基于化学热力学的耐二氧化碳腐蚀水泥水化产物控制

Control of Hydration Products of CO2 Resistant Cements Based on Chemical Thermodynamics

田辉 郭辛阳 宋雨媛 步玉环 王成文

TIAN Hui GUO Xinyang SONG Yuyuan BU Yuhuan WANG Chengwen

油井水泥石的二氧化碳腐蚀问题严重威胁着井眼寿命。文章介绍了油井硅酸盐、铝酸盐、硫铝酸盐、铁铝酸盐和改性磷铝酸盐等五种水泥水化产物，利用化学热力学理论建立了含二氧化碳地层水—水化产物体系热力学模型，计算了水化产物与 H 和 HCO 反应的热力学平衡关系，优选出耐腐蚀性能较优的水化产物。结果表明，温度升高会促进羟基磷灰石腐蚀反应，抑制其它水化产物腐蚀反应。水化产物耐腐蚀性能优劣次序为羟基磷灰石、Tobermorite 型水化硅酸钙、单硫型硫铝酸钙、Jennite 型水化硅酸钙、水化铝酸钙和钙矾石相近、羟钙石。改性磷铝酸盐水泥的耐腐蚀性能最优，建议以其为基础开发耐腐蚀水泥浆体系，并优化产物组成，进一步改善水泥石耐腐蚀性能。研究结果对于解决油井水泥石二氧化碳腐蚀问题具有重要的指导意义。