[发明专利]抗腐蚀水泥体系及其应用

说明书

技术领域

本发明属于建材领域，具体涉及一种抗腐蚀水泥体系及其应用。

背景技术

全世界各大产油国几乎都含有硫化氢(H₂S)气藏，据统计，美国南得克萨斯气田的硫化氢含量高达98％，加拿大阿尔伯达的气田硫化氢含量为81％，俄罗斯、伊朗、法国等国都有不同硫化氢含量的气田。因此，含硫化氢气藏的开发已成为天然气开采的重要组成部分。我国也有不少气田都含有硫化氢气体，部分气田H₂S含量极高，如川东卧龙河气田三迭系气藏最高硫化氢含量达32％(493g/m³)，河北赵南庄气田硫化氢含量达92％。还有一些气田不仅H₂S含量较高，还含有CO₂等气体。

H₂S溶于水形成弱酸，对金属的腐蚀有电化学失重腐蚀、氢脆和硫化物应力腐蚀开裂。氢脆破坏往往造成井下管柱的突然断落，地面管汇和仪表的爆破、井口装置的破坏，甚至发生严重的井喷失控或着火事故。H₂S能加速非金属材料的老化，并对钻井液造成污染，在对含H₂S的气田进行勘探和开发时均应使用特殊的抗硫管材。

H₂S对固井用水泥腐蚀严重，油井使用寿命大大缩短，为对抗硫化氢的腐蚀，一直是本领域急需解决的技术难题。现有技术中，郭志勤、赵庆在《抗腐蚀水泥浆体系研究》[石油钻采工艺，2005年6月第27卷增刊，P26-29]指出提高水泥石的抗腐蚀能力主要是提高水泥石的密实度，采用的方法一是加入抗腐蚀填充材料，二是降低水泥石的渗透性。相应地，原材料中使用的水泥是嘉华G级水泥、硅粉、抗腐蚀外加剂WG、漂珠、首钢矿渣、膨润土；外加剂是不渗透剂G60S、W99，分散剂CF40、MT-1，激活剂BAS、缓凝剂H88、BR-1，消泡剂G603。选择了9种配方试验，结果显示纯水泥浆的耐腐蚀性较差，WG和G60S可提高水泥石密实度，使水泥渗透率下降，强度提高，组织外部腐蚀介质浸入。

现有资料中，均是通过添加抗腐蚀外加剂、不渗透剂实现对抗硫化氢等酸性气体的腐蚀，本发明发明人欲开发一种全新的水泥体系用于对抗硫化氢等酸性气体的腐蚀，延长油气井的使用寿命，降低固井及能源开发的成本。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种全新的水泥体系，用于对抗硫化氢、二氧化碳等酸性气体的腐蚀。

本发明抗腐蚀水泥体系，它是由如下重量配比的组分组成：铝酸盐水泥100份、石膏5-50份、缓凝剂0.1-5份。

为保证该水泥体系的防腐蚀性能，优选如下重量配比：铝酸盐水泥100份、石膏30-50份、缓凝剂0.5-2.5份。

该水泥体系中的主要化学组分以氧化物计，重量百分比为：

Al₂O₃          40-80％

SO₃            1.0-30％

SiO₂+Fe₂O₃+CaO 10-30％；其中，SiO₂、Fe₂O₃、CaO三者含量均不为零。

原料石膏采用二水石膏、硬石膏或混合石膏任意一种，为水泥领域常规选择。

缓凝剂可采用本领域常用的羟基化合物、羟基羧酸盐及其衍生物、高糖木质素磺酸盐、氯化锌、硼酸或其盐、磷酸盐中的一种或几种的组合。不同的缓凝剂对防腐蚀性能影响不大，但其用量有所影响，按各自的常规添加量即可。

本水泥体系按照常规方法物理混合即可。

本发明水泥体系的物理性能为：在52℃，35.6MPa，28min升温条件下，稠化时间≥90min，直角稠化时间(40-100BC)≤30min；在24h，60℃，常压条件下，抗压强度≥15.0Mpa；在21MPa压力(H₂S 20％，分压10MPa)条件下90d腐蚀率≤18％。