一种固井中抗二氧化碳腐蚀水泥浆及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种固井中抗二氧化碳腐蚀水泥浆及其制备方法。所述固井中抗CO2腐蚀水泥浆，由水泥、纳米SiO2、UF纤维素纤维、降失水剂、分散剂和水制成；100质量份的所述水泥中，各组分的含量如下：纳米SiO20.5～2.5％，UF纤维素纤维0.1～0.5％，降失水剂0.6～0.8％，分散剂0.2～0.5％；抗CO2腐蚀水泥浆的液固比为0.44～0.50。本发明专利技术利用纳米SiO2对水泥石内部的微孔隙起到充填堵孔作用，进而提高水泥石的致密性和强度，同时还可参与水化反应提高水化产物的Si/Ca，进而改善水化产物的抗腐蚀能力；本发明专利技术利用UF纤维素纤维，具有较好的分散性和亲和性，可以提高水泥浆的力学强度，尤其是抗拉强度。拉强度。

【技术实现步骤摘要】
一种固井中抗二氧化碳腐蚀水泥浆及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种固井中抗二氧化碳腐蚀水泥浆及其制备方法，属于油井固封水泥


技术介绍

[0002]以全球变暖为特征的气候变化已成为全人类生存和发展面临的一大挑战，目前世界各国均已开展了广泛的合作并采取了相应行动来控制CO2等温室气体排放以减缓和修复全球气候变化。当务之急是尽快示范和部署二氧化碳捕集与地质封存技术(Carbon Capture and Storage，CCS)，因为目前只有CCS技术是接近商业规模的能够减排高达90％CO2的可行技术措施，也是目前唯一能够大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖的方法。
[0003]基于CO2地质封存技术的应用，有必要研究针对地质封存条件下CO2腐蚀对固井水泥石性能的影响和不同因素对固井水泥石CO2腐蚀的影响，以及针对酸性气藏开发条件下固井水泥CO2腐蚀的研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种固井中抗CO2腐蚀水泥浆，本专利技术通过剖析固井水泥石CO2腐蚀机理，并根据固井水泥石在CO2腐蚀后的微结构与微性能演变过程，确定了抗CO2腐蚀水泥浆的配方。
[0005]本专利技术提供的固井中抗CO2腐蚀水泥浆，由水泥、纳米SiO2、UF纤维素纤维(即一种木质素纤维)、降失水剂、分散剂和水制成；
[0006]100质量份的所述水泥中，各组分的含量如下：
[0007]纳米SiO
2 0.5～2.5％，UF纤维素纤维0.1～0.5％，降失水剂0.6～0.8％，分散剂0.2～0.5％；
[0008]所述抗CO2腐蚀水泥浆的液固比为0.44～0.50。
[0009]上述的抗CO2腐蚀水泥浆中，所述纳米SiO2的粒径为7～40nm，如海麦克林公司生产的Hydrophilic
‑
200B型亲水性气相纳米二氧化硅；
[0010]所述UF纤维素纤维的平均长度和直径分别为2～3mm和10～20μm，如美国Solomon Colors公司生产的UF纤维。
[0011]上述的抗CO2腐蚀水泥浆中，所述水泥为G级水泥；
[0012]所述降失水剂可为油井水泥降失水剂G33S(购自河南卫辉化工有限公司)、油井水泥降失水剂HT
‑
1(购自成都川锋化学工程有限责任公司)、CG117分散型降失水剂(购自天津科力奥尔工程材料有限公司)。
[0013]所述分散剂可为分散剂USZ(购自河南卫辉化工有限公司)、UPV
‑
L分散剂(购自河南卫辉化工有限公司)、油井水泥分散剂SXY(购自成都川锋化学工程有限责任公司)。
[0014]本专利技术抗CO2腐蚀水泥浆，100质量份的所述水泥中，各组分的含量如下优选为下述任一种：
[0015]1)纳米SiO
2 0.5～1.5％，UF纤维素纤维0.1～0.3％，降失水剂0.6～0.8％，分散剂0.2～0.5％；
[0016]2)纳米SiO
2 1～1.5％，UF纤维素纤维0.2～0.3％，降失水剂0.6～0.8％，分散剂0.2～0.5％；
[0017]3)纳米SiO
2 1％，UF纤维素纤维0.2～0.3％，降失水剂0.8％，分散剂0.3％；
[0018]4)纳米SiO
2 1.5％，UF纤维素纤维0.2～0.3％，降失水剂0.6％，分散剂0.4～0.5％；
[0019]5)纳米SiO
2 1％，UF纤维素纤维0.2％，降失水剂0.8％，分散剂0.3％；
[0020]6)纳米SiO
2 1％，UF纤维素纤维0.3％，降失水剂0.8％，分散剂0.3％；
[0021]7)纳米SiO
2 1.5％，UF纤维素纤维0.2％，降失水剂0.6％，分散剂0.4％；
[0022]8)纳米SiO
2 1.5％，UF纤维素纤维0.3％，降失水剂0.6％，分散剂0.5％；
[0023]9)纳米SiO
2 0.5％，UF纤维素纤维0.1％，降失水剂0.6％，分散剂0.2％；
[0024]10)纳米SiO
2 2.5％，UF纤维素纤维0.5％，降失水剂0.8％，分散剂0.5％。
[0025]本专利技术还提供了所述抗CO2腐蚀水泥浆的制备方法，包括如下步骤：
[0026]S1、配制所述纳米SiO2的悬浊液和所述UF纤维素纤维的悬浊液；
[0027]S2、将所述纳米SiO2的悬浊液、所述UF纤维素纤维的悬浊液、所述降失水剂、所述分散剂和所述水混合均匀，即得所述抗CO2腐蚀水泥浆。
[0028]与现有技术相比，本专利技术提供的固井中抗CO2腐蚀水泥浆中加入量纳米SiO2和UF纤维素纤维，具有如下优点：
[0029]1、纳米SiO2属于富硅质材料，一方面，可以对水泥石内部的微孔隙起到充填堵孔作用，进而提高水泥石的致密性和强度，另一方面，可参与水化反应提高水化产物的Si/Ca，进而改善水化产物的抗腐蚀能力；
[0030]2、UF纤维素纤维，具有较好的分散性和亲和性，可以提高水泥浆的力学强度，尤其是抗拉强度。
附图说明
[0031]图1为CO2腐蚀后水泥石背散射图像分析图片。
[0032]图2为纳米SiO2掺量对水泥浆流动度影响结果曲线图。
[0033]图3a和图3b为纳米SiO2掺量对水泥石抗压强度和抗拉强度影响曲线图。
[0034]图4为纳米SiO2掺量对水泥石孔隙度和渗透率的影响曲线图。
[0035]图5为UF纤维掺量对水泥浆流动度的影响曲线图。
[0036]图6a和图6b为纳米SiO2掺量对水泥石抗压强度和抗拉强度影响曲线图。
[0037]图7为UF纤维掺量对水泥石孔隙度和渗透率的影响曲线图。
[0038]图8a和图8b为空白水泥石(a)与实施例3水泥石(b)的SEM对比照片。
[0039]图9a、图9b、图9c和图9d分别为UF纤维与水泥石胶结的SEM对比照片。
[0040]图10为本专利技术实施例3水泥石与普通体系水泥石的相对抗拉强度经时曲线图。
具体实施方式
[0041]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0042]下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0043]CO2对固井水泥石的腐蚀，其本质上是一系列化学反应的结果，一般认为硅酸盐水泥石与CO2之间的腐蚀可以下述反应历程来表述：
[0044]①
、CO2水解：气态CO2溶于地层水或水泥石孔隙液后，部分溶解态CO2发生水解形成碳酸。
[0045][0046][0047][0048]②
、碳化过程：由于具有较高的碱性和溶解度，水化产物氢氧化钙(Ca(OH)2)首先被碳化生成难溶性腐蚀产物碳酸钙(CaCO3)，随后水化产物水化硅酸钙(CSH)、钙矾石(AFt)等也被碳化，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固井中抗CO2腐蚀水泥浆，由水泥、纳米SiO2、UF纤维素纤维、降失水剂、分散剂和水制成；100质量份的所述水泥中，各组分的含量如下：纳米SiO
2 0.5～2.5％，UF纤维素纤维0.1～0.5％，降失水剂0.6～0.8％，分散剂0.2～0.5％；所述抗CO2腐蚀水泥浆的液固比为0.44～0.50。2.根据权利要求1所述的抗CO2腐蚀水泥浆，其特征在于：所述纳米SiO2的粒径为7～40nm；所述UF纤维素纤维的平均长度和直径分别为2～3mm和10～20μm。3.根据权利要求1或2所述的抗CO2腐蚀水泥浆，其特征在于：所述水泥为G级水泥；所述降失水剂为油井水泥降失水剂G33S、油井水泥降失水剂HT
‑
1或CG117分散型降失水剂；所述分散剂为分散剂USZ、UPV
‑
L分...

【专利技术属性】
技术研发人员：范白涛，武广瑷，李中，武治强，幸雪松，郭华，殷志明，杨玉贵，周定照，岳家平，郭宗禄，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司北京研究中心，
类型：发明
国别省市：