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近年来,吉林油田深层油气资源已经成为其勘探开发的重点,在已钻成的大量油气井中,获得了良好的油气发现。但随着井深的增加,井下情况越来越复杂,尤其是部分吉林深层天然气田高含CO2酸性气体,给固井带来了新的挑战,CO2严重腐蚀生产管柱和水泥石,导致气井服役寿命减少。为了解决以上问题,提高吉林高含CO2深层天然气田的固井质量,亟需研发适用于吉林深层气田防CO2腐蚀的水泥浆体系。针对吉林高含CO2深层天然气田固井作业存在的突出问题,本文在借鉴国内外防CO2腐蚀水泥浆体系研究成果的基础上,通过对CO2腐蚀水泥环机理的研究,确定了CO2腐蚀水泥环的评价方法和防CO2腐蚀水泥浆体系的设计原则,完成了波特兰基和磷酸盐水泥浆设计,其中波特兰基防CO2腐蚀水泥浆体系在两口试验井固井作业后显示了良好的抗CO2腐蚀特性。(1)波特兰基防CO2腐蚀水泥浆设计通过考察95℃、CO2分压2MPa条件下,常规防窜水泥浆体系及不同材料在360d内的抗腐蚀性能,确定了适合吉林高含CO2深层天然气田的防CO2腐蚀水泥浆体系的基本组成材料。筛选出了适合长岭气田高含CO2的高温深井固井用抗腐蚀外掺料F11F,考察了F11F在150℃、CO2分压2MPa下28d的抗腐蚀性能和水泥石微观结构,确定了与之相配套的其它油井水泥高温外加剂,形成了以F11F为核心的防CO2腐蚀高温波特兰基水泥浆体系。(2)磷酸盐防CO2腐蚀水泥浆设计通过研究磷酸镁和磷酸钙水泥的制备、水化机理、耐CO2腐蚀等特性,开发了磷酸盐水泥。通过分析水泥石的微观结构和磷酸盐水泥浆的水化产物,结合磷酸盐的水化特点和表面性质,研发了配套的缓凝剂和降失水剂。测试了磷酸盐水泥浆的流变性能、防窜性能、综合性能及与硅酸盐水泥的相容性,并显示了良好的抗CO2腐蚀能力。2009年以外掺料F11F为核心的波特兰基水泥浆体系在吉林高含CO2深层天然气田-长岭断陷中部凸起带哈尔金构造两口试验井开展了现场固井试验,顺利完成了固井任务,全井段测井质量合格。截止目前该试验井累计正常生产时间已超过3年,未见CO2腐蚀异常情况,说明外掺料F11F为核心的新型固井水泥浆体系有效地抑制了CO2腐蚀水泥石,达到了设计要求。