碳酸钙晶须对CO2诱导固井水泥石裂缝自愈合的影响研究

作者：龚鹏; 程小伟^*; 武治强; 张高寅; 张春梅

来源：材料导报, 2023, 37(07): 71-77.

• 裂缝
• 碳化自愈合
• 碳酸钙晶须
• CCUS

CO2的捕集、利用和封存(CCUS)井下固井水泥环的开裂损伤不可避免。本工作采用高浓度CO2与碳酸钙晶须反应诱导CaCO3沉积，以提高固井水泥石裂缝的自愈性能。利用抗压强度仪、X射线衍射仪(XRD)、热重分析仪(TG)、环境扫描电子显微镜(ESEM)和X射线显微计算机断层扫描(μ-CT)等测试仪器，研究碳酸钙晶须对固井水泥石自愈过程的影响。抗压强度结果显示，掺入与未掺入碳酸钙晶须水泥石在劈裂后，经过碳化自愈合反应28 d,其抗压强度均随着碳化时间的延长而提高，抗压强度的增长率分别为572%和528%。另外物相分析结果表明，随着碳化时间的延长，掺入碳酸钙晶须水泥石裂缝表面Ca(OH)2的质量损失(0.58%)明显小于未掺入碳酸钙晶须的水泥石的Ca(OH)2质量损失(2.68%)。ESEM结果表明，在水泥石裂缝表面，有碳化产物方解石与文石生成并沉积在裂缝处，使得水泥石裂缝自愈合。μ-CT测试结果表明，掺入碳酸钙晶须水泥石裂缝的自愈合率达到了55.24%,而未掺入碳酸钙晶须水泥石裂缝的自愈合率只有18.32%,这表明在CCUS井下，在固井水泥石中掺入碳酸钙晶须对水泥石裂缝的碳化自愈合过程有利。

• 单位
  中海油研究总院有限责任公司; 西南石油大学; 材料学院; 油气藏地质及开发工程国家重点实验室