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1、(10)授权公告号 CN 102464973 B (45)授权公告日 2013.07.03 CN 102464973 B *CN102464973B* (21)申请号 201010550545.1 (22)申请日 2010.11.18 C09K 8/54(2006.01) C09K 8/42(2006.01) (73)专利权人 中国石油天然气集团公司 地址 100007 北京市东城区东直门北大街 9 号中国石油大厦 专利权人 中国石油集团工程技术研究院 (72)发明人 谭文礼 吕光明 席方柱 高永会 王翀 吴达华 邹建龙 侯薇 霍明江 刘爱萍 孙富全 谢承斌 (74)专利代理机构 北京市中实友。
2、知识产权代理 有限责任公司 11013 代理人 谢小延 US 5213160 A,1993.05.25, CN 101481605 A,2009.07.15, (54) 发明名称 一种注油井水泥的抗 CO2腐蚀材料 (57) 摘要 本发明涉及一种注油井水泥的抗 CO2腐蚀 材料 ； 该抗 CO2腐蚀材料用于油井注水泥时与水 泥干混或分散在水中， 掺量是水泥质量的 40 60， 抗 CO2腐蚀材料按质量百分数组成为 ： 氧化 硅 ： 40-80 ； 炭黑 ： 5 20 ； 废旧轮胎粉碎成 的胶粉 ： 5 15 ； 氧化铝 ： 5-30 ； 氧化镁 ： 0 8 ； 在油井水泥中掺入不同含量的该抗腐。
3、蚀材料 后， 形成的水泥石具有不同的抗腐蚀性能， 一般随 着抗CO2腐蚀材料掺量增加， 水泥石抗腐蚀性能提 高。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 段丽斌 权利要求书 1 页 说明书 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书1页 说明书3页 (10)授权公告号 CN 102464973 B CN 102464973 B *CN102464973B* 1/1 页 2 1. 一种注油井水泥的抗 CO2腐蚀材料， 其特征在于 ： 按质量百分数组成为 ： 氧化硅 ： 40-80% ； 炭黑 ： 5 20% ； 废旧轮胎粉碎成的胶粉 ： 5 15% ； 。
4、氧化铝 ： 5-30% ； 氧化镁 ： 0 8% ； 其中废旧轮胎粉碎而成的胶粉粒径在 50-300m 之间。 2. 一种权利要求 1 所述的注油井水泥的抗 CO2腐蚀材料的应用， 其特征在于 ： 该抗 CO2 腐蚀材料用于油井注水泥时与水泥干混或分散在水中， 掺量是水泥质量的 40 60%。 权 利 要 求 书 CN 102464973 B 2 1/3 页 3 一种注油井水泥的抗 CO2腐蚀材料 技术领域 0001 本发明涉及一种用于注油田固井水泥的抗 CO2腐蚀材料， 该抗腐蚀材料掺入油井 水泥中后可以提高油井水泥的抗腐蚀性能， 适用于在有 CO2腐蚀性流体环境下的地层封固。 背景技术 0。
5、002 地层中常含有 CO2物质， 二次采油时， CO2常作为混相驱油流体被注入井内。这就 要求井眼内的密封材料必须具备抗 CO2腐蚀的能力。问题在于用于油井密封的材料一般 为波特兰水泥， 波特兰水泥浆在井内从流动状态， 经过稠化、 胶凝、 凝结阶段， 发展至硬化阶 段， 最终形成具有结构强度的水泥石。一般来说， 波特兰水泥的主要成分为硅酸钙、 铁铝酸 四钙、 铝酸三钙、 少量石膏。它们与水反应形成的主要产物为大量的氢氧化钙、 硅酸钙水化 物和铝酸钙水化物等。这些水化产物很容易遭受 CO2的侵蚀， 尤其是在高温下， CO2的不断 流入， 与水化结构体发生作用， 形成像软体一样的凝胶物质， 导致。
6、水泥石强度下降和水泥石 渗透率增加， 这样 CO2可不断透过水泥环， 与套管接触而发生作用。因此水泥石被 CO2侵蚀 将产生如下严重后果 ： 一是水泥石结构体解体， 起不到支撑套管的作用 ； 二是水泥石不能 起到密封作用， 这样层间流体会发生交换或彼此窜流， 导致油气损失和影响开采 ； 三是套管 遭受 CO2腐蚀， 导致失去护壁作用和井下措施不能实施。 发明内容 0003 本发明的目的是提供一种可增强油井水泥抗 CO2腐蚀的材料， 通过在水泥中掺入 该材料后可配制成抗腐蚀水泥浆， 形成的水泥石具有抗 CO2腐蚀的能力。 0004 本发明要解决的技术问题 ： 在含有腐蚀性气体CO2的环境下， 采。
7、用油井水泥进行封 固后， 随着CO2不断与凝固水泥石的接触， 水泥石中的组分会与CO2发生反应， 反应后的生成 物是一种无定形的弱胶凝结构物质， 当这种反应不断地持续下去时， 水泥石结构体遭到不 断的破坏， 同时 CO2透过已被反应的物质继续不断与水泥石基体作用， 导致水泥石渗透率增 大， 流体通道形成， 不同油气层之间的流体会沿着形成的通道运移， 造成油气窜失， 此外透 过水泥石基体的 CO2在井下高温高压下与套管接触， 不断腐蚀管材， 最终可能导致油气井报 废现象发生。 0005 鉴于油井水泥中的组分以及水化生成物都会在 CO2的环境下发生反应， 生成无 强度的凝胶体物质， 使得水泥石结构。
8、被破坏， 因此本发明涉及一种可提高油田油井水泥抗 CO2腐蚀的材料。该腐蚀材料为有机物质、 非金属单质、 非金属氧化物与金属氧化物固体粉 末物质按照一定的比例制备而成。该抗 CO2腐蚀材料的主要成分为氧化硅 ( 或硅质化合 物 )、 炭黑、 废旧轮胎粉碎而成的胶粉、 氧化铝、 氧化镁， 其中废旧轮胎粉碎而成的胶粉粒径 在 50-300m 之间。它们在该抗 CO2腐蚀材料中的质量百分数组成为 ： 氧化硅 ： 40-80； 炭 黑 ： 5 20 ； 废旧轮胎粉碎成的胶粉 ： 5 15 ； 氧化铝 ： 5-30 ； 氧化镁 ： 0 8。上述 组分按其比例范围可配制成抗腐蚀材料， 该抗腐蚀材料可占水泥。
9、质量的 5 100， 通常占 其质量的4060。 在油井水泥中掺入不同含量的该抗腐蚀材料后， 形成的水泥石具有不 说 明 书 CN 102464973 B 3 2/3 页 4 同的抗腐蚀性能。 0006 本发明采用的技术方案 0007 在 CO2的环境下采用波特兰油井水泥固井时， 波特兰水泥中的组分和水化生成物 都将与 CO2发生反应， 反应产物为一种没有强度的无定形的弱胶凝结构物质， 随着 CO2与水 泥石不断地接触， 水泥石组分和性能也不断发生变化， 水泥石遭到不断地腐蚀和侵蚀， 最终 封固井内的水泥环渗透率增加、 强度下降乃至失去， 层间封隔失效， 井内流体互相窜通， 此 外不断渗透过水。
10、泥石基体的 CO2也对套管进行腐蚀， 导致套管严重损坏。本发明的抗 CO2腐 蚀材料主要是用于波特兰油井水泥中， 可以提高波特兰油井水泥在 CO2的环境下的抗腐蚀 性能。 该腐蚀材料为有机物质、 非金属单质、 非金属氧化物与金属氧化物固体粉末物质按照 一定的比例制备而成。在油井水泥中随着抗腐蚀材料掺量增加， 形成的水泥石抗腐蚀能力 增强。 具体实施方式 ： 0008 本发明所述的油井水泥的抗 CO2腐蚀材料按质量百分数组成为 ： 氧化硅 ： 40-80； 炭黑 ： 5 20 ； 废旧轮胎粉碎成的胶粉 ： 5 15 ； 氧化铝 ： 5-30 ； 氧化镁 ： 0 8。 0009 实施例 0010 。
11、采用高抗硫酸盐油井 G 级水泥， 按照油井水泥的制浆方法配制水泥浆。采用对比 方法评价水泥石的抗腐蚀性能。 0011 对比方法为 ： 分别测试水泥净浆和掺入防腐蚀材料的水泥浆形成的水泥石在 CO2 环境下不同龄期后抗压强度和渗透率的变化。 0012 水泥净浆的组成为 ： 油井水泥、 水 ； 0013 防腐蚀水泥浆的组成为 ： 油井水泥、 水、 抗腐蚀材料 ； 抗腐蚀材料干混在水泥中或 分散在水中。 0014 按照 API SPEC 10A 油井水泥试验方法， 制备水泥浆， 将水泥浆置放在常压稠化仪 中于30下搅拌20min， 然后取出水泥浆， 倒入强度模具或渗透率模具(模具与水泥接触面 应提前。
12、将油污清洗掉 )， 进行成型， 24 小时后脱模， 并将水泥石表面的油污清洗掉， 将清洁 后的水泥石样放入 CO2的环境下进行养护， 然后测试不同龄期下水泥石的腐蚀性能。试验 结果为表 1 和表 2。 0015 表 1 水泥净浆与抗腐蚀水泥浆在 CO2环境下的抗压强度 0016 说 明 书 CN 102464973 B 4 3/3 页 5 0017 表 2 纯水泥石与抗腐蚀水泥石在 CO2环境下的渗透率 0018 0019 由表1与表2可以看出， 在CO2环境下， 水泥净浆的抗压强度随龄期增加而降低， 渗 透率也随之增大 ； 而波特兰油井水泥中掺入抗腐蚀材料后形成的水泥石具有如下的特性 ： 抗腐蚀材料掺入油井水泥中后， 水泥石的抗压强度皆比净浆高， 且在一定掺量范围内是随 抗腐蚀材料掺量的增加而增加， 在同一抗腐蚀材料掺量下， 抗压强度随时间增加而增大 ； 另 外水泥石的渗透率实验表明， 水泥石渗透率随着抗腐蚀材料掺量和龄期的增加而降低， 说 明水泥石越来越致密。因此， 抗压强度和渗透率实验皆表明在油井水泥中掺入抗腐蚀材料 后形成的水泥石能够抵抗 CO2的侵蚀， 水泥石也具有良好的密实性。 说 明 书 CN 102464973 B 5 。