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二氧化碳封存水泥环完整性评价技术综述
Journal of Petroleum Exploration and Production Pub Date : 2023-09-13 , DOI: 10.1007/s13202-023-01697-0
Okhiria D. Udebhulu , Yetunde Aladeitan , Ricardo C. Azevedo , Giorgio De Tomi

水泥环的完整性是成功实施地质碳捕获和封存(CCS)项目的关键问题。传统的普通波特兰水泥(OPC)在热力学上与CO 2存储介质中存在的二氧化碳(CO 2 )不相容。当 OPC 水泥鞘与 CO 2水溶液相互作用时,它们会发生降解,产生碳酸氢钙。这种碳酸氢盐很容易溶解在地层含水层中,并可能形成泄漏通道,损害井眼的完整性。这项研究全面回顾了评估水泥环完整性的最先进技术,在一篇文章中提供了可用方法的综合概要。本文的目标是支持成功的 CCS 项目的部署,促进 CO 2储存系统中受影响井眼的修复,并为评估改进的水泥浆设计和配方提供指导。此外,该研究还确定了暴露于 CO 2水溶液时影响水泥环完整性的因素,包括原位温度和压力、储层流体特性、水泥浆配方和井眼操作。此外,还确定了水泥环中的各种机械失效模式,例如径向开裂、塑性变形、内部和外部脱粘以及沟流。了解这些失效机制对于在 CCS 应用中设计稳健的固井策略至关重要。用于评估暴露于 CO 2水溶液的水泥护套完整性的评估技术涵盖一系列方法。其中包括模拟储存地点原位条件的样品直接实验、用于监测泄漏的测井、分析、数值和统计建模以及风险评估。直接实验对于了解碳化动力学以及水泥环的机械和传输性能的变化起着至关重要的作用。扫描电子显微镜、背散射电子图像探测器、能量色散光谱、压汞孔隙率测定法、光学显微镜、X射线衍射、电阻率成像、电子探针显微分析仪、电感耦合等离子体发射光谱、X射线等技术计算机显微断层扫描、拉曼光谱、直接图像相关和粒子测速用于直接实验。分析和数值建模方法包括反应输运建模、多尺度建模、计算流体动力学 (CFD) 和基于人工智能 (AI) 的建模。在现场作业中,可以使用水泥粘结评估工具、压力瞬变测试工具、水泥取芯工具或持续套管压力分析来评估水泥环的完整性。这些技术共同实现了对暴露于二氧化碳水溶液中的水泥环的完整性的全面评估 或持续套管压力分析。这些技术共同实现了对暴露于二氧化碳水溶液中的水泥环的完整性的全面评估 或持续套管压力分析。这些技术共同实现了对暴露于二氧化碳水溶液中的水泥环的完整性的全面评估2、协助优化和监测碳储存系统。每个CO 2存储介质都是独一无二的。当暴露于CO 2水溶液时,对其井眼系统的水泥环完整性的最佳评估将需要适当评估技术的不同组合。未来的研究应侧重于制定标准化指南,结合实验室测试、现场规模测试和数值模拟,以预测暴露于 CO 2 水溶液时水泥环完整性的演变。需要进行更多研究来确定水泥添加剂的最佳组合,以增强长期弹性和对碳酸侵蚀的抵抗力,从而实现成功的地质封存。此外,还有充足的研究机会来推进数值模拟技术,以评估含水CO 2对水泥环完整性的影响并识别潜在的失效机制。





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更新日期:2023-09-14
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