CN101277909A - 用于二氧化碳超临界环境的水泥组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供耐二氧化碳的水泥组合物，所述水泥组合物包括截留碳酸盐化产物的中空元件。所述中空元件可以是加入到水泥组合物的额外组分，该组分由中空球形或类球形颗粒如煤胞、钠－钙－硼硅酸盐玻璃、二氧化硅－氧化铝微球、或其组合而制成。或者所述中空元件是例如通过用气体如空气、氮气或其组合使所述水泥组合物起泡而在固化水泥中制成的球形或类球形空隙。公开了这样的水泥组合物在二氧化碳应用中的用途。另外，公开了在二氧化碳存在下粘固钻孔的部分的方法，公开了利用上述水泥组合物在二氧化碳存在下修复钻孔的部分的方法，并且公开了在二氧化碳存在下堵塞钻孔的部分的方法。
Description
发明领域
[0001]本发明广泛涉及固井。更具体而言，本发明涉及水泥组合物和用于二氧化碳超临界环境的相关粘固方法，所述二氧化碳超临界环境例如用于储存二氧化碳气体的储层。
现有技术描述
[0002]由于自然的和人造的排放，地球的大气二氧化碳[CO2]含量增加。该CO2保留在大气中达数十年，并且通过储存CO2不确定时期的自然储槽(sink)(海洋、植被和土壤)而缓慢除去。然而，对于许多科学家已经表明，人类必须工作以削弱人为的影响，主要是由燃烧化石燃料而产生的那些。化石燃料产生大量CO2排放物(煤质量的40％)。减少CO2排放物和它们对于气候和环境的影响的创新方式正在发展中，但是实际最可能的计划是收集并储存CO2排放物的解决方案-还称为CO2隔离-，但是将需要大量的基础设施投资和相当多的措施以减少它的成本。来自排放物流的CO2的分离和压缩仍然是所述方法的最昂贵部分，并且可以发生在所述燃烧过程之前或之后。目前，最广泛使用的方法是基于化学吸收以收集来自废气的CO2。对于所述储存部分，存在储存CO2的数种方式：深海、盐水储层、废弃的储油层、废弃的天然气储层、煤储层。海洋储存，代表碳储存的最大潜能，但是被认为是具有高水平的环境风险。其余的四种是地质储存选择，其中最大的容量估计是在盐水层中(1×1013公吨的碳)。2000年的一年全球CO2排放物是6.2×109公吨。
[0003]因此，考虑到它的大量储层管理经验和它的广泛技术范围，油气工业趋于在地质构造中的CO2储存中发挥最主要的作用，所述地质构造诸如废弃的储层、深盐水层和煤储层。CO2的地质储存如果在超临界条件下将是更有效的。二氧化碳具有31℃的低临界温度和73.8巴的中等临界压力。一般地，这指的是需要600m或更深的储存深度。CO2在地表下的储存需要多种技术和多种类型的专门技术以表征储存区和周围的层，以钻孔和精确设置井眼，以设计和建造地面设施，以监控井和矿区，并且优化体系。
[0004]在井的构造中，将水泥用于固定并支撑在井内部的井框支架(casing)并且防止在多种含有地下流体的层之间的流体连通或者防止不需要的流体产生到所述井中。CO2注入井的长期隔离和完整性显然需要改善以确保长期的环境安全。注入间隔的水泥失效并且在它上面可以产生二氧化碳迁移到表面的优先通道。这可以发生在比地质渗漏更快的时间量程上。CO2注入井构造随着钻孔开始，接着在开始CO2注入操作以前完井。在完井的结构中，粘固相确保从储层到表面的井隔离以及地质构造之间的隔离。CO2隔离中的关键性技术问题是水泥对于CO2随时间的耐化学性。在CO2储存中，二氧化碳必须总是保持在超临界条件下。在固井阶段期间使用的常规波特兰水泥基体系已知在富含CO2的环境中不是稳定的。一旦暴露于这样的酸性气体，这类水泥趋于降解。容许长期井隔离的先进体系的优化对于容许用于二氧化碳的安全和有效的地下储存地点并且因而长时期将温室气体保持在大气以外是关键性的。现在，经过百年的水泥耐用性还未知。然而已知的是，在涉及用于增强的油回收(EOR)的非人为的CO2的注入的方法中，已经报道了由于水泥性能导致的许多失效。
[0005]如所述，波特兰水泥基的粘合剂在CO2环境中是热力学不稳定的。当负载CO2的水渗到所述水泥基质中时，离解的酸自由地与游离的氢氧化钙和水合硅酸钙凝胶(CSH凝胶)起反应。最终反应产物是可溶性的并且从水泥基质中迁移出。作为结果，固化水泥的压缩强度降低并且渗透性增加，导致区域隔离的丧失。
[0006]当CO2环境中波特兰水泥的降解通过与氢氧化钙的反应而开始时，已经商业化用于产生CO2或者注入井的第一种水泥体系最初使用波特兰水泥与类型-C或类型-F火山灰的掺合物。在两者情况中，火山灰与通过水泥的水合作用释放的氢氧化钙反应，并且形成钙铝硅酸盐。这些水泥火山灰掺合物对于由CO2降解的短期耐受性提供一些轻微的改善，并且因而已经用于许多出现在低温的CO2充溢体系中，其中注入完全干燥的CO2。但是长期来看，这些体系仍然降解，因为CO2还侵蚀硅酸钙相，虽然以更低的进度。在水存在下和/或在更高的温度，这些水泥-火山灰掺合物迅速降解。
[0007]已经在土木工程和建筑业中使用的用于减少CO2在波特兰水泥上的侵蚀的另一个选择包括通过主要减少它的含水量而使固化水泥不太可渗透。然而这种解决方案仅减缓在环境条件下的过程，因为长期来看所述硅酸盐仍然是降解的。
[0008]已经提议环氧树脂作为可能的解决方案以解决在富含CO2的条件下的隔离问题，因为已知它们在高度腐蚀性盐水环境甚至在高温下耐降解。本申请人已经试验了环氧树脂并且这些结果显示，即使具有二氧化硅载荷的环氧树脂在90℃(194℉)和280巴(4kPSI)在31天以后损坏。
[0009]专利US 5,900,053和US 6,143,069公开了为高温盐水地热井和含有某一百分比CO2的井而不是为排放物仅是CO2的井设计的钙铝酸盐/磷酸盐体系。而且，CO2隔离井比地热井更凉，通常低于93℃(200℉)并且关于在这些温度的那些体系的耐久性方面不存在公开的信息。
[0010]专利US 6,911,078公开了基于波特兰水泥、二氧化硅和氧化铝的水泥体系，水泥基质的矿物组成包括在预定的耐受相的Si-Ca-Al三角中。所述体系意欲用于在含有腐蚀性盐水和二氧化碳的井中的非常高温和地热的粘固。然而已经发现所述体系限于温度超过232℃(450℉)的井并且在较低温度关于那些体系的耐久性不存在公开的信息。
[0011]因此，还需要为CO2注入井或储存储层中和超临界CO2条件中的用途设计的水泥组合物。
发明概述
[0012]本发明公开了耐二氧化碳的水泥组合物，所述水泥组合物包括用于截留碳酸盐化产物(carbonation product)的中空元件。碳酸盐化产物指的是来自沉淀和/或碳酸钙和/或碳酸盐矿物的产物。
[0013]所述中空元件可以是加入到水泥组合物的额外组分，该组分由中空球形或类球形颗粒如煤胞、钠-钙-硼硅酸盐玻璃、二氧化硅-氧化铝微球、或其组合而构成。或者所述中空元件是固化水泥中例如通过用气体如空气、氮气或其组合使所述水泥组合物起泡沫而制成的球形或类球形空隙。
[0014]优选地，所述水泥组合物是用于固井应用并且特别用于二氧化碳注入和/或生产井应用的可泵浆料。所以，已经选择了所述材料的粒度，并且已经优化了颗粒分数的各自比例，以便具有最高的固体填充体积分数(PVF)，当仍然具有可泵浆料时容许高的固体体积分数(SVF)为50-60％。
[0015]优选地，所述水泥组合物是偏高岭土基的水泥浆(硅铝颗粒)。常规水泥对偏高岭土基的水泥的减少产生与CO2超临界流体的较好化学稳定性。
[0016]优选地，所述水泥组合物是高炉矿渣基的水泥浆。同样常规水泥对高炉矿渣基的水泥的减少产生与CO2超临界流体的较好化学稳定性。偏高岭土基的水泥和高炉矿渣基的水泥可以一起使用，另外增强化学稳定性。
[0017]在本发明另一个方面中，所述水泥组合物还包括具有第一平均粒度的加重颗粒和具有第二平均粒度的轻质颗粒，并且所述水泥浆的密度是通过在恒定固体体积分数下调整加重颗粒和轻质颗粒的比例而调节的。在一个实施方案中，第一平均粒度和第二平均粒度相同或基本上相同；在第二实施方案中，第一平均粒度和第二平均粒度不同。以这种方法，通过调节不同大小的轻质颗粒和加重颗粒之间的比例，以恒定固体体积分数对于多种密度优化所述水泥组合物。优选地，所述轻质颗粒同样是中空元件诸如：煤胞、钠-钙-硼硅酸盐玻璃、二氧化硅-氧化铝微球、或其组合。
[0018]根据本发明，公开了如下所列的水泥组合物在二氧化碳应用中的用途。
[0019]在本发明另一个方面中，公开了粘固暴露于二氧化碳的钻孔的部分的方法，所述方法包括：(i)提供由如上所述的水泥组合物制成的水泥浆，(ii)将所述水泥浆放在要粘固的钻孔的部分中，(iii)允许所述水泥浆硬化，(iv)将所述固化水泥暴露于二氧化碳。
[0020]在本发明另一个方面中，公开了修复将暴露于二氧化碳的钻孔的部分的方法，所述方法包括：(i)提供由如上所述的水泥组合物制成的水泥浆，(ii)将所述水泥浆放在要修复的钻孔的部分中，(iii)允许所述水泥浆硬化，(iv)将所述固化水泥暴露于二氧化碳。
[0021]在本发明另一个方面中，公开了堵塞将暴露于二氧化碳的钻孔的部分的方法，所述方法包括：(i)提供由如上所述的水泥组合物制成的水泥浆，(ii)将所述水泥浆放在要堵塞的钻孔的部分中，(iii)允许所述水泥浆硬化。在另一个实施方案中，所述方法还包括将所述固化水泥暴露于二氧化碳。在一个实施方案中优选地，所述堵塞放置在岩石间(rock torock)；在第二实施方案中，所述堵塞放置在井框支架内部。
附图简述
[0022]用附图可以理解本发明的另外实施方案：
●图1显示用于试验耐受CO2的水泥的CO2超临界容器的示意图。
●图2A至2H的系列显示在CO2超临界环境中试验的固化水泥的照片。
●图3A显示用反向散射扫描电子显微镜(SEM-BSE)对于根据在湿超临界CO2流体中试验的一个实施方案的固化水泥获得的显微照片。
●图3B显示用反向散射扫描电子显微镜(SEM-BSE)对于根据在用CO2饱和的水中试验的一个实施方案的固化水泥获得的显微照片。
●图4显示用反向散射扫描电子显微镜(SEM-BSE)对于根据在用CO2饱和的水中试验的另一个实施方案的固化水泥获得的显微照片。
详述
关于耐受CO2的水泥的耐久性的试验
[0023]现在，对于为超临界CO2条件下CO2注入井中的用途设计的水泥的耐久性还没有相关的和/或标准试验。专利US 6,332,921公开了用于CO2耐久性的试验。例如，将API类别G波特兰水泥与40％二氧化硅粉和水混合而形成水泥浆。使所述浆在88℃(190℉)的温度放置24小时。其后，将固化水泥在315℃(600℉)在4重量％的碳酸钠水溶液中放28天。该试验具有的主要缺点是所述溶液仅含有4％的碳酸钠(Na2CO3或NaHCO3)。实际上，该环境是比在CO2注入井中遇到的CO2流体较不严厉的。
[0024]因此，已经开发了针对CO2耐久性的新试验。在水泥浆的混合完成以后；将所述浆放入立方模型中并在90℃(194℉)固化3天。然后将所述立方模型取出芯形成圆筒(2.5cm半径，5cm长度)，将其放入湿的CO2超临界容器中用于降解试验，所述降解试验在31天期间，在90℃(194℉)，在28MPa(4kPSI)的由90重量％的CO2和10重量％的水组成的流体压力下。一直监控试验条件以保持CO2在超临界状态中。图1是CO2超临界容器的示意图。三个芯，在反应器的底部的一个(1C)、在中间的一个(1B)和在顶部的最后一个(1A)是由聚四氟乙烯(PTFE)片(15)隔离的。所述三个芯容许对于两种类型的流体试验CO2的耐受性，所述两种类型的流体是，由水饱和的CO2超临界相构成的第一流体(11)，和由CO2饱和的水相构成的第二流体(10)。将第一芯(1A)仅与第一流体(11)接触，将第二芯(1B)与第一(11)和第二(10)流体接触以分析界面并且将第三芯(1C)仅与第二流体(10)接触。
[0025]这里提到的试验将在下面用于试验耐受CO2的水泥，并且将所述试验称为关于CO2耐久性的试验，在第一流体中进行的试验1和在第一和第二流体中进行的试验3以及在第二流体中进行的试验2。
耐受CO2的水泥
[0026]如上所述，对于含有二氧化碳的井诸如CO2注入井，一般需要使用在含有二氧化碳的盐水存在下不损坏的井水泥组合物。这些井的静态底孔温度低于93℃(200℉)。通常，常规水泥的碳酸盐化引起水泥的溶解，将所述水泥转变成水溶性盐。另外，发生钢管的严重腐蚀，从而导致常规水泥的完全破裂。常规水泥中发生的反应是：
CO2+H2O→H2CO3 (方程1)
H2CO3+C-S-H凝胶→硅胶+CaCO3 (方程2)
H2CO3+Ca(OH)2→CaCO3+2H2O (方程3)
H2CO3+CaCO3→Ca(HCO3)2 (方程4)
并且最终，在二氧化碳、水和方解石之间发生的平衡反应(方程4)可以写成：
[0027]通过将二氧化碳添加到水，方程5向右转移并且形成碳酸氢盐，并且可以作为离子(Ca2+、(OH-)2+2H+、CO3 2-)或碳酸氢盐从水泥基质迁移出。所以，方程1和2依次向右转移，消耗氢氧化钙和硅酸钙水合物凝胶，并且破坏越来越多的水泥基质。
[0028]在CO2耐久性试验期间，本发明人已经意外地注意到，为了改善水泥耐久性，可以将中空元件或空隙放在所述水泥组合物中以作为碳酸钙的截留剂。与存在于水泥中小得多的孔比较，所述中空元件或空隙对于碳酸钙晶体的生长/沉淀提供更低的能量状态。方解石在中空珠中的生长还减少由碳酸钙的沉淀所引起的水泥基质上的应力，因而保持所述体系的机械性能。因此，耐受CO2的水泥包括用于截留碳酸盐化的中空元件。
[0029]所述中空元件可以是包括中空球形或类球形颗粒的任何类型的组分。中空元件典型地具有小于2g.cm-3并且通常小于0.8g.cm-3的密度。例如，可以使用中空微球，特别是硅铝酸盐，被称为煤胞，一种从燃烧的煤获得的残渣并且具有约150微米的平均直径。还可以使用合成材料诸如中空玻璃珠，并且更具体而言优选的是提供高压缩强度的钠-钙-硼硅酸盐玻璃珠或实际上是陶瓷的微球，例如二氧化硅-氧化铝类型的陶瓷的微球。
[0030]中空元件还可以是在固化水泥组合物内部制成的空腔，例如通过使所述水泥组合物起泡制成的空腔。用于使所述组合物起泡的气体可以是空气或最优选氮气。所述水泥组合物中存在的气体量是足以形成一些孔的量。
[0031]在另一个实施方案中，优选地，对于耐受CO2的水泥，已经选择了所述材料的粒度，并且已经优化了颗粒分数的各自比例，以便具有最高的固体填充体积分数(PVF)，当仍然具有可泵浆料时容许使用高的固体体积分数(SVF)为50-60％。在欧洲专利EP 0 621 247中可以发现更多的细节。水泥体系可以是颗粒类型的“三形态(trimodal)”组合：“大的”例如砂或粉碎的废物(平均尺度200-800微米)，“中等的”例如水硬性材料类型的材料，如水泥(平均尺度10-20微米)或水泥/渣，“粉末”例如微米材料，或一些微米飞灰或煅烧粘土或一些其它的微米渣(平均尺度0,5-10微米)。水泥体系还可以是颗粒类型的“四形态(tetramodal)”组合：“大的”(平均尺度约200-350微米)，“中等的”水泥(平均尺度约10-20微米)，“细的”(平均尺度约1微米)，“非常细的”(平均尺度约0.1-0.15微米)。所述水泥体系还可以是另外种类之间的更多组合：“非常大的”，例如玻璃制造砂、粉碎的废物(平均尺度高于1毫米)和/或“大的”，例如砂或粉碎的废物(平均尺度约200-800微米)和/或“中等的”例如诸如水泥或其它水硬性粘合剂的材料，或粉碎的废物(平均尺度10-20微米)和“细的”如，例如，微米水泥(microcement)，或一些微米飞灰或煅烧粘土或一些其它的微米渣(平均尺度0，5微米)和/或“非常细的”如，例如，一些颜料或一些聚合物微凝胶如通常的流体损失控制剂(平均尺度0,05-0,5微米)和/或“特细的”如一些胶态二氧化硅或铝(平均尺度7-50纳米)。
[0032]优选地，对于耐受CO2的水泥，用与二氧化碳较少反应性的其它材料诸如偏高岭土(硅铝颗粒)和硅砂稀释常规的波特兰水泥。波特兰水泥的这种减少产生与CO2超临界流体的较好化学稳定性。这种新的掺合物波特兰/偏高岭土容许减少游离的熟石灰的量并且改性硅酸钙和铝酸盐水合物的化学，使那些不易受二氧化碳侵蚀；在232℃上(450℉)，这种新的掺合物还容许形成显示比硬硅钙石对于含有CO2的酸性流体或/和对于盐水循环具有更好耐受性的钙长石。
[0033]优选地，对于耐受CO2的水泥，可以用与二氧化碳较少反应性的其它材料如高炉矿渣进一步地稀释常规的波特兰水泥。波特兰水泥的这种减少产生与CO2超临界流体的较好化学稳定性。
[0034]表1显示作为根据本发明一个实施方案的耐受CO2水泥的用于超临界CO2应用的水泥组合物的组成。
表1：在CO2流体中试验的低密度水泥体系的组成
[0035]1.6g.cm-3(13ppg)的水泥组合物1已经在试验1和试验3中测试。水泥组合物含有微米二氧化硅，偏高岭土以减少钙和轻质颗粒(中空微球)的量。使用的水泥是常规波特兰水泥(Dyckerhoff Black)。此外，可以将分散剂、阻滞剂、和流体损失控制添加剂添加到组合物1中。
[0036]图2A至2D显示纯的固化水泥(由1.89g.cm-3(15.8ppg)的平常的常规波特兰水泥(Dyckerhoff Black)以水/水泥比例为0.44而制成，称为组合物0)。此外，可以将分散剂、阻滞剂、和流体损失控制添加剂添加到组合物0。图2A是由组合物0制成的水泥体系样品在试验之前的图片。图2B是由组合物0制成的水泥体系样品在试验1和试验2以后的图片。在样品内部观察到微裂缝。在暴露于试验1以后一些样品已经部分地破坏。图2C是由组合物0制成的水泥体系样品在试验1和试验2以后的详细图，显示在样品表面上形成的文石形成21。图2D是由组合物0制成的水泥体系芯的剖面，在试验1中制成的第一种(下部剖面芯)，在试验2中制成的第二种(上部剖面芯)。碳酸盐化在所述芯内部在厚度22上是相当规则的，距离所述芯的外表面6mm。在试验1和2的一个月时期以后，降解的数量已经足以评价由组合物0制成的水泥体系的低耐受性。
[0037]图2E至2H显示由组合物1制成的固化水泥的试验。图2E是由组合物1制成的水泥体系样品在试验之前的图片。图2F是由组合物1制成的水泥体系样品在试验2以后的图片。图2G是由组合物1制成的水泥体系样品在试验1以后的图片。与由组合物0制成的样品相比，观察到好得多的对于碳酸盐化的耐受性。在试验以后没有观察到微裂缝。图2H是由组合物1制成的水泥体系芯的剖面，在试验1中制成的第一种(左剖面芯)，在试验2中制成的第二种(右剖面芯)。观察到良好的完整性，没有碳酸盐化的外表(front)并且在所述基质之内没有微裂缝。将反向散射扫描电子显微术(SEM-BSE)用于观察水泥基质组合物和结构。
[0038]图3A显示用反向散射扫描电子显微镜(SEM-BSE)对进行试验1的由组合物1制成的一片水泥体系芯而制作的显微照片。
[0039]图3B显示进行试验2的由组合物1制成的一片水泥体系芯的SEM-BSE显微照片。
[0040]主要在中空微球内部观察到碳酸盐沉淀过程，很好地分配在基质内部(图3A的31和图3B的32)。不像在其中观察到碳酸盐化外表的组合物0，没有碳酸盐化外表存在于组合物1中。
[0041]在本发明的另一个方面中，通过调节轻质颗粒(中空微球)和加重颗粒(加重剂)的比例，对耐受CO2的水泥在恒定固体体积分数下对于多种密度进行优化。以这种方法，在CO2环境中对于预定密度试验耐久性的水泥组合物将在不同密度基本上具有相同特征。耐受CO2的水泥不仅是一种具有一个密度的水泥组合物，而且是一系列的具有不同密度的产品。在需要粘固一大组密度的井时，本领域技术人员将理解该基本特征。表2显示，在SVF恒定和不同密度情况下，作为根据本发明另一个实施方案的耐受CO2水泥的用于超临界CO2应用的水泥组合物的组成。水泥组合物(2和3)含有微米二氧化硅，矿渣水泥以减少钙和轻质颗粒(中空微球)的量。
表2：耐受CO2水泥体系的组成
[0042]表3显示根据本发明用于超临界CO2应用的水泥组合物的压缩强度发展的结果。可以看出，压缩强度是可比较的，并且两种水泥组合物在CO2环境中基本上具有相同的耐久性。
表2：在试验以后的耐受CO2的水泥体系的组合物的压缩强度发展。
[0043]图4显示进行试验2的由组合物2制成的一片水泥体系芯的SEM-BSE显微照片。主要在中空微球34的内部观察到碳酸盐沉淀过程，很好地分配在所述基质内部。还在所述基质内部观察到无钙的矿渣36。
耐受CO2的水泥的放置
[0044]本发明的方法在暴露于任何显著的二氧化碳的粘固井中是有用的，例如用于储存的湿超临界CO2注入井。耐受CO2的水泥放置在要粘固的井眼的部分中是通过井眼粘固领域众所周知的方法实现的。典型地将水泥放入围绕井框支架的井眼中以防止经过井框支架和井眼或井框支架和较大的井框支架之间的环带的纵向连通。典型地通过使浆循环下至井框支架的内部而将水泥浆放入井眼，接着是顶塞(wiper plug)和非固化顶替液。顶塞通常移动至井口(collar)，位于接近所述井框支架的底部。井口抓住顶塞以防止水泥的后置液注入并且将留在井框支架中水泥量最小化。将水泥浆向上循环至围绕井框支架的环带，其中容许它硬化。所述环带可以在井框支架和较大的井框支架之间或者可以在井框支架和钻孔之间。典型地，所述井框支架将向上粘固到下一个较大井框支架的底部。
[0045]耐受CO2的水泥还可以用于挤压粘固。强制水泥浆经过井框支架中的穿孔到围绕所述井框支架的地岩层(formation)和井眼。以这种方式放置水泥以修复未固结的或不充分固结的井，例如，当最初的水泥损坏，或最初的水泥没有满意地最初放置时，或者当注入和/或生产层段必须被切断时。
[0046]耐受CO2的水泥还可以用作堵塞。堵塞钻孔的部分的方法包括：(i)提供由如上公开的水泥组合物制成的水泥浆，(ii)将所述水泥浆放在要堵塞的钻孔的部分中，(iii)容许所述水泥浆硬化。在另一个实施方案中，所述方法还包括将所述固化水泥暴露于二氧化碳。在一个实施方案中优选地，所述堵塞放置在岩石和岩石之间；在第二实施方案中，所述堵塞放置在井框支架内部。
Claims (24)
1.一种耐二氧化碳的水泥组合物，其特征在于包括用于截留碳酸盐化产物的中空元件。
2.权利要求1的水泥组合物，所述水泥组合物是用于固井应用的可泵浆料。
3.权利要求1或2的水泥组合物，所述水泥组合物是用于二氧化碳注入和/或生产井应用的可泵浆料。
4.根据上述权利要求中任何一项的水泥组合物，所述水泥组合物是用于碳收集和储存应用的二氧化碳注入井的可泵浆料。
5.根据上述权利要求中任何一项的水泥组合物，其中所述元件是由中空球形或类球形颗粒制成的组分。
6.权利要求4的水泥组合物，其中所述组分是包括在下列中的任何组分：煤胞、钠-钙-硼硅酸盐玻璃、二氧化硅-氧化铝微球、及其组合。
7.上述权利要求中任何一项的水泥组合物，其中所述元件是固化水泥中制成的球形或类球形空隙。
8.权利要求6的水泥组合物，其中所述元件是通过包括在下列中的气体使所述水泥组合物起泡而制成的：空气、氮气及其组合。
9.根据上述权利要求中任何一项的水泥组合物，其中所述水泥组合物是偏高岭土基的水泥浆。
10.根据上述权利要求中任何一项的水泥组合物，其中所述水泥组合物是高炉矿渣基的水泥浆。
11.根据上述权利要求中任何一项的水泥组合物，其中所述水泥组合物还包括具有第一平均粒度的加重颗粒和具有第二平均粒度的轻质颗粒，并且其中所述水泥浆的密度是通过在恒定固体体积分数下调整加重颗粒和轻质颗粒的比例而调节的。
12.水泥组合物在二氧化碳应用中的用途，所述水泥组合物包括用于截留碳酸盐化产物的中空元件。
13.权利要求1的用途，其中所述粘固组合物还是用于固井应用的可泵浆料。
14.权利要求1或2的用途，其中所述二氧化碳应用是二氧化碳注入和/或生产井应用。
15.根据权利要求12至14中任何一项的用途，其中所述二氧化碳应用是碳收集和储存应用。
16.根据权利要求12至15中任何一项的用途，其中所述元件是由中空球形或类球形颗粒制成的组分。
17.权利要求16的用途，其中所述组分是包括在下列中的任何组分：煤胞、钠-钙-硼硅酸盐玻璃、二氧化硅-氧化铝微球、及其组合。
18.根据权利要求12至17中任何一项的用途，其中所述元件是在固化水泥中制成的球形或类球形空隙。
19.权利要求18的用途，其中所述元件是通过包括在下列中的气体使所述水泥组合物起泡而制成的：空气、氮气及其组合。
20.根据权利要求12至19中任何一项的用途，其中所述水泥组合物是偏高岭土基的水泥浆。
21.根据权利要求12至20中任何一项的用途，其中所述水泥组合物是高炉矿渣基的水泥浆。
22.在二氧化碳存在下粘固钻孔的部分的方法，所述方法包括：
(i)提供由根据权利要求1至11中的任何一项的水泥组合物制成的水泥浆，
(ii)将所述水泥浆放在要粘固的钻孔的部分中，
(iii)允许所述水泥浆硬化，
(iv)将所述固化水泥暴露于二氧化碳。
23.在二氧化碳存在下修复钻孔的部分的方法，所述方法包括：
(i)提供由根据权利要求1至11中的任何一项的水泥组合物制成的水泥浆，
(ii)将所述水泥浆放在要修复的钻孔的部分中，
(iii)允许所述水泥浆硬化，
(iv)将所述固化水泥暴露于二氧化碳。
24.在二氧化碳存在下堵塞钻孔的部分的方法，所述方法包括：
(i)提供由根据权利要求1至11中的任何一项的水泥组合物制成的水泥浆，
(ii)将所述水泥浆放在要堵塞的钻孔的部分中，
(iii)允许所述水泥浆硬化。
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