[發明專利]用于二氧化碳超臨界環境的水泥組合物

有效

• 申請號: 200680036046.2
• 申請日: 2006-09-25
• 公開（公告）號: CN101277909A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 韋羅妮克·巴爾萊－古埃達爾;西蒙·詹姆斯;布魯諾·德羅肖恩;貝爾納·皮奧;讓－菲利普·卡里泰
• 申請（專利權）人: 普拉德研究及開發股份有限公司
• 主分類號: C04B28/02
• 分類號: C04B28/02;C04B28/08;C09K8/42
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 吳小明

發明領域

[0001]本發明廣泛涉及固井。更具體而言，本發明涉及水泥組合物和用于二氧化碳超臨界環境的相關粘固方法，所述二氧化碳超臨界環境例如用于儲存二氧化碳氣體的儲層。

現有技術描述

[0002]由于自然的和人造的排放，地球的大氣二氧化碳[CO₂]含量增加。該CO₂保留在大氣中達數十年，并且通過儲存CO₂不確定時期的自然儲槽(sink)(海洋、植被和土壤)而緩慢除去。然而，對于許多科學家已經表明，人類必須工作以削弱人為的影響，主要是由燃燒化石燃料而產生的那些?；剂袭a生大量CO₂排放物(煤質量的40％)。減少CO₂排放物和它們對于氣候和環境的影響的創新方式正在發展中，但是實際最可能的計劃是收集并儲存CO₂排放物的解決方案-還稱為CO₂隔離-，但是將需要大量的基礎設施投資和相當多的措施以減少它的成本。來自排放物流的CO₂的分離和壓縮仍然是所述方法的最昂貴部分，并且可以發生在所述燃燒過程之前或之后。目前，最廣泛使用的方法是基于化學吸收以收集來自廢氣的CO₂。對于所述儲存部分，存在儲存CO₂的數種方式：深海、鹽水儲層、廢棄的儲油層、廢棄的天然氣儲層、煤儲層。海洋儲存，代表碳儲存的最大潛能，但是被認為是具有高水平的環境風險。其余的四種是地質儲存選擇，其中最大的容量估計是在鹽水層中(1×10¹³公噸的碳)。2000年的一年全球CO₂排放物是6.2×10⁹公噸。

[0003]因此，考慮到它的大量儲層管理經驗和它的廣泛技術范圍，油氣工業趨于在地質構造中的CO₂儲存中發揮最主要的作用，所述地質構造諸如廢棄的儲層、深鹽水層和煤儲層。CO₂的地質儲存如果在超臨界條件下將是更有效的。二氧化碳具有31℃的低臨界溫度和73.8巴的中等臨界壓力。一般地，這指的是需要600m或更深的儲存深度。CO₂在地表下的儲存需要多種技術和多種類型的專門技術以表征儲存區和周圍的層，以鉆孔和精確設置井眼，以設計和建造地面設施，以監控井和礦區，并且優化體系。

[0004]在井的構造中，將水泥用于固定并支撐在井內部的井框支架(casing)并且防止在多種含有地下流體的層之間的流體連通或者防止不需要的流體產生到所述井中。CO₂注入井的長期隔離和完整性顯然需要改善以確保長期的環境安全。注入間隔的水泥失效并且在它上面可以產生二氧化碳遷移到表面的優先通道。這可以發生在比地質滲漏更快的時間量程上。CO₂注入井構造隨著鉆孔開始，接著在開始CO₂注入操作以前完井。在完井的結構中，粘固相確保從儲層到表面的井隔離以及地質構造之間的隔離。CO₂隔離中的關鍵性技術問題是水泥對于CO₂隨時間的耐化學性。在CO₂儲存中，二氧化碳必須總是保持在超臨界條件下。在固井階段期間使用的常規波特蘭水泥基體系已知在富含CO₂的環境中不是穩定的。一旦暴露于這樣的酸性氣體，這類水泥趨于降解。容許長期井隔離的先進體系的優化對于容許用于二氧化碳的安全和有效的地下儲存地點并且因而長時期將溫室氣體保持在大氣以外是關鍵性的?，F在，經過百年的水泥耐用性還未知。然而已知的是，在涉及用于增強的油回收(EOR)的非人為的CO₂的注入的方法中，已經報道了由于水泥性能導致的許多失效。

[0005]如所述，波特蘭水泥基的粘合劑在CO₂環境中是熱力學不穩定的。當負載CO₂的水滲到所述水泥基質中時，離解的酸自由地與游離的氫氧化鈣和水合硅酸鈣凝膠(CSH凝膠)起反應。最終反應產物是可溶性的并且從水泥基質中遷移出。作為結果，固化水泥的壓縮強度降低并且滲透性增加，導致區域隔離的喪失。