耐CO2腐蚀固井水泥浆的研究及应用

CO2与水泥石反应会导致固井水泥环封隔失效,缩短油井寿命,影响油气田开发.针对该问题,开发了耐CO2腐蚀的固井材料,对加入该材料的水泥浆进行了研究,结果显示在水泥浆中加入该材料可以提高水泥石的耐CO2腐蚀性能;同时对耐CO2腐蚀的水泥浆的施工性能进行了研究,形成了施工性能良好的水泥浆技术.该技术在长深XX井中得到了应用,取得了良好的效果.     

硫铝酸盐固井水泥石-套管界面胶结强度增强机理

硫铝酸盐水泥是一种潜在固井材料,其固井界面胶结强度及微观结构尚不明确,为此进行硫铝酸盐水泥浆胶结界面胶结强度增强机理实验研究。采用X射线衍射仪研究硫铝酸盐水泥浆的水化机理,利用胶结强度测试装置测定硫铝酸盐水泥浆固井界面胶结强度,利用扫描电子显微镜和X射线能谱分析表征固井界面的微观结构及化学组分。研究结果表明:龄期为1 d、3 d、7 d时,硫铝酸盐水泥与套管的胶结强度比同龄期G级水泥分别提高了24.3%、20.1%和25.3%;微观分析结果表明,套管表面聚集着大量Al元素(AH₃凝胶),其高聚合度可以降低界面处的孔隙率,从而提高硫铝酸盐水泥石的界面封固性能。     

新疆油田火烧油层井水泥石抗CO2腐蚀试验研究

新疆油田稠油井火烧油层开发过程中油井水泥石长期在CO2腐蚀环境下服役,CO2与水泥石发生腐蚀反应,破坏水泥石结构,降低油井的使用寿命。针对这一问题,优化设计了一套在火烧油层高温条件下抗CO2腐蚀的水泥浆体系,以现场地面监测气质分析结果中CO2含量为依据,开展了水泥石的室内腐蚀试验。结果表明,腐蚀后水泥石的渗透率及孔隙度均变化不大;扫描电镜下观察,没有发现明显的裂纹,水泥石形貌致密,结构比较均匀。由此可见,腐蚀后的水泥石仍具备良好的强度,结构稳定。研究结果对在新疆油田成功实施火烧油层工艺技术,保证稠油开发后期进一步提高采收率,实现老区稳产具有重要意义。     

一种新型材料固井水泥石的抗高CO2分压腐蚀性能评价

井下高温、高CO₂含量条件使水泥环长效封固周期寿命缩短,水泥环完整性保障难度增大,由于在较高的压力环境下CO₂呈现低黏度、高扩散性和高压缩性的超临界特性,会加剧水泥石的腐蚀。本文与常见的6种防腐材料进行防腐性能对比测试,研发了可用于井下高温、高CO₂分压环境中的一种新型防腐材料。室内实验结果表明,新型火山灰混合材料由于二次水化反应消耗Ca(OH)₂提高水泥石长期强度,且电镜下微观观察分析,新型火山灰混合材料水泥石渗透率更低,CO₂环境中养护30 d后水泥石表面仍存在CaSiO₃,表明侵蚀仍在表层进行。新型火山灰混合材料的水泥石具有30 d腐蚀深度1.17 mm、抗压强度衰退率2.6%、渗透率变化率2.1%更好的抗CO₂腐蚀能力,且具有良好的综合施工性能。     

低H2S环境下L360MS碳钢耐CO2腐蚀行为研究

为研究L360MS碳钢在低H₂S环境下的耐CO₂腐蚀行为,通过模拟某油气田现场工况,利用高温高压釜设备开展不同H₂S-CO₂环境下L360MS碳钢腐蚀性能试验,并采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等手段分析L360MS碳钢的腐蚀形貌和产物组成等。结果表明：低H₂S环境下(p_H2S=0.001～0.005 MPa),随着CO₂分压的增大(p_CO2=0.25～0.65 MPa),L360MS碳钢平均腐蚀速率逐渐降低,点蚀速率增加;p_H2S=0.001 MPa、p_CO2=0.25 MPa时,L360MS碳钢平均腐蚀速率最大,为0.113 5 mm/a;随着p_CO2/p_H2S降低,...     

稠油热采井固井用铝酸盐水泥浆体系的研究及应用

稠油热采井对固井水泥浆的要求是在低温下能快速凝结,在高温生产中具有长期耐高温性能。铝酸盐水泥具有快硬、高强、耐高温等特点,因此考虑将铝酸盐水泥在热采井固井中应用。通过进行以铝酸盐水泥为主要材料的矿物熟料优选复配,配制出了与铝酸盐水泥相配套的降失水剂 J73S 和缓凝剂 SR,设计出了一套适用密度范围为
1.70～1.90 g/cm3, 温度区间为30～80 ℃的新型铝酸盐水泥浆体系。实验结果表明: 该水泥浆体系具有优良的工程性能,水泥浆密度差小于0.02 g/cm3,失水量小于 50 mL,稠化时间在60～300 min 范围内可调,24 h抗压强度可达14 MPa,且经过2轮高温之后水泥石抗压强度仍能达到25 MPa。 在齐40-18-38C2稠油热采井的侧钻尾管固井中进行了现场应用,施工过程顺利,固井质量优质率为 79%,合格率达95%,说明该体系可满足稠油热采井固井施工的要求。      

油气开采过程中CO2腐蚀控制措施探讨

针对油气田严重的CO2腐蚀问题,人们提出了各种各样的防腐蚀措施。其中,应用缓蚀剂进行腐蚀防护已被大家公认为是一种经济有效的防腐措施。本文分析了腐蚀预测和腐蚀监测对防腐工作的重要性和可行性,介绍了常用的几种防腐措施,并着重分析了缓蚀剂防腐措施的有效性。     

油气藏型储气库CO2腐蚀防护技术研究

国内外绝大多数地下储气库由枯竭油气藏改建而成,采气期采出天然气中通常含有液烃、水和CO₂。CO₂在湿气环境中具有腐蚀性,会对采气集输管线和设备造成一定程度的内腐蚀。为做好油气藏型储气库CO₂腐蚀防护,最大程度减缓CO₂腐蚀对采气系统造成的不利影响,延长储气库服役寿命,通过对储气库采气系统CO₂腐蚀规律和各种腐蚀因素进行研究分析,对比分析不同腐蚀防护技术和手段,明确了油气藏型储气库更适合通过加注缓蚀剂对CO₂腐蚀进行防护。以辽河雷61储气库第一个采气期为例,定期化验监测CO₂摩尔体积分数、计算CO₂分压,依据规范要求,及时调整缓蚀剂加注量。采气期结束对腐蚀挂片和电子监测探针数据进行分析评价,显示缓蚀剂动态加注取得了良好防护效果。该研究可为类似工艺情况提供借鉴。     

CO2液相及气相下铝酸盐水泥石强度发展规律

火烧油层工况下,固井水泥石服役温度高达500 ℃以上。硅酸盐水泥难以在此温度范围下稳定存在,同时井内伴生大量腐蚀性气体。因此,研究了矿渣改性铝酸盐水泥（CAC）力学性能的可行性,同时模拟火烧油层实际工况,探究了改性铝酸盐水泥石强度发展规律。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等测试了腐蚀前后改性铝酸盐水泥石的物相组成和微观形貌特征,分析了模拟火烧油层工况下改性铝酸盐水泥石的强度发展规律。结果表明,随着矿渣掺量的增加铝酸盐水泥石抗压强度出现先增加后降低的趋势,且当矿渣掺量为30%左右时其改性效果较好。在50 ℃液相环境下,水泥石被腐蚀产生碳酸钙并产生了孔洞和微裂纹,破坏了水泥石的完整性造成抗压强度降低;而在高温气相环境下,二氧化碳未对水泥石产生腐蚀破坏。在高温下改性CAC水泥石仍可保持较高的抗压强度,并且经过二次高温养护后改性CAC水泥石强度进一步得到发展,具有较好的耐高温性能。该研究为火烧油层工况下CAC水泥石力学性能优化和耐CO₂腐蚀提供了一定的理论基础。      

大庆深层气完井管柱CO2腐蚀防护技术

针对大庆深层气田具有埋藏深、温度高、产出气含CO₂的特点,且CO₂分压多在0.2 MPa以上,井下油套管处于严重腐蚀状态。通过室内高温高压腐蚀评价实验,探索出P110管材在中等温度（60¹00℃）条件下,局部腐蚀敏感性加强,出现明显的蚀坑形态。探索出在高温条件下13Cr-P110组合存在低电偶腐蚀,电偶腐蚀速率低于0.1 mm/a。并结合现场挂片腐蚀监测,建立了CO₂局部腐蚀速率三维发展模型,实现了局部腐蚀的定量计算分析。依据大庆深层腐蚀特征以及气井生产特征,兼顾气井安全与经济性,建立了全井13Cr、套管组配、缓蚀剂为主腐蚀防护技术,形成了3类6种完井工艺系列,保障气井管柱在10年生产周期内经济、安全生产。     

CO2、H2S对3Cr钢静态腐蚀的影响

为了研究3Cr钢在不同CO₂、H₂S腐蚀介质中耐蚀性,对3Cr钢分别在1 MPa CO₂、0.3 MPa H₂S及1 MPa CO₂+0.3 MPa H₂S腐蚀环境中的腐蚀速率和电化学性能进行测试,同时采用SEM、EDS和XRD等手段对上述三种腐蚀环境中的腐蚀产物进行分析对比。结果表明,3Cr钢在1 MPa CO₂环境下腐蚀速率最大,通过对腐蚀产物进行分析,发现其表面未形成连续分布且具有致密性腐蚀产物保护膜是其腐蚀速率高的主要原因。电化学测试发现3Cr钢EIS阻抗在1 MPa CO₂中呈现单容抗弧,而在0.3 MPa H₂S和1 MPa CO₂+0.3 MPa H₂S环境中呈现双容抗弧,进一步印证了其在1 MPa CO₂环境中耐蚀性较差的结果。     

高89区块CO2驱地面生产系统腐蚀分析与控制

2007年,胜利油田在纯梁采油厂高89区块开展了低渗透油藏CO2驱先导试验。对应目前CO2驱先导试验区,地面生产系统腐蚀严重部位是高890集输干线、后续的联合站和污水站处理系统。由于CO2驱采出液的混入,导致高含水输送介质中CO2含量大幅增加,目前含量在100 mg/L以上,造成高890集输干线、油站储罐出口管线和污水站沉降罐出水管线多次腐蚀穿孔。为此提出了缓蚀剂、耐腐蚀材料和防腐涂层联防的腐蚀控制措施,可将系统的均匀腐蚀速率控制在0.076 mm/a以下,确保纯梁高89区块CO2驱先导试验区高含CO2地面生产系统正常运行,延长集输管线和后续处理站点的使用寿命,节省地面工程改造投资。     

含H2S/CO2气田中基于腐蚀风险的管道完整性设计

管道系统的完整性管理贯穿于全生命周期,涵盖设计、建设、投产、运行、延寿各个阶段,设计是整个生命周期中的起点,因此,在管网设计中融入完整性概念十分重要。腐蚀是一种与时间有关的危害因素,将贯穿于管网系统的运行阶段,对于含H2S/CO2气田集输管网系统,腐蚀问题会影响管道完整性。针对H2S/CO2气田,介绍工程设计阶段材料选择过程中需要考虑的主要因素、腐蚀风险评估的方法以及腐蚀控制框架的基本要求,为管网设计期间融入基于腐蚀风险的管道完整性设计理念提供参考。     

高温CO2/O2体系中P110钢的腐蚀与防护研究

海上油田在进行多元热流体热采过程中遇到了严重的管柱腐蚀问题。为解决隔热油管腐蚀问题,文章采用动态挂片法对CO2/O2体系中P110钢的高温腐蚀规律进行了研究,并且评价了一种咪唑啉缓蚀剂的缓蚀效果。结果表明,在40℃～280℃范围内,P110钢的腐蚀速率出现两个极大值,分别在60℃和180℃;高温CO2/O2体系中,少量的氧气(分压0.02MPa)即可极大地加速P110钢的腐蚀;CO2分压超过2MPa后P110腐蚀速率明显加快;所用缓蚀剂在浓度750mg·L-1时可将腐蚀速率降低至0.10772mm·a-1,缓蚀率达94.17%。应用高温缓蚀剂防腐工艺后,注热后起出的隔热油管未出现明显腐蚀,基本满足高温条件下的多元热流体热采防腐要求。     

天然气管道CO2腐蚀机理及预测模型研究进展

天然气管道的CO₂腐蚀是一个普遍现象,但对于其腐蚀机理目前仍然缺乏深入的理解和认识,因而难以解释CO₂的腐蚀行为并建立有效的腐蚀速率预测模型。为此,从均相化学反应、电化学反应和传质过程3个方面,讨论了CO₂腐蚀机理,分析了影响CO₂腐蚀的关键因素,总结了相应的CO₂腐蚀速率预测模型的最新研究进展情况;在对CO₂腐蚀机理最新理解的基础上,比较了各种模型的机理性和拓展性,总结了现行研究的缺陷和不足,并基于现存的问题对今后的研究方向进行了展望。研究结果表明:(1)目前对于CO₂腐蚀机理的研究主要以理想溶液环境体系为主,未来需要对非理想溶液体系的CO₂腐蚀机理进行研究;(2)关于CO₂腐蚀反应机理的认识还不清楚,对于CO₂能否直接参与阳极反应以及H₂CO₃能否直接被还原还存在着争议,需要进一步研究;(3)目前的腐蚀速率预测模型都只考虑...     

羟基磷灰石耐高温抗CO2腐蚀水泥浆

高温气井固井过程中,必须对水泥浆进行防腐处理。受腐蚀仪器与抗高温聚合物防腐剂的限制,高温区域水泥石相关防腐报道较少。以实验室自制的聚合物乳液为聚合物防腐剂,研选羟基磷灰石为无机防腐填料,构建了一套适用于高温气井的羟基磷灰石耐高温抗CO₂腐蚀水泥浆体系,并评价其常规性能、抗窜性能与防腐性能。结果表明水泥浆流变性良好、抗窜能力强,90 d内水泥石腐蚀深度低于0.5 mm。水泥石XRD与SEM分析表明,高温区域内凝胶性物质与氢氧化钙基本消失,腐蚀反应比较单一,主要是硬硅钙石与CO₂相发生了反应。LKseal聚合物防腐剂通过成膜作用减少CO₂侵蚀水泥石,羟基磷灰石通过吸收CO₂并生成叠片状碳酸羟基磷灰石修补腐蚀后孔洞,进一步提高羟基磷灰石水泥石抗腐蚀能力。     

川西须家河组气藏气井CO2腐蚀机理分析

川西须家河组气藏属于高温、高压、含CO₂酸性气体的有水气藏,在气井开采过程中,发现部分气井管柱腐蚀严重,存在重大安全隐患,严重影响了气井正常生产,制约了川西上三叠统须家河组气藏的高效开发。为此,通过气井管柱腐蚀形貌特征与腐蚀产物组成分析,明确了川西须家河组气井腐蚀类型主要为CO₂腐蚀。通过井口挂片试验、室内腐蚀模拟实验及腐蚀分析软件模拟实验,研究了气井的腐蚀机理,结合川西须家河组气井腐蚀环境,分析了腐蚀的主控因素,根据正交实验数据极差分析,找出了各腐蚀因素对气井腐蚀速率的影响（从大到小排序为气井压力、温度、pH值、水气比、CO₂含量和流速）,并提出了通过提高气井管柱自身抗腐蚀性能或阻碍腐蚀介质与气井管柱接触（如涂层、表面处理、加注缓蚀剂等方法）来保护井下油管的腐蚀预防措施。     

适用于改性磷铝酸盐水泥的复合缓凝剂实验研究

改性磷铝酸盐水泥是一种耐CO2腐蚀性能突出的特种水泥,但其稠化性能无法满足高含CO2井固井的要求。通过实验研究了几种常规缓凝剂及复合物对改性磷铝酸盐水泥稠化性能的影响,研制出以木质素磺酸钠(SL)、硼酸(BA)和柠檬酸(CA)为组分的复合缓凝剂,并利用X射线衍射方法分析了水泥石的矿物组成,分析了其缓凝作用机理。研究表明,三组分复合缓凝剂的配制比例CA:SL:BA=1:20:20时,水泥浆具有较高的流性指数和较小的游离液体积,对水泥石前中期强度影响较小,30~100 Bc的过渡时间短,直角稠化效应良好; 水泥浆中加入0.05%CA+1%SL+1%BA后,75℃、常压下的稠化时间达536 min,流性指数0.900,游离液体积分数0.4%;90℃、15 MPa条件下的稠化时间为406 min,均可以满足固井要求。三组分复合缓凝剂为耐腐蚀材料研究和高含CO2井固井提供了新的技术支持。      

CO_2对固井水泥的腐蚀

近年来在钻井开发中,CO2的腐蚀碳化作用已引起业内关注,它主要影响水泥石的微粒结构即孔隙率和抗压强度。本文介绍了超临界条件下CO2腐蚀实验的设备、研究方法及其腐蚀机理,并讨论了碳化腐蚀的介质环境、水泥石抗压强度与环境的关系、CO2的侵入深度等问题。     

CO2对固井水泥的腐蚀

近年来在钻井开发中，CO2的腐蚀碳化作用已引起业内关注，它主要影响水泥石的微粒结构即孔隙率和抗压强度。本文介绍了超临界条件下CO2腐蚀实验的设备、研究方法及其腐蚀机理，并讨论了碳化腐蚀的介质环境、水泥石抗压强度与环境的关系、CO2的侵入深度等问题。