[發(fā)明專利]油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系

無(wú)效

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• 申請(qǐng)日: 2011-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102559161A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 步玉環(huán);郭辛陽(yáng);郭勝來(lái);馬聰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)(華東)
• 主分類號(hào): C09K8/493
• 分類號(hào): C09K8/493
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石油化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系。

背景技術(shù)

目前，油氣井固井使用的水泥多為硅酸鹽水泥體系。近年來(lái)，固井硅酸鹽水泥石的CO₂腐蝕問(wèn)題倍受關(guān)注。這是因?yàn)榈貙又懈邼舛菴O₂的來(lái)源已經(jīng)不再只是石油和天然氣的伴生氣，還包括CO₂驅(qū)油和CO₂埋存等技術(shù)大量注入的CO₂，這大大提高了地層中CO₂的濃度。井下高溫、高壓和潮濕環(huán)境下，高濃度的CO₂在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)對(duì)硅酸鹽水泥石產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，表現(xiàn)為水泥石的滲透率增大、強(qiáng)度降低等，使水泥石喪失封固性能，造成封固系統(tǒng)的封隔性能失效，進(jìn)而導(dǎo)致油氣采收率降低、CO₂埋存失敗等嚴(yán)重后果。所以，硅酸鹽水泥石已不能滿足含高濃度CO₂地層中的油氣井長(zhǎng)期封固的要求，需要研究新型的耐CO₂腐蝕固井水泥體系來(lái)取代硅酸鹽水泥體系，以提高固井水泥石的耐CO₂腐蝕性能，保證高含CO₂油氣藏開(kāi)采、CO₂驅(qū)油和CO₂埋存等技術(shù)的成功應(yīng)用。

在過(guò)去幾十年中，隨著高含CO₂油氣藏開(kāi)采、CO₂驅(qū)替技術(shù)和枯竭油氣藏CO₂埋存等技術(shù)的研究和應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外已相繼開(kāi)展了耐CO₂腐蝕固井水泥體系的研究，取得了一些成果。目前，耐CO₂腐蝕固井水泥體系主要分為兩類：

(1)硅酸鹽水泥基耐CO₂腐蝕固井水泥體系

硅酸鹽水泥基耐CO₂腐蝕固井水泥體系主要是通過(guò)向硅酸鹽水泥中加入外摻料或外加劑來(lái)改變水泥石的物理性能(如降低滲透率、提高致密性等)或降低水泥石中堿性水化產(chǎn)物Ca(OH)₂含量等方式來(lái)降低CO₂腐蝕速率，提高水泥石的耐CO₂腐蝕性能，添加的外摻料包括微硅、礦渣、粉煤灰、漂珠、抗腐蝕惰性顆粒、膠乳和鹽類膨脹劑等，添加的外加劑主要有分散劑等。

硅酸鹽水泥基耐CO₂腐蝕固井水泥體系在一定程度上提高了水泥石的耐CO₂腐蝕性能，但由于決定水泥石耐CO₂腐蝕性能的水化產(chǎn)物-水化硅酸鈣凝膠(CSH)仍會(huì)以一定的速率持續(xù)與CO₂發(fā)生腐蝕反應(yīng)，長(zhǎng)期應(yīng)用仍然存在很大風(fēng)險(xiǎn)，所以硅酸鹽水泥基耐CO₂腐蝕固井水泥體系不能滿足高含CO₂油氣井長(zhǎng)期封固的要求。

(2)非硅酸鹽水泥基耐CO₂腐蝕固井水泥體系

非硅酸鹽水泥基耐CO₂腐蝕固井水泥體系以硅酸鹽水泥之外的其它水泥為基本膠凝材料，通過(guò)向水泥中添加外摻料來(lái)改善水泥石的礦物組成，使水泥石中的主要礦物具有較優(yōu)的耐CO₂腐蝕性能，從而提高水泥石的耐CO₂腐蝕性能。目前只有美國(guó)Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的高鋁水泥-磷酸鹽水泥體系屬于此類固井水泥體系，該體系也是Halliburton石油公司ThermaLock固井水泥體系的主要成分。

高鋁水泥-磷酸鹽固井水泥體系雖具有優(yōu)良的耐CO₂腐蝕性能，但由于高鋁水泥抗污染性能較差而導(dǎo)致整個(gè)水泥體系的抗污染性很差，混入少量的硅酸鹽水泥后就會(huì)導(dǎo)致該水泥體系的稠化時(shí)間大大縮短，易引發(fā)固井事故，現(xiàn)場(chǎng)在應(yīng)用該水泥體系固井之前都需要將固井設(shè)備進(jìn)行徹底清洗，以防止殘留的硅酸鹽水泥污染該水泥體系，這大大增加了固井作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)和成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述不足，提供一種油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系，該水泥體系的水泥石在高溫、高壓和高濃度CO₂條件下具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，能夠滿足高含CO₂油氣井長(zhǎng)期封固的要求，為勘探開(kāi)發(fā)、高效生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)提供保障。

其技術(shù)方案為：

一種油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系，包含下列組分，各組分以磷鋁酸鹽水泥為總重量計(jì)按質(zhì)量百分比配比：磷鋁酸鹽水泥，10～20％的可溶性磷酸鹽，2～4.5％的緩凝劑，3～10％的降失水劑。