基于固体钙含量的CO2 腐蚀水泥石规律预测

袁 彬，袁坤峰，徐璧华 ，颜 爽

1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室·西南石油大学，四川 成都610500

2.中国石油西南油气田公司川东北气矿，四川 达州635000

引言

水泥环作为井筒的重要组成部分，主要起封隔油、气、水层及支撑并保护套管的作用[1]。水泥环在地层条件下常会处于CO2酸性环境，例如，四川盆地安岳气田CO2平均含量约2.0%[2]；四川盆地元坝气田CO2平均含量9.98%[3]；渤海的渤中19-6 构造CO2浓度超过9%[4]。水泥环在CO2酸性环境中其力学性能会降低，渗透性增大，这在固井领域称为水泥环腐蚀性能衰退[5]。CO2对油井水泥环的腐蚀作用是由于CO2渗入水泥石中与水泥水化产物发生化学反应，主要通过淋滤作用、溶蚀作用、碳化收缩作用以及地层水的协同作用对油井水泥环产生腐蚀[6-7]。水泥环被腐蚀后，水泥石的微观结构和宏观性质被改变，造成水泥石结构的疏松和内部裂缝的产生，其结构被破坏，力学性能降低、渗透率增大，使其失去保护套管和封隔油气水层的作用，从而缩短油气井的寿命，造成了巨大的经济损失[8-9]。

井下环境中CO2对水泥环的腐蚀深度及规律很难测量，即使可以测量其测量成本也很高，且操作复杂。因此，需要一个能实现对CO2腐蚀深度及规律预测的数学模型，该模型能够预测在地层条件下CO2对水泥环的腐蚀深度和规律，以此来评估水泥环的完整性以及损坏程度或者设计防腐性能更好的水泥环。而目前建立的CO2腐蚀深度预测模型，大多是基于实验数据拟合建立的半经验模型[10-11]，例如Houst 预测模型[12]，这类模型随机影响因素多，不能全面考虑二氧化碳对水泥石腐蚀的相关因素，适用性较差。……