二氧化碳对油井水泥腐蚀研究

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1、二氧化碳对油井水泥腐蚀研究徐明王广雷马淑梅姜涛（大庆石油管理局钻探集团钻井工程技术研究院163413）【摘要】二氧化碳对油井水泥的腐蚀是一个非常复杂、多阶段的长期腐蚀过程，如沿用早期的腐蚀评价试验方法，欲在短期内搞清二氧化碳的腐蚀规律存在着一定的难度。故采用一种微样的腐蚀评价方法，可以在相对较短的二氧化碳腐蚀令期中取得较明显的样品腐蚀效果，从而更加有效的评价二氧化碳的腐蚀作用。【主题词】二氧化碳油井水泥腐蚀试验研究1CO2腐蚀机理CO2溶于水后渗入油井水泥石时，可以与水化产物发生系列化学反应：（1）（2）（3）水泥石表面初始碳化后即生成CaCO3。其钙原子的摩尔体积（0.

2、0369nm3）大于CSH（0.0327nm3），碳化结果是水泥石的孔隙度降低、抗压强度增大。随着与富含CO2地层水的不断作用，会持续发生下列反应：2（4）（5）即CaCO3在CO2作用下转变为Ca（HCO3）2，从而不断消耗水泥石中的Ca(OH)2，并生成水[式（5）]，而水又不断地溶解Ca（HCO3）2形成淋滤作用，油井水泥石的孔隙度和渗透性增大，水泥石的致密性明显降低，导致抗压强度随之降低。当Ca（OH）2被消耗完之后，CO2又与CSH反应生成非胶结性的无定型SiO2[式（3）]，破坏水泥石的整体胶结状态，并造成水泥石体系pH值降低，为腐蚀性气体继续渗入水泥环提供了

3、便利条件，造成水泥石的进一步腐蚀。2CO2腐蚀测试试验2.1样品制备为了在相对短的时间内得出腐蚀试验结果，建立了一种新的微缩样品评价技术。这种技术实际上是一种加速的测试方法，主要反映水泥在潮湿的二氧化碳环境下经历了快速的衰退过程。该方法即是：制做一英寸直径、高也为一英寸的圆柱体水泥模块（见图1）。该过程中其它操作方法，如水泥制浆、前期模块养护等均按API标准执行。腐蚀后微样水泥模块腐蚀前微样水泥模块图1水泥模块腐蚀前后的对比图2.2测试评价方法将已制备好的水泥试块及腐蚀介质放入CO2腐蚀仪内，随时观察CO2腐蚀仪的压力、温度变化并及时调整。在不同的腐蚀条件下时，测定腐蚀试

4、样的抗压强度、渗透率的变化规律。为了方便地评价水泥体系的防腐性能，界定了一个参数用来表示一定时间内腐蚀前后水泥石的抗压强度之比，即为CO2缓蚀系数。CO2缓蚀系数=腐蚀后强度/未腐蚀强度2.3实验对比数据由于水泥石腐蚀的主要性能表现在抗压强度和渗透率上的变化上，因此根据这两方面性能的变化情况或程度，即可判断水泥石的腐蚀状况。在120℃、CO2分压为5MPa的养护条件下，对比分析了正常密度（ρ=1.90g/cm3）水泥配方不同养护龄期的腐蚀前后水泥试样的抗压强度（见表1、表2和表3）。表1不同养护时间水泥腐蚀前后强度对比表（120℃）编号7d缓蚀系数配方7d抗压强度MPa1

5、4d抗压强度MPa21d抗压强度MPa28d抗压强度MPa未腐蚀腐蚀未腐蚀腐蚀未腐蚀腐蚀未腐蚀腐蚀1#0.86大连G+25%砂28.5724.492512.2424.416.3226.516.322#1.16大连G+25%砂+5%DCR28.1632.6528.5734.6932.6532.6534.6936.003#1.09大连G+25%砂+DSJ22.4524.4924.4920.4126.5312.2448.9818.374#1.16大连G+25%砂+4%DCR+DSJ26.4630.6130.7732.6533.828.5734.931.405#1.20大连G+2

6、5%砂+5%DCR+DSJ35.7142.8640.8236.7334.6936.7344.941.606#0.86大连G+25%砂+DHL28.5724.4932.6518.3739.712.2448.9823.107#1.01大连G+25%砂+DHL+4%DCR29.6629.9331.7627.8733.5228.4641.3636.598#1.01大连G+25%砂+DHL+5%DCR32.6532.8432.6528.5736.7330.5046.9442.60表2不同养护时间水泥腐蚀前后强度对比表（150℃）编号7d缓蚀系数配方7d抗压强度MPa14d抗压强度M

7、Pa21d抗压强度MPa28d抗压强度MPa未腐蚀腐蚀未腐蚀腐蚀未腐蚀腐蚀未腐蚀腐蚀1#0.89大连G+35%砂28.5725.5127.6718.9125.3217.3224.8716.932#1.03大连G+35%砂+5%DCR36.8538.0235.6135.1134.5330.4934.1630.613#1.02大连G+35%砂+DHL+4%DCR42.6943.5538.5438.3536.9635.8236.9232.744#1.02大连G+35%砂+DHL+5%DCR44.7845.8640.9540.1139