HCO3-与SO42-离子共同作用下的油井水泥石腐蚀机理.pdf

- 2- HCO 与SO 离子共同作用下的油井水泥石腐蚀机理 3 4 王 宇 赵 强 尚纪超 金春玉1 2 2 1 （1 河北联合大学 唐山 063009；2冀东油田油气集输公司 唐山 063200） [摘 要]目前国内以聚驱、三元复合驱为主的三次采油矿场试验进入实施阶段，地层压力环 境、储层流体介质再次发生较大变化，影响调整井固井质量主导因素已由以往的低渗高压层 转为高渗低压层，流体对水泥浆以及水泥石的腐蚀已由中低矿化度的地层水转为中高矿化度 2- - 富含SO 和HCO 的聚驱注入液或以弱碱为主的三元复合试验注入液，加剧了对井下水泥环4 3 2- - 的腐蚀。采出液中的矿化度及SO 和HCO 的含量有所增高，成为诱发水泥腐蚀和影响固井4 3 质量的重要原因之一，因此，本文以提高不同储层流体介质条件下的高渗低压层调整井固井 2- - 质量为目标，开展有关采出液中SO 和HCO 对油井水泥腐蚀机理的研究，对开发防腐蚀水4 3 2- - 泥浆体系，延长油气井的生产寿命、提高生产效率以及含 SO 和HCO 等离子的油气层的长4 3 效开发具有非常重要的意义。 关键词：SO42- HCO 油井水泥 腐蚀3- 环空窜流是困扰各油田固井质量的主要问题，尤其是在调整井钻井区块，由于注采不平 衡、注采液带有腐蚀性离子等因素，在水泥浆候凝期间或由于水泥石长期受地层采出液中腐 蚀离子的腐蚀作用，导致水泥石性能发生变化及产生微裂纹等，造成封固失效。油井水泥环 是支撑套管封固地层的重要物质，井下水泥环的封固效果不仅直接影响固井质量而且直接影 响油气井的正常生产。大量的研究成果表明，用于封固地层的水泥石当与含有HCO 、SO3- 42- - 2- 等成分的地层水接触时，水泥石会与有关成分发生化学作用，HCO 、SO 两种腐蚀离子的协3 4 同作用而使水泥石受到更加严重的腐蚀，导致水泥石内部物质组成、微观结构等发生变化， 从而改变水泥石强度、渗透率等性能，影响水泥石的致密程度和封固效果。因此，本文以大 - 2- 庆油田采出液水质条件为基础，分析和评价含有HCO 、SO 等成分的环境条件下水泥环产生3 4 的共同腐蚀作用机理和规律，以及腐蚀作用的影响因素等问题，对于探索提高固井质量的途 径具有重要意义。 2- - 2- 扫描电镜和X衍射实验分析的结果表明，当CO 、HCO 、SO 腐蚀性离子的混合溶液浸3 3 4 泡水泥石模块时，这些离子在对水泥的长期浸泡的过程中，会对油井水泥产生协同的腐蚀作 用，其作用的机理与程度既与各单一离子的作用特点有关有与各离子的含量有关。因此，明 确多种离子共同作用下腐蚀水泥的机理对于准确把混合腐蚀溶液对油井水泥的腐蚀规律，具 有重要意义。 1.碳化引起硫酸根离子的迁移和浓缩 当水泥基体与含有大量HCO 的水接触时，孔隙溶液被中和而导致结垢—即生成CaCO，3- 3 这一过程称为碳化作用。碳化对油井水泥环来说最低的危害是由于孔液的pH值下降破坏了 套管表面的钝化膜使其产生锈蚀。实际上，水泥环碳化时由于二氧化碳对水泥基体和孔液中 的硫酸盐、碱金属盐等的影响，使腐蚀因子在水泥石内部产生迁移和浓缩，腐蚀在碳化尚未 达到套管表面时就可能已经发生。 研究结果表明，水泥石中所含有的硫酸钠、生成钙矾石或单硫型硫铝酸钙大致均匀分布。 - 2- 随着外界含有HCO 和SO 离子的地层水不断地侵入，水泥石的碳化反