[發明專利]一種井下水泥石腐蝕模擬方法

有效

• 申請號: 201310308951.0
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103398937A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 程小偉;李早元;郭小陽;劉健;李明;黃盛;辜濤;王巖;龍丹;韋庭叢
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 成都市輔君專利代理有限公司 51120
• 代理人: 楊海燕

技術領域

本發明涉及一種模擬天然氣井井下水泥環在酸性環境中的腐蝕過程，評價水泥石抗腐蝕能力的方法。它適用于高含H₂S/CO₂天然氣井固井技術領域，用于評價固井水泥石腐蝕前后的各項性能，為評估高含H₂S/CO₂氣井開采過程中的安全提供參考依據。

背景技術

世界上的主要油氣資源來自海相氣藏，我國海相的勘探開發程度還比較低。隨著塔里木盆地、四川盆地等大型海相油氣田的發現，將加快對海相油藏的勘探開發。我國海相油藏具有埋藏深、壓力高、含有害氣體等特點。深層油氣儲集層主要包括碎屑巖、火山巖和碳酸鹽巖三種類型，這些油氣田常常伴隨著高壓高溫效應、高含酸性氣體（H₂S/CO₂）。

然而，在未來的勘探開發中，深井超深井高壓高含CO₂、H₂S的油氣田將越來越多。高含H₂S/CO₂環境下，井下水泥石將長期受到酸性氣體的腐蝕作用，但不同的腐蝕介質對水泥石的腐蝕影響不盡相同，這是一個錯綜復雜的物理化學過程。在CO₂和H₂S腐蝕水泥石的過程中，影響因素眾多，比如：CO₂和H₂S分壓、溫度、濕度、pH值、流體的速率和化學組成(Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、HS^-、S^2-、CO₂^2-、HCO₃^-、Cl^-等)、水泥石的結構和物相組成。一旦水泥石原有性能受腐蝕而發生變化，水泥環層間封隔特性受到影響，使得固井水泥環不再滿足固井的要求，達不到層間封隔的目的，將誘發地層流體竄流及環空和井口帶壓，對自然環境和人身安全產生嚴重威脅，造成巨大經濟損失。如何有效指導酸性油氣田的勘探開發和安全生產，成為油氣勘探開發領域中亟待解決的重大科研問題和國內外學術界的研究熱點。

雖然現在已經從材料科學的角度，對水泥石的防腐蝕機理進行了初步研究，并提出了一些處理措施，但這些并沒有被工程實踐證實。現有的水泥石模擬腐蝕方法是將兩英寸方形試樣或者是直徑為一英寸長為兩英寸的柱狀體試樣全裸浸泡在腐蝕介質中。但是此種不能滿足油氣井井下的實際工況需求。鄭友志等人提出使用界面腐蝕法進一步模擬井下實際工況(鄭友志等，川渝地區含硫氣井固井水泥環界面腐蝕機理分析，E網燃氣，2012年8月)，但還是存在諸多不足，比如井下水泥環在射孔后，只是射孔的位置與腐蝕介質接觸，而與該文中提到的腐蝕方法不相符。

因此，本發明結合井下水泥環的實際情況，提出一種模擬井下水泥石腐蝕的方法，對酸性（CO₂/H₂S）環境下固井水泥環界面抗腐蝕性能進行深入研究。

發明內容

本發明的目的在于提供一種井下水泥石腐蝕模擬方法，用于測試腐蝕前后水泥石性能的變化，評價其抗腐蝕能力。該方法能更真實地模擬水泥石的腐蝕過程，操作簡便可行。

模擬井下水泥石腐蝕過程的方法，需要水泥石試樣、耐熱AB膠和耐熱塑膠管。所述水泥石試樣模擬井下水泥環，尺寸為直徑1英寸，長度不限的圓柱形試樣；所述耐熱AB膠最高耐熱溫度可達280℃，主要用于密封水泥石與耐熱塑膠管之間的縫隙以及耐熱塑膠管的兩端；所述耐熱塑膠管用于模擬井壁，材質為耐熱PVC或者PP-R，管子內徑3cm，長度與水泥石試樣相等，其管壁中部開有1～4個直徑5mm的孔，開孔穿透管壁和AB膠，實驗時，酸性氣體能直接與水泥石試樣接觸，模擬地層酸性流體的通道。開孔方式如下：

（1）1個孔：孔位于管子中部任意角度；

（2）2個孔：孔位于管子中部，呈180°對稱分布；

（3）3個孔：孔位于管子中部，呈120°對稱分布；

（4）4個孔：孔位于管子中部，呈90°對稱分布。