二氧化碳埋存井筒的腐蚀行为影响因素

张志超,柏明星,陈巧珍

(1.东北石油大学,大庆 163318; 2. 大庆师范学院,大庆 163712)

自20世纪80年代末起，工业生产和人类生活消耗了大量化石能源，导致二氧化碳排放量日益增加，由此产生的温室效应导致全球气候环境日趋恶劣[1-3]。为了实现二氧化碳的减排，对二氧化碳进行捕集和地下埋存尤为重要[4-5]。二氧化碳埋存的目的是将其永久埋存于地下，然而，埋存的二氧化碳气体泄漏会导致埋存失败，且气体泄漏还会导致诸如温室效应加剧、土壤酸化、植物死亡、地下水污染，甚至会诱发地震等事故[6-9]。如美国Kansas二氧化碳埋存场地发生泄漏，泄漏量高达3 000 t[10]。1986年喀麦隆的尼欧斯湖地区因为二氧化碳泄漏导致特大惨剧，造成至少120人丧生[11-13]。造成二氧化碳泄漏最关键的原因是气体埋存井井筒完整性遭到破坏。二氧化碳注入埋存层后，地层水pH下降，二氧化碳-盐水多相流体与水泥环发生化学溶蚀和淋滤作用，造成水泥环胶结性能及强度下降，渗透率增加[14-17]。腐蚀后的井筒水泥石在交变载荷的作用下，发生水泥环破裂或脱黏产生了二氧化碳泄漏通道，造成封存二氧化碳泄漏[18-20]。

目前，国内外对于二氧化碳封存过程中井筒的腐蚀产物及腐蚀规律的认识尚不完善，不能及时预测二氧化碳封存井的完整性变化，也无法判断封存井是否存在泄漏风险。因此，本工作采用扫描电子显微镜(SEM)观察分析了室内二氧化碳腐蚀试验后水泥岩石样的表面形貌，结合矿物晶体形态分析，得出井筒完整性遭到破坏的根本原因。……