[发明专利]油气井固井用耐二氧化碳腐蚀水泥体系

说明书

技术领域

本发明属于石油化工技术领域，具体涉及一种油气井固井用耐二氧化碳腐蚀水泥体系。

背景技术

目前，油气井固井使用的水泥多为硅酸盐水泥体系。近年来，固井硅酸盐水泥石的CO₂腐蚀问题倍受关注。这是因为地层中高浓度CO₂的来源已经不再只是石油和天然气的伴生气，还包括CO₂驱油和CO₂埋存等技术大量注入的CO₂，这大大提高了地层中CO₂的浓度。井下高温、高压和潮湿环境下，高浓度的CO₂在短时间内就会对硅酸盐水泥石产生严重腐蚀，表现为水泥石的渗透率增大、强度降低等，使水泥石丧失封固性能，造成封固系统的封隔性能失效，进而导致油气采收率降低、CO₂埋存失败等严重后果。所以，硅酸盐水泥石已不能满足含高浓度CO₂地层中的油气井长期封固的要求，需要研究新型的耐CO₂腐蚀固井水泥体系来取代硅酸盐水泥体系，以提高固井水泥石的耐CO₂腐蚀性能，保证高含CO₂油气藏开采、CO₂驱油和CO₂埋存等技术的成功应用。

在过去几十年中，随着高含CO₂油气藏开采、CO₂驱替技术和枯竭油气藏CO₂埋存等技术的研究和应用，国内外已相继开展了耐CO₂腐蚀固井水泥体系的研究，取得了一些成果。目前，耐CO₂腐蚀固井水泥体系主要分为两类：

(1)硅酸盐水泥基耐CO₂腐蚀固井水泥体系

硅酸盐水泥基耐CO₂腐蚀固井水泥体系主要是通过向硅酸盐水泥中加入外掺料或外加剂来改变水泥石的物理性能(如降低渗透率、提高致密性等)或降低水泥石中碱性水化产物Ca(OH)₂含量等方式来降低CO₂腐蚀速率，提高水泥石的耐CO₂腐蚀性能，添加的外掺料包括微硅、矿渣、粉煤灰、漂珠、抗腐蚀惰性颗粒、胶乳和盐类膨胀剂等，添加的外加剂主要有分散剂等。

硅酸盐水泥基耐CO₂腐蚀固井水泥体系在一定程度上提高了水泥石的耐CO₂腐蚀性能，但由于决定水泥石耐CO₂腐蚀性能的水化产物-水化硅酸钙凝胶(CSH)仍会以一定的速率持续与CO₂发生腐蚀反应，长期应用仍然存在很大风险，所以硅酸盐水泥基耐CO₂腐蚀固井水泥体系不能满足高含CO₂油气井长期封固的要求。

(2)非硅酸盐水泥基耐CO₂腐蚀固井水泥体系

非硅酸盐水泥基耐CO₂腐蚀固井水泥体系以硅酸盐水泥之外的其它水泥为基本胶凝材料，通过向水泥中添加外掺料来改善水泥石的矿物组成，使水泥石中的主要矿物具有较优的耐CO₂腐蚀性能，从而提高水泥石的耐CO₂腐蚀性能。目前只有美国Brookhaven国家实验室开发的高铝水泥-磷酸盐水泥体系属于此类固井水泥体系，该体系也是Halliburton石油公司ThermaLock固井水泥体系的主要成分。

高铝水泥-磷酸盐固井水泥体系虽具有优良的耐CO₂腐蚀性能，但由于高铝水泥抗污染性能较差而导致整个水泥体系的抗污染性很差，混入少量的硅酸盐水泥后就会导致该水泥体系的稠化时间大大缩短，易引发固井事故，现场在应用该水泥体系固井之前都需要将固井设备进行彻底清洗，以防止残留的硅酸盐水泥污染该水泥体系，这大大增加了固井作业的风险和成本。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术所存在的上述不足，提供一种油气井固井用耐二氧化碳腐蚀水泥体系，该水泥体系的水泥石在高温、高压和高浓度CO₂条件下具有优良的耐腐蚀性能，能够满足高含CO₂油气井长期封固的要求，为勘探开发、高效生产和环境保护提供保障。

其技术方案为：

一种油气井固井用耐二氧化碳腐蚀水泥体系，包含下列组分，各组分以磷铝酸盐水泥为总重量计按质量百分比配比：磷铝酸盐水泥，10～20％的可溶性磷酸盐，2～4.5％的缓凝剂，3～10％的降失水剂。