[发明专利]一种井下水泥石腐蚀模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟天然气井井下水泥环在酸性环境中的腐蚀过程，评价水泥石抗腐蚀能力的方法。它适用于高含H₂S/CO₂天然气井固井技术领域，用于评价固井水泥石腐蚀前后的各项性能，为评估高含H₂S/CO₂气井开采过程中的安全提供参考依据。

背景技术

世界上的主要油气资源来自海相气藏，我国海相的勘探开发程度还比较低。随着塔里木盆地、四川盆地等大型海相油气田的发现，将加快对海相油藏的勘探开发。我国海相油藏具有埋藏深、压力高、含有害气体等特点。深层油气储集层主要包括碎屑岩、火山岩和碳酸盐岩三种类型，这些油气田常常伴随着高压高温效应、高含酸性气体（H₂S/CO₂）。

然而，在未来的勘探开发中，深井超深井高压高含CO₂、H₂S的油气田将越来越多。高含H₂S/CO₂环境下，井下水泥石将长期受到酸性气体的腐蚀作用，但不同的腐蚀介质对水泥石的腐蚀影响不尽相同，这是一个错综复杂的物理化学过程。在CO₂和H₂S腐蚀水泥石的过程中，影响因素众多，比如：CO₂和H₂S分压、温度、湿度、pH值、流体的速率和化学组成(Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、HS^-、S^2-、CO₂^2-、HCO₃^-、Cl^-等)、水泥石的结构和物相组成。一旦水泥石原有性能受腐蚀而发生变化，水泥环层间封隔特性受到影响，使得固井水泥环不再满足固井的要求，达不到层间封隔的目的，将诱发地层流体窜流及环空和井口带压，对自然环境和人身安全产生严重威胁，造成巨大经济损失。如何有效指导酸性油气田的勘探开发和安全生产，成为油气勘探开发领域中亟待解决的重大科研问题和国内外学术界的研究热点。

虽然现在已经从材料科学的角度，对水泥石的防腐蚀机理进行了初步研究，并提出了一些处理措施，但这些并没有被工程实践证实。现有的水泥石模拟腐蚀方法是将两英寸方形试样或者是直径为一英寸长为两英寸的柱状体试样全裸浸泡在腐蚀介质中。但是此种不能满足油气井井下的实际工况需求。郑友志等人提出使用界面腐蚀法进一步模拟井下实际工况(郑友志等，川渝地区含硫气井固井水泥环界面腐蚀机理分析，E网燃气，2012年8月)，但还是存在诸多不足，比如井下水泥环在射孔后，只是射孔的位置与腐蚀介质接触，而与该文中提到的腐蚀方法不相符。

因此，本发明结合井下水泥环的实际情况，提出一种模拟井下水泥石腐蚀的方法，对酸性（CO₂/H₂S）环境下固井水泥环界面抗腐蚀性能进行深入研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下水泥石腐蚀模拟方法，用于测试腐蚀前后水泥石性能的变化，评价其抗腐蚀能力。该方法能更真实地模拟水泥石的腐蚀过程，操作简便可行。

模拟井下水泥石腐蚀过程的方法，需要水泥石试样、耐热AB胶和耐热塑胶管。所述水泥石试样模拟井下水泥环，尺寸为直径1英寸，长度不限的圆柱形试样；所述耐热AB胶最高耐热温度可达280℃，主要用于密封水泥石与耐热塑胶管之间的缝隙以及耐热塑胶管的两端；所述耐热塑胶管用于模拟井壁，材质为耐热PVC或者PP-R，管子内径3cm，长度与水泥石试样相等，其管壁中部开有1～4个直径5mm的孔，开孔穿透管壁和AB胶，实验时，酸性气体能直接与水泥石试样接触，模拟地层酸性流体的通道。开孔方式如下：

（1）1个孔：孔位于管子中部任意角度；

（2）2个孔：孔位于管子中部，呈180°对称分布；

（3）3个孔：孔位于管子中部，呈120°对称分布；

（4）4个孔：孔位于管子中部，呈90°对称分布。