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抗CO_2及H_2S腐蚀油井水泥体系的设计与性能研究

作　者: 乔林
导　师: 王琦
学　校: 济南大学
专　业: 材料加工工程
关键词: CO2腐蚀 H2S腐蚀 抗腐蚀性能 矿物掺合料 沥青 胶乳
分类号: TU528
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 37次
引　用: 1次
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内容摘要


H2S和CO2对油井水泥石的腐蚀危害巨大,直接导致油井使用寿命降低,并对油井的施工和生产安全造成了威胁,使经济蒙受巨大损失。针对这一科学问题,本文通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）对CO2、H2S腐蚀水泥石的腐蚀产物进行检测分析,进而对其作用机理进行研究,确定了提高水泥抗CO2、H2S腐蚀性能的基本手段。以硫酸盐为腐蚀介质,运用正交试验的方法优化水泥与矿物掺和料配比,并通过沥青和胶乳（SBR）的掺加来设计、完善抗CO2、H2S腐蚀油井水泥体系,并针对设计体系研究其抗CO2及H2S腐蚀的性能及体系各组分对抗腐蚀性能的影响。试验结果表明:CO2腐蚀和H2S腐蚀主要通过腐蚀产物CaCO3结晶、CaSO4·2H2O及无定形SiO2的生成来实现,它们都易造成水泥石膨胀开裂,且都易使水泥石遭受淋滤作用的破坏。针对这一问题,可以通过降低水泥碱度和改善水泥石孔结构的方法来提高水泥石的抗CO2、H2S腐蚀性能。矿物掺和料的掺入有利于减少水泥中的Ca（OH）2,减少水泥的孔隙度,以矿渣、粉煤灰为矿物掺和料,以LBR为激发剂,通过正交试验设计获得提高水泥抗硫酸盐腐蚀性能的最佳矿物掺和料质量配比为:矿物掺合料︰水泥—5︰5,矿渣︰粉煤灰—4︰6,LBR︰矿物掺合料—7:100。此时,水泥试样的抗压抗蚀系数达到1.227,远远高于相同腐蚀条件下单纯水泥试样的抗压抗蚀系数1.01。以上述设计体系为基础,掺加不同掺量的沥青,在不同温度条件下,沥青对水泥抗硫酸盐腐蚀性能的影响不同。常温下,仅掺加矿物掺和料的水泥浆体系抗压抗蚀系数为1.19,但温度达到90℃时,抗压抗蚀系数下降到0.77。掺加沥青后,常温下,水泥浆体系抗压抗蚀系数出现明显下降,但90℃时的抗压抗蚀系数则明显相对升高,且到沥青掺量为10%时,抗压抗蚀系数最高,达到1.18。通过上述分析,结合文献资料,最终确定了水泥、矿物掺和料和沥青及胶乳（SBR）复掺的抗CO2及H2S腐蚀油井水泥体系。并通过与试验室原有水泥浆配方的腐蚀试验对比发现:试验室原有配方水泥试样在CO2及H2S腐蚀过程中易产生裂纹,且随着腐蚀时间的增加抗压强度越来越小,渗透率越来越大;试验设计的抗腐蚀水泥试样在腐蚀过程中不产生裂纹,且随着腐蚀时间增加,腐蚀产物因淋滤作用流失较少,内层水化产物受腐蚀影响较小,能够较多的存在。因此,其抗CO2及H2S腐蚀性能远远优于原有水泥浆配方。在水泥—矿物掺和料—沥青和水泥—矿物掺和料—SBR水泥浆体系中,粉煤灰较低的活性及微集料界面效应对抑制水泥石产生腐蚀微裂纹有较好的作用。SBR在试验腐蚀温度下可在水泥体系中形成互相缠绕编织的网络状结构,而沥青则在试验腐蚀温度下发生软化、膨胀,两者对于改善水泥石孔结构,抑制裂纹产生及腐蚀产物流失都能起到良好的作用。

全文目录


摘要  7-9
ABSTRACT  9-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 研究目的与意义  11-12
  1.2 国内外研究现状与趋势  12-18
    1.2.1 C0_2 腐蚀研究现状与趋势  12-15
    1.2.2 H_2S 腐蚀研究现状与趋势  15-17
    1.2.3 C0_2、H_2S 混合气体腐蚀研究现状与趋势  17-18
  1.3 主要研究内容  18-19
第二章 实验原料、设备和方法  19-25
  2.1 实验原料  19
    2.1.1 水泥  19
    2.1.2 掺和料  19
    2.1.3 外加剂  19
  2.2 试验用仪器设备  19-22
  2.3 试验方法  22-25
    2.3.1 水灰比的确定  22
    2.3.2 成型及养护  22-23
    2.3.3 腐蚀制度  23
    2.3.4 抗压强度及渗透率测试方法  23-25
第三章 C0_2和H_2S 对油井水泥石的腐蚀作用分析  25-39
  3.1 C0_2 腐蚀水泥石的作用及影响因素分析  25-31
    3.1.1 温度对C0_2 腐蚀水泥石的影响  26-28
    3.1.2 C0_2 分压对C0_2 腐蚀水泥石的影响  28-29
    3.1.3 C0_2 对水泥石的腐蚀作用分析  29-31
  3.2 H_2S 腐蚀水泥石的作用及影响因素分析  31-34
    3.2.1 温度对H_2S 腐蚀水泥石的影响  31-33
    3.2.2 H_2S 对水泥石的腐蚀作用分析  33-34
  3.3 C0_2/H_2S 混合气体腐蚀水泥石的作用及影响因素分析  34-38
    3.3.1 温度对C0_2/H_2S 混合气体腐蚀水泥石的影响  34-36
    3.3.2 C0_2/H_2S 混合气体对水泥石的腐蚀作用分析  36-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章 抗C0_2及H_2S 腐蚀油井水泥体系的设计  39-49
  4.1 抗C0_2 及H_2S 腐蚀油井水泥体系的设计思路  39-40
  4.2 矿物掺和料的配比优化  40-45
    4.2.1 正交试验设计  40
    4.2.2 抗压抗蚀系数计算  40-41
    4.2.3 正交试验分析  41-42
    4.2.4 矿物掺和料的作用分析  42-45
  4.3 沥青对水泥抗硫酸盐腐蚀性能的影响  45-47
    4.3.1 不同温度下沥青对水泥抗硫酸盐腐蚀性能的影响  45-46
    4.3.2 高温下沥青的作用分析  46-47
  4.4 本章小结  47-49
第五章 设计体系的抗C0_2及H_2S 腐蚀性能研究  49-55
  5.1 设计体系的抗C0_2 腐蚀性能研究  49-52
  5.2 设计体系的抗H_2S 腐蚀性能研究  52-54
  5.3 本章小结  54-55
第六章 设计体系各组分对水泥抗C0_2及H_2S 腐蚀性能的影响  55-71
  6.1 粉煤灰对水泥抗C0_2 及H_2S 腐蚀性能的影响  55-60
    6.1.1 粉煤灰对抗C0_2 腐蚀性能的影响  55-58
    6.1.2 粉煤灰对抗H_2S 腐蚀性能的影响  58-60
  6.2 SBR 对抗C0_2 及H_2S 腐蚀性能的影响  60-65
    6.2.1 SBR 对抗C0_2 腐蚀性能的影响  60-63
    6.2.2 SBR 对抗H_2S 腐蚀性能的影响  63-65
  6.3 沥青对抗C0_2 及H_2S 腐蚀性能的影响  65-69
    6.3.1 沥青对抗C0_2 腐蚀性能的影响  65-67
    6.3.2 沥青对抗C0_2 腐蚀性能的影响  67-69
  6.4 本章小结  69-71
第七章 结论与展望  71-73
  7.1 结论  71-72
  7.2 待进一步解决的问题  72
  7.3 展望  72-73
参考文献  73-79
致谢  79-81
发表论文  81

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑材料 > 非金属材料 > 混凝土及混凝土制品
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