果表明:单纯CO2腐蚀条件下,水泥石腐蚀后出现分层现象,由外到内依次为1#层（淋滤脱钙层）、2#层（碳化致密层）、3#层（Ca（OH）2溶解层）和4#层（未腐蚀层）,在60℃-90℃范围内,温度的升高会增大水泥石的腐蚀速率;CO2-镁盐协同腐蚀条件下,水泥石内部生成的水镁石及由其转化而成的菱镁矿均会阻碍水泥石的腐蚀,Mg2+会减缓CO2对水泥石的腐蚀进程,在60℃-90℃范围内,温度的升高会增强Mg2+的减缓作用;CO2-硫酸盐协同腐蚀条件下,水泥石表面生成一层石膏,减缓了表层碳酸钙的溶解,降低了外部离子向水泥石内部的侵入速率,SO42-同样会减缓CO2对水泥石的腐蚀进程,在60℃-90℃范围内,温度的升高会增强SO42-的减缓作用;CO2-镁盐-硫酸盐协同腐蚀条件下,水泥石表面生成的碳酸钙-石膏“保护层”及水泥石表层生成的水镁石均会减缓水泥石的腐蚀,水泥石表层部分Ca（OH）2溶解造成孔隙度增大,Mg2+和SO42-会协同减缓CO2对水泥石的腐蚀进程,在60℃-90℃范围内,温度的升高会增强协同减缓作用;基于不同组合共存条件下的水泥石腐蚀机理,提出了满足CO2长期埋存的固井水泥的针对性措施:降低水泥中的碱性成分、增加水泥石致密度及加入能够在CO2腐蚀环境中保持化学性质稳定的外加剂或外掺料等。研究成果为在不同类型地层水条件下实施CO2埋存技术奠定了理论基础。
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