CN102504780B - 可耐co2腐蚀的固井用水泥 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可耐CO2腐蚀的固井用水泥，解决了现有油田硅酸盐油井水泥形成的水泥环易受到CO2腐蚀的问题；该水泥的组成为：1重量份的铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥、0.1~0.5重量份的磷酸盐以及0~2重量份的填充材料。本发明的水泥在同等CO2腐蚀条件下，耐CO2腐蚀能力显著高于对应的API（美国石油协会）G级水泥。
Description
技术领域
本发明涉及一种油气井固井用水泥，具体的是一种可耐CO2腐蚀的特种水泥。
背景技术
固井施工时通常需要注入硅酸盐油井水泥，水泥浆返到设计高度后硬化形成水泥环。水泥环的主要作用是支撑和悬挂套管，保护井壁，封堵地层流体，防止层间窜流，防止套管的腐蚀。因此，要求硬化后的水泥环抗压强度高，渗透率低，耐久性好。CO2作为石油和天然气的伴生气或地层水的组分存在于油气层或地层水中，在适宜的湿度（相对湿度大于50%）及压力环境条件下会对油井水泥产生腐蚀作用，使水泥环强度下降而渗透率增大，严重时会进一步导致CO2对套管产生点蚀、穿孔甚至造成生产油管的腐蚀断裂。随着碳酸化程度的增大，水泥中胶结组分遭到破坏，渗透率进一步变大，抗压强度最终完全丧失，并诱发诸如流体窜流、塑性地层的井壁垮塌等事故发生，从而缩短油气井的生产寿命，造成巨大的经济损失。
在国内相当多的油气构造中都富含有CO2，腐蚀非常严重，已经引起油田的特别关注。针对CO2对水泥环的腐蚀问题，文献多采用外掺料降低硅酸盐水泥的碱度或者加入胶乳等材料来降低硅酸盐水泥石的渗透率，或者二者相结合，但这些技术只能起到延缓CO2对水泥石腐蚀的作用，并不能从根本上消除这一影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于含CO2腐蚀流体的油井固井用特种水泥，由该水泥配制的水泥浆硬化形成的水泥环具有耐CO2腐蚀能力，可以保证水泥环在含CO2腐蚀流体中保持长期封隔能力。
为了实现上述发明目的，本申请采用的技术方案是：可耐CO2腐蚀的固井用水泥，其组成为：1重量份的铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥、0.1~0.5重量份的磷酸盐以及0~2重量份的填充材料。
所述的磷酸盐为磷酸钠、多聚磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、六偏磷酸钠、磷酸氢铵、磷酸二氢铵、磷酸钾、磷酸氢二钾或磷酸二氢钾中的一种或多种的混合物。
所述的填充材料为粉煤灰或硅藻土中的一种或两种材料的混合物。
本发明的有益效果：本发明提供的可耐CO2腐蚀的固井用水泥，是一种非硅酸盐基化学键合水泥，该水泥中的酸碱组分在水泥配浆后发生酸碱反应，形成胶凝材料，该胶凝材料不会被CO2腐蚀。因此，本申请水泥具有良好的耐CO2腐蚀能力，经测试该水泥石在100℃、5Mpa、 CO2环境中腐蚀量仅为API G级水泥的10%。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明：
下述试验所用可耐CO2腐蚀的固井用水泥，其组成及配比见下表1。表中铝酸盐水泥由郑州铝都耐火材料有限公司生产，商品名为A900；硫铝酸盐水泥由郑州王楼水泥工业有限公司生产，商品名为ZWSA；磷酸盐材料由天津市科密欧化学试剂有限公司提供；粉煤灰由天津三源粉煤灰有限公司提供，粒径为325目；硅藻土由吉林长白硅藻土有限责任公司提供，粒径为325目；API G级水泥为四川嘉华企业（集团）股份有限公司生产的高抗硫（HSR）G级水泥。
表1 可耐CO2腐蚀固井用水泥配方和对照试验配方
按表1量取水泥的各组分，配浆水为市政提供自来水，按GB/T 19139-2003配制水泥浆和养护水泥石，其中，可耐CO2腐蚀固井用水泥浆和API G级水泥浆的水灰比均为0.44；水泥石在给定条件下养护3天。
下面对由上述水泥配方配制和养护的水泥石在指定温度及指定CO2压力下进行腐蚀试验。
该试验的理论依据是：考虑到CO2腐蚀水泥石后的产物为碳酸钙，碳酸钙分解温度范围为600-770℃，因此水泥石600-770℃的失重量即为腐蚀产物碳酸钙分解的CO2质量，从而可以通过热重分析手段来测量水泥石在该温度区间的失重量，以表征水泥石在给定条件下CO2腐蚀情况，样品在上述区间的失重量越大，则表明样品越易被CO2腐蚀，反之则样品越耐CO2腐蚀。
试验采用的水泥石养护、腐蚀条件及热重分析数据如表2所示，其中样品热重试验在NETZSCH TG209上测试，升温速率：10 K/min，氮气保护。
表2 水泥石样品养护、腐蚀条件以及在温度为600-770℃时的热重损失
从表2可以看出，API G级水泥石在同等条件下的腐蚀程度显著大于对应的本发明公开的可耐CO2腐蚀的固井用水泥石。
Claims (3)
1.可耐CO2腐蚀的固井用水泥，其组成为：1重量份的铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥、0.1~0.5重量份的磷酸盐以及0~2重量份的填充材料。
2.根据权利要求1所述的可耐CO2腐蚀的固井用水泥，其特征在于：所述的磷酸盐为磷酸钠、多聚磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、六偏磷酸钠、磷酸氢铵、磷酸二氢铵、磷酸钾、磷酸氢二钾或磷酸二氢钾中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的可耐CO2腐蚀的固井用水泥，其特征在于：所述的填充材料为粉煤灰或硅藻土中的一种或两种材料的混合物。
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