本發(fā)明涉及油氣井固井水泥漿，具體涉及用于水泥漿的防腐蝕材料、抗二氧化碳腐蝕水泥漿及其制備方法和應用。

背景技術(shù)：

1、碳捕獲、利用與封存(ccus)作為目前唯一能夠大幅減少co2排放的可行技術(shù)，固井水泥環(huán)完整性是決定co2地質(zhì)封存工程能否順利實施并最終實現(xiàn)長期封存的關(guān)鍵技術(shù)。眾所周知，co2在井下以超臨界co2的狀態(tài)存在，具有低粘度強滲透性等特點。與此同時，硅酸鹽水泥體系呈強堿性而co2是一種酸性氣體，在co2長齡期的侵蝕下，固井水泥環(huán)極易過度碳化脫鈣，引起組分改變、強度衰減，孔隙度及滲透率增大，導致水泥環(huán)整體結(jié)構(gòu)被破壞，危及井筒長期有效密封。

2、目前，針對co2等酸性氣體對固井水泥環(huán)的腐蝕問題，國內(nèi)外普遍采用防腐蝕水泥漿體系。油井水泥co2防腐材料主要采用超細惰性材料及活性硅質(zhì)類材料，如中石化德州研究所加入惰性超細重晶石等材料和成功大學的李冠穎等通過加入飛灰、硅粉等活性材料，通過物理緊密堆積效應來降低水泥石的滲透率及與水泥礦物反應降低水泥石堿性來提高水泥石的抗co2腐蝕性能，這種方式只是削弱溶蝕離子的交換源，盡量減緩co2腐蝕介質(zhì)的滲入速率，一旦腐蝕介質(zhì)進入水泥石內(nèi)部，將會對水泥石的凝膠結(jié)構(gòu)繼續(xù)造成破壞，無法繼續(xù)發(fā)揮其抗腐蝕的作用，因此，抗腐蝕效果不是很理想。

3、cn114133172a公開一種固井中抗二氧化碳腐蝕水泥漿及其制備方法，采用硅酸鹽水泥、納米二氧化硅、uf纖維素纖維、降失水劑、分散劑，得到了抗co2腐蝕水泥漿，納米二氧化硅對水泥石內(nèi)部微孔隙起到充填堵孔作用，參與水化反應提高水化產(chǎn)物si/ca，改善水化產(chǎn)物的防腐蝕能力，uf纖維素改善水泥石力學性能的，但是適用溫度范圍未給出，實施例中溫度60℃，適用溫度范圍較小，體系適應性不足。

4、因此，亟需開發(fā)一種在co2腐蝕環(huán)境下具有良好的防腐蝕能力的水泥漿，以保障ccus井固井質(zhì)量，實現(xiàn)co2高效封存。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的水泥石被co2腐蝕介質(zhì)侵入后無法持續(xù)防腐問題，提供用于水泥漿的防腐蝕材料、抗二氧化碳腐蝕水泥漿及其制備方法和應用。采用本發(fā)明的防腐蝕材料制得的抗二氧化碳腐蝕水泥漿在co2地質(zhì)封存井腐蝕條件下，腐蝕后，水泥石具有抗壓強度大、滲透率小、沉降穩(wěn)定性好、流變性好、適用溫度范圍廣等特點，保證co2地質(zhì)封存井長期有效密封。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種用于水泥漿的防腐蝕材料，所述防腐蝕材料包括混合物a和混合物b；其中，所述混合物a包括活性炭、納米二氧化硅和納米氧化鋁；所述混合物b包括組分c和組分d；所述組分c選自硅藻土和/或粉煤灰；所述組分d選自偏高嶺土、浮石和煤矸石中的一種或多種。

3、優(yōu)選地，所述混合物a中，活性炭、納米二氧化硅和納米氧化鋁的質(zhì)量比為1:0.05-0.1:0.05-0.1。

4、優(yōu)選地，所述組分c和組分d的質(zhì)量比為1-2:1。

5、優(yōu)選地，所述混合物a和混合物b的質(zhì)量比為1:2-4。

6、優(yōu)選地，所述活性炭的平均粒徑為40-60μm。

7、優(yōu)選地，所述納米二氧化硅的sio2含量大于99％，平均粒徑為30-40nm。

8、優(yōu)選地，所述納米氧化鋁的al2o3含量大于99％，平均粒徑為10-30nm。

9、優(yōu)選地，所述組分c的平均粒徑為10-20μm。

10、優(yōu)選地，所述組分d平均粒徑為20-40μm。

11、本發(fā)明第二方面提供一種用于水泥漿的防腐蝕材料的制備方法，所述制備方法包括：

12、將活性炭、納米二氧化硅和納米氧化鋁混合，得到混合物a；

13、將組分c和組分d混合，得到混合物b；其中，所述組分c選自硅藻土和/或粉煤灰；所述組分d選自偏高嶺土、浮石和煤矸石中的一種或多種；

14、在低攪拌速率條件下，將所述混合物a和混合物b混合，然后進行高速攪拌，得到所述防腐蝕材料。

15、優(yōu)選地，所述低攪拌速率為3800-4200r/min，所述高速攪拌的速率為11500-12500r/min。

16、本發(fā)明第三方面提供前述第一方面所述的防腐蝕材料或前述第二方面所述的制備方法制得的防腐蝕材料在水泥漿中的應用，優(yōu)選在抗二氧化碳腐蝕水泥漿中的應用。

17、本發(fā)明第四方面提供一種抗二氧化碳腐蝕水泥漿，所述水泥漿由以下重量份的原料制成：g級油井水泥100份、防腐蝕材料2-6份、微硅2-5份、增強材料3-6份、膨脹增韌材料3-5份、乳膠粉1-3份、穩(wěn)定劑0-2份、分散劑0.3-2份、降失水劑2-5份、緩凝劑0.1-2份、消泡劑0.2-0.5份和水48-56份，其中，所述防腐蝕材料為前述第一方面所述的防腐蝕材料或前述第二方面所述的制備方法制得的防腐蝕材料。

18、本發(fā)明第五方面提供一種抗二氧化碳腐蝕水泥漿的制備方法，所述制備方法包括：

19、將g級油井水泥與防腐蝕材料、微硅、增強材料、膨脹增韌材料、乳膠粉、穩(wěn)定劑和分散劑混合，得到干混料；

20、將降失水劑與緩凝劑、消泡劑和水混合，得到濕混料；

21、將所述干混料和所述濕混料混合，得到抗二氧化碳腐蝕水泥漿。

22、本發(fā)明第六方面提供前述第四方面所述的抗二氧化碳腐蝕水泥漿或前述第五方面所述的制備方法制得的抗二氧化碳腐蝕水泥漿在油氣井固井作業(yè)中的應用。

23、優(yōu)選地，所述抗二氧化碳腐蝕水泥漿的使用溫度為30-150℃。

24、通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明所取得的有益技術(shù)效果如下：

25、(1)采用本發(fā)明提供的用于水泥漿的防腐蝕材料制得的水泥漿適用溫度范圍為30-150℃，腐蝕后水泥石抗壓強度均大于20mpa，滲透率均小于0.1md，甚至小于0.05md，顯著提升了水泥石防co2腐蝕能力，同時對水泥漿其他工程性能無不良影響，可保障ccus腐蝕工況條件下，水泥環(huán)長期有效密封。

26、(2)本發(fā)明用于抗二氧化碳腐蝕水泥漿在co2腐蝕環(huán)境下具有良好的防腐蝕能力，腐蝕前水泥石抗壓強度較高、結(jié)構(gòu)致密，腐蝕后水泥石抗壓強度無明顯衰退、滲透率小、力學性能良好、沉降穩(wěn)定性好、流變性好等綜合性能，適用溫度30-150℃及以下的防co2腐蝕水泥漿體系，保障ccus井固井質(zhì)量，并保障在ccus腐蝕工況條件下，水泥環(huán)長期有效密封性能，實現(xiàn)co2高效封存。

技術(shù)特征：

1.一種用于水泥漿的防腐蝕材料，其特征在于，所述防腐蝕材料包括混合物a和混合物b；其中，所述混合物a包括活性炭、納米二氧化硅和納米氧化鋁；所述混合物b包括組分c和組分d；所述組分c選自硅藻土和/或粉煤灰；所述組分d選自偏高嶺土、浮石和煤矸石中的一種或多種。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防腐蝕材料，其中，所述混合物a中，活性炭、納米二氧化硅和納米氧化鋁的質(zhì)量比為1:0.05-0.1:0.05-0.1；

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的防腐蝕材料，其中，所述活性炭的平均粒徑為40-60μm；

4.一種用于水泥漿的防腐蝕材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其中，所述混合物a中，活性炭、納米二氧化硅和納米氧化鋁的質(zhì)量比為1:0.05-0.1:0.05-0.1；

6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其中，所述活性炭的平均粒徑為40-60μm；

7.權(quán)利要求1-3中任意一項所述的防腐蝕材料或權(quán)利要求4-6中任意一項所述的制備方法制得的防腐蝕材料在水泥漿中的應用，優(yōu)選在抗二氧化碳腐蝕水泥漿中的應用。

8.一種用于抗二氧化碳腐蝕水泥漿，其特征在于，所述水泥漿由以下重量份的原料制成：g級油井水泥100份、防腐蝕材料2-6份、微硅2-5份、增強材料3-6份、膨脹增韌材料3-5份、乳膠粉1-3份、穩(wěn)定劑0-2份、分散劑0.3-2份、降失水劑2-5份、緩凝劑0.1-2份、消泡劑0.2-0.5份和水48-56份；其中，所述防腐蝕材料為權(quán)利要求1-3中任意一項所述的防腐蝕材料或權(quán)利要求4-6中任意一項所述的制備方法制得的防腐蝕材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水泥漿，其中，所述微硅的sio2含量不低于90％，平均粒徑為5-10μm，45μm篩余≤5％。

10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的水泥漿，其中，所述增強材料選自無機礦石粉類材料，優(yōu)選為礦石粉drb-1s；

11.根據(jù)權(quán)利要求8-10中任意一項所述的水泥漿，其中，所述分散劑選自聚苯乙烯磺酸鹽類化合物和/或甲醛和丙酮的縮聚物；

12.一種抗二氧化碳腐蝕水泥漿的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

13.權(quán)利要求8-11中任意一項所述的抗二氧化碳腐蝕水泥漿或權(quán)利要求12所述的制備方法制得的抗二氧化碳腐蝕水泥漿在油氣井固井作業(yè)中的應用。

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的應用，其中，所述抗二氧化碳腐蝕水泥漿的使用溫度為30-150℃。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及油氣井固井水泥漿技術(shù)領(lǐng)域，公開了用于水泥漿的防腐蝕材料、抗二氧化碳腐蝕水泥漿及其制備方法和應用。該防腐蝕材料包括混合物A和混合物B；其中，所述混合物A包括活性炭、納米二氧化硅和納米氧化鋁；所述混合物B包括組分C和組分D；所述組分C選自硅藻土和/或粉煤灰；所述組分D選自偏高嶺土、浮石和煤矸石中的一種或多種。采用該防腐蝕材料制成的抗二氧化碳腐蝕水泥漿在CO2腐蝕環(huán)境下具有良好的防腐蝕能力，腐蝕前水泥石抗壓強度較高、結(jié)構(gòu)致密，腐蝕后水泥石抗壓強度無明顯衰退、滲透率小、力學性能良好、沉降穩(wěn)定性好、流變性好等綜合性能，保障CCUS井固井質(zhì)量，實現(xiàn)CO2高效封存。

技術(shù)研發(fā)人員：張弛,張曉兵,靳建洲,于永金,曲從鋒,張華,齊奉忠,劉慧婷,夏修建,張佳瀅,翟顯治
受保護的技術(shù)使用者：中國石油天然氣集團有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26