累积工况下CO2对稠油热采水泥石的修复作用

根据稠油火烧水泥石在井下先经历蒸汽吞吐、蒸汽驱,再经历稠油火烧的实际工况,利用超高温水泥石养护装置及高温高压腐蚀釜,研究累积工况下CO₂对水泥石抗压强度及腐蚀深度的变化规律;同时,利用XRD和SEM等技术探明了CO₂对水泥石化学结构及微观形貌的影响。实验结果表明,水泥石经常温及高温养护后呈现高孔渗、低强度的特征,但累积工况下经CO₂腐蚀釜养护后,抗压强度不减反增,到28 d时已升至53.4 MPa,较蒸汽驱后提高了54.87%;而随着CO₂腐蚀龄期的延长,水泥石腐蚀深度逐渐加深,结构更为致密,且28 d后已被完全碳化。究其原因,水泥石经CO₂腐蚀后,腐蚀产物CaCO₃溶解度较低,并在孔隙中沉淀结晶,堵塞毛细孔或将大孔分割成小孔,使水泥颗粒密实度提高。该研究结果可进一步丰富业界对CO₂腐蚀的认识,同时也为稠油火烧水泥浆体系的性能评价、配方优化提供参考。      

高温高密度防腐水泥浆加重剂研究

针对富含CO₂的高温高压油气井中水泥环的腐蚀问题,进行了高温高密度防腐水泥浆体系加重剂的研究,并对比了相同粒度的锰矿粉、赤铁矿和重晶石3种加重剂对水泥浆性能的影响,在150℃、CO₂分压20 MPa的环境下进行了腐蚀实验。研究结果表明,锰矿粉水泥浆需水量最少,相同条件下具有较好的流变性和较低的失水量;锰矿粉水泥石腐蚀后渗透率最小,抗压强度较高;腐蚀30 d后,锰矿粉水泥石腐蚀深度最低,重晶石水泥石的腐蚀深度约为锰矿粉水泥石的1.5倍;腐蚀后锰矿粉水泥石结构最致密,腐蚀后生成物的特征峰最低;锰矿粉加量为25%、50%和75%的3种水泥石腐蚀27 d后,加量为50%的水泥石腐蚀深度最小。与赤铁矿和重晶石相比,锰矿粉为较好的选择,但加量过多时会对水泥浆防腐蚀性能产生不利影响。     

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。     

耐CO2腐蚀磷铝酸盐固井水泥浆的研制

针对目前固井水泥石耐CO₂ 腐蚀不足的问题,根据不同特种胶凝材料水化产物耐 CO2 腐蚀性能的差异,优选出耐 CO₂ 腐蚀好的特种胶凝材料——磷铝酸盐水泥。为了进一步改善磷铝酸盐水泥石的耐腐蚀性能,基于酸基热液反应原理,在磷铝酸盐水泥中引入磷酸盐 SHP,优化其水化产物组成和改善水泥石的耐 CO₂ 腐蚀性能。同时选用复合缓凝剂 CSB 和聚合物降失水剂 AADI 来调节耐 CO₂ 腐蚀复合固井材料的性能。结果表明,复合材料的稠化性能和失水性能可调,且性能对添加剂加量的敏感程度能够满足工程要求,具有“直角稠化”的特点,失水量能控制在 50 mL以内,静胶凝强度“过渡时间”短,具有优良的耐 CO₂ 腐蚀性能。      

新型陶瓷筛管在克深气藏出砂气井中的适用性分析

克深气藏储层埋藏深、高温、高压、高含CO₂腐蚀气体,气井井下高产和高冲蚀,在气井出砂后使用常规金属筛管难以满足其防砂需求。通过对国外相似出砂油气井防砂案例分析,优选出新型陶瓷筛管并针对克深气藏气井井下CO₂腐蚀、酸液腐蚀、出砂冲蚀进行了适用性及下入可行性分析,结果表明:新型陶瓷筛管能够满足克深区块高温、高含CO₂、强酸腐蚀环境及高速携砂流体冲蚀下的防砂要求;现有陶瓷筛缝尺寸能够满足克深气藏砂岩储层挡砂精度要求;陶瓷筛管整体结构简单,下入后完井表皮因数低,能满足克深区块对于增产改造的要求;陶瓷筛管的机械强度能够承受克深井下围压,且具有良好的抗曲性能,可满足超深气井的下入可行性要求。研究认为,该新型陶瓷筛管在抗高冲蚀、抗高温、抗腐蚀和低完井表皮因数方面具有优势,其在克深气藏防砂完井中应用前景广阔。     

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。     

CCUS全尺寸腐蚀模拟试验技术与应用

CO₂腐蚀是制约CO₂驱油与埋存试验的关键问题，其中温度、压力、CO₂相气液多相流是影响腐蚀的主要因素。根据CO₂驱现场实际，综合考虑影响CO₂驱腐蚀的各个因素，以及室内高温高压釜与矿场实际流体的流速、流态有明显差异性，为真实模拟地面注水、集输及注采井筒CO₂腐蚀环境，准确研究和评价CO₂腐蚀规律，研发形成国内首套CCUS全尺寸腐蚀模拟中试试验装置，实现了水平和垂直管流速环境下CO₂腐蚀规律、材料腐蚀行为、缓蚀剂应用效果等综合腐蚀的试验评价。通过CO₂中试模拟试验数据与软件预测、室内实验、矿场腐蚀监测等数据对比分析发现，CO₂中试模拟试验数据与矿场腐蚀监测数据更为接近，可模拟CO₂驱注采集输系统腐蚀工况，实现垂直管流与水平管流动态腐蚀模拟。试验筛选出了经济可行的材质及药剂体系，确定适合现场使用的防腐药剂浓度和加药周期，有效指导了CO₂     

5Cr套管钢在不同CO2分压下高温高压腐蚀特性研究

为了研究5Cr套管钢在不同CO₂分压下的腐蚀特性,进行了5Cr套管钢高温高压腐蚀失重和高温高压电化学试验,并采用XRD、SEM和EDS等手段对其腐蚀产物进行微观分析。结果表明,在高温高压腐蚀环境下随着CO₂分压从低到高,其表面点蚀坑的深度和直径均无明显变化,而点蚀速率则出现逐渐减小的趋势;其腐蚀产物膜由Cr(OH)₃、FeCO₃和CaCO₃共同组成,且随着CO₂分压的升高Cr的富集量逐渐增加;在电化学测试中,随着CO₂分压的不断升高,5Cr套管钢表现出半钝化特征,产物膜逐渐增厚且致密,且极化电阻逐渐增大,阳极反应受到抑制,电化学反应阻力增大,其抗局部腐蚀能力不断提高。     

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,...     

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。     

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。     

CO2注采井油管柱服役安全状态评价方法

针对CO₂注采井油管柱因腐蚀失效而频繁更换的问题,研究了适用于CO₂注采井井筒环境的CO₂腐蚀速率预测模型及管柱力学分析方法,分析讨论了CO₂注采井工况、产出液含水率等因素随时间的变化对CO₂注采井油管柱腐蚀速率及承受载荷的影响,结合管柱腐蚀剩余强度计算方法,建立了CO₂注采井油管柱服役安全状态评价方法,并进行了实例计算和比较。结果表明,针对CO₂注采井油管柱腐蚀预测,DW-95模型有较好的适用性,生产阶段为CO₂注采井腐蚀发生主要阶段及安全状态评价的主要对象;管柱安全服役时间与其腐蚀速率及承受载荷呈负相关,且管柱抗压安全服役时间为管柱最小安全服役时间,是安全状态评价的主要依据,以此为标准可确定管柱更换周期,优化CO₂注采井吞吐周期,指导现场安全生产。     

CCUS腐蚀控制技术对策

碳捕集、利用与封存技术(CCUS)对于减缓全球气候变化、推进低碳发展具有重要意义。在石油开采过程中，利用CCUS技术将储存的CO₂注入油气井提高了油田原油采收率，但是CO₂溶于水后形成的碳酸会加剧金属管道的腐蚀，对设备的安全运行造成重大威胁。首先介绍了CO₂腐蚀机理，详细描述了造成油气生产系统中CO₂腐蚀的主要影响因素；然后对合金防护、涂覆防护层防护、缓蚀剂防护等常见的腐蚀控制方法及其研究进展进行了分析讨论；最后结合CCUS腐蚀控制研究现状，总结了在不同介质环境下CO₂腐蚀控制具体的措施和建议。研究成果为CO₂腐蚀控制技术的研究与发展提供了参考和依据。     

昭通区块页岩气工艺气管线腐蚀与防治

目的 针对昭通页岩气区块集输平台管材腐蚀严重现象,开展页岩气工艺气管线腐蚀与防治研究。方法 通过分析弯头腐蚀情况,确定腐蚀产物主要为FeCO₃和FeO,并考查了CO₂含量、CO₂分压、侵蚀性CO₂、溶解氧、流速、出砂、细菌等因素对腐蚀的促进作用。结果 发现溶解氧促进的CO₂腐蚀是管材腐蚀的主要因素,流体总CO₂含量越高,分压越大,腐蚀越严重,流速和含砂对管材腐蚀同样存在促进作用,而细菌对腐蚀无明显促进作用。结论 同时筛选出了咪唑啉和曼尼希碱两类具有明显提高缓蚀性能的缓蚀剂,现场应用证明咪唑啉类缓蚀剂具有较好的缓蚀性能,缓蚀率达95%。     

低渗废弃气藏注超临界CO2采热发电技术及经济性分析

高温废弃气田埋藏深、渗透率低、地热能丰富,适合循环注采CO₂开发。为实现CO₂现场应用及地热高效开发,可在地热开采前注入CO₂提高天然气采收率并恢复气藏压力。但对地下CO₂采热过程还缺少系统研究,利用地面CO₂发电热力循环过程也未见相关报道,CO₂采热发电的经济性更需详细分析。为此,首先基于典型高温废弃气田建立了地热开发模型,全过程分析了地下CO₂采热各阶段储层温压变化和采热速率;随后提出了有机朗肯循环和CO₂直接循环发电方式,对发电热力循环过程进行了优化计算;最后采用平准化发电成本计算方法,对CO₂采热发电成本进行了评价。研究结果表明,对于120℃、1 500 m×1 000 m×50 m的废弃气藏,提高采收率和压力恢复阶段可埋存CO₂ 11.75×10⁸m³;CO₂注采方式对地热阶段CO₂埋存量影响较大,但30年内CO₂采热速率均可维持在约10 MW;有机朗肯循环系统发电速率最高为132.7 kW,而CO₂直接循环系统可达718.5 kW;CO₂购买费用对发电成本影响较大,价格低于7~10美元/t时,低渗废弃气藏注CO₂采热发电成本与现有煤电成本持平。     

耐高温高密度防腐固井水泥浆

深层含酸性气体油气井中,高温、高压含CO₂气体环境易腐蚀水泥石,破坏水泥环密封完整性。为开发具有防腐能力的高温高密度固井水泥浆体系,对水泥浆关键材料进行研究,构建了抗高温高密度防腐水泥浆体系,分析了水泥浆性能和微观形貌。实验结果表明,锰矿粉加重剂能显著提高水泥浆密度,制备的水泥浆体系高温下抗腐蚀能力较好;研究的降失水剂JS18L、缓凝剂H16L在高温下能降低水泥浆失水量,调节稠化时间。将无机复合防腐剂NAM-H、聚合物防腐剂SZ-M2结合使用,作为防腐材料可增强水泥石防腐性能。使用研究的添加剂材料构建密度为1.90～2.20 g/cm3的抗高温高密度防腐水泥浆,水泥浆体系流变性好,稳定性高,失水量小于50 mL,稠化时间在3～5 h可调,满足固井作业要求。高密度水泥石高温下力学性能稳定,防腐能力强,水泥石腐蚀30 d的抗压强度衰退率在25%以内,腐蚀深度小于1.5 mm。该研究成果可为高温高压酸性气井以及二氧化碳地质封存井固井作业提供技术支持。      

非均质多层储层中CO2驱替方式对驱油效果及储层伤害的影响

低渗透油藏注CO₂开发过程中沥青质沉淀和CO₂-地层水-岩石相互作用引起的储层堵塞加剧了非均质多层砂岩储层中驱替特征的复杂性，影响CO₂和CO₂-水交替驱（CO₂-WAG）驱油过程中流体在储层中的渗流和最终的原油采收率。研究中的CO₂和CO₂-WAG驱油实验是在混相条件下（70℃、18 MPa）模拟的具有相似物性的多层储层系统中进行的，从油气产量、剩余油分布和渗透率损害3方面评价了两种驱替方式。实验结果表明，CO₂驱后整个系统的采收率较低，产油主要来自高渗透层，剩余油分布在中、低渗透层。CO₂-WAG驱过程中CO₂突破时间较晚，整个系统的原油采收率显著改善。此外，CO₂驱后高渗透层的渗透率下降了16.1%，95.1%的下降幅度是由沥青质沉淀引起。在CO₂-WAG驱后，各层的渗透率下降幅度分别为29.4%、16.8%和6.9%，沥青质沉淀仍是主要因素，且引起的储层堵塞更严重，但高渗透层中CO₂-地层水-岩石相互作用引起的渗透率下降不容忽视，占20.7%的因素。因此，对于具有强非均质性的多层储层，CO₂-WAG具有更好的驱油效果，但是对沥青质沉淀的预防和控制措施是必要的。     

延长气田抗CO2/H2S复配缓蚀剂的研究及应用

为了解决延长含硫气田管材严重腐蚀问题，通过对试片腐蚀形貌以及腐蚀产物组成、含量的检测来确定含硫气田管材的腐蚀成因，以3种现场抗腐蚀缓释效果较好、主要成分为咪唑啉的KS系列抗CO₂/H₂S腐蚀缓蚀剂为助剂，以抗CO₂腐蚀性能较好的E-04缓蚀剂为主剂进行复配，通过失重法、图像采集等手段对3种复配缓蚀剂进行缓蚀性能效果评价，并探究不同H₂S分压下3种复配缓蚀剂的缓蚀效果，筛选出缓蚀效果较好的复配缓蚀剂，并将其在现场应用。结果表明：溶解氧、侵蚀性CO₂、CI^-引起的吸氧腐蚀、CO₂腐蚀和点蚀是导致管材腐蚀的主要原因，细菌造成的结垢腐蚀对其也有一定影响；在CO₂/H₂S腐蚀联合控制条件下，抗CO₂/H₂S复配缓蚀剂KS-02缓蚀效果最优，缓蚀效率可达80%以上。现场含硫气井监测显示抗CO₂/H₂S复配缓蚀KS-0...     

CO2-H2S与高温环境对完井工具橡胶材料性能影响分析

为寻找在CO₂-H₂S与高温环境下完井工具用的高性能橡胶材料，此文对AFLAS、FKM、HNBR三种典型橡胶材料进行CO₂-H₂S腐蚀和高温拉伸试验发现:所用FKM的综合性能略高于AFLAS；HNBR的综合性能和高温力学性能要明显低于AFLAS和FKM。以上结果可为高含CO₂-H₂S高温高压腐蚀环境下完井井下工具橡胶材料选择提供指导和依据。     

CO2驱油采油系统防腐防垢研究进展

CO₂驱油采油系统是一种常用的提高油井产量的方法,但在使用过程中,系统中的管道和设备易受腐蚀和结垢,导致系统效率降低,因此,防腐和防垢是CO₂驱油采油系统中需要重点研究的问题。材料防腐操作简单但成本高,化学药剂处理防腐,对于防腐剂的性能和使用条件需要精确控制,使用不当会对环境产生负面影响。因此,找到更高效、更安全、更环保的防腐防垢手段,在CO₂驱油采油系统中具有广阔的应用前景。