CCUS地质封存中CO2-咸水-地层岩-油井水泥相互作用机理的研究

The CO2-brine--rock-cement interactions for CO2 storage integrity is one of the key issues to understand well cement carbonation. Well leakage may be caused by poorly cemented casing/hole annulus, casing failure, and abandonment failure. Several studies on the integrity of well cements in contact with CO2 and CO2-brine have been reported. These studies have indicated that cement degradation in the well adjacent to the caprock can be important with respect to well integrity. Therefore, the aim of this research is to improve our understanding of well integrity by conducting investigations into geochemical properties of cement and reservoir rocks under conditions representative of the subsurface temperatures and pressures at the wellbore, thus the long-term CO2-brine-wellbore cement-rock interactions will be conducted via a series of HTHP batch reactors, and the samples (both before and after reaction) will be analysed via the X-ray μ-CT scanner to study the effect of mineral trapping on well cement degradation and the mechanism of cement carbonation on well cement/caprock.

二氧化碳地质封存中CO2-咸水-地层岩-油井水泥相互作用机理是研究油井水泥碳化腐蚀的关键问题之一。目前CO2-咸水-储集岩体系的地球化学反应（主要是矿化反应）对油井水泥碳化反应的影响规律的研究还很欠缺，同样对地质封存中油井水泥在与岩石毗邻区域的碳化腐蚀反应区域和进程也还需进一步地深入研究。本项目拟以CO2地质封存中油井水泥碳化反应为研究对象，在模拟地质构造的压力、温度和地层咸水成分的条件下，对CO2-咸水-储集岩/油井水泥和CO2-咸水-盖岩/油井水泥进行长周期高温高压静态反应试验，应用微焦点X射线CT扫描进而从微观孔隙尺度揭示二氧化碳地质封存中的矿化反应对油井水泥碳化的影响规律；并通过确定油井水泥碳化腐蚀的反应区域和进程，来完善油井水泥与盖岩胶结面的碳化反应机理，进而建立较为准确的油井水泥碳化深度的预测公式，为我国CO2地质封存中油井水泥碳化腐蚀的风险预测提供重要的理论基础和和科学判据。

二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）技术，特别是CO2地质封存是大规模减少温室气体CO2排放的最有效技术之一。为了进一步大规模地应用CCUS技术，需要对其地质封存中CO2腐蚀下油井水泥的作用机制有着更深刻地认识，而二氧化碳地质封存中CO2-咸水-地层岩-油井水泥相互作用机理是研究油井水泥碳化腐蚀的关键问题之一。目前CO2-咸水-储集岩体系的地球化学反应对油井水泥碳化反应的影响规律的研究还很欠缺，对不同反应区域的微观物性演化规律认识不足，缺乏对腐蚀作用下油井水泥宏观性能与其微观腐蚀机制相关性的阐释，同样对地质封存中油井水泥在与岩石毗邻区域的碳化腐蚀反应区域和进程也还需进一步地深入研究。本项目通过室内试验模拟真实的地质条件下，针对CCUS地质封存的盖储层岩心样品进行30天的CO2-咸水-地层岩反应，以CO2地质封存中油井水泥碳化反应为研究对象，在模拟地质构造的压力、温度和地层咸水成分的条件下进行长期（6-24个月）的CO2-咸水-地层岩/油井水泥反应，应用微焦点X射线CT扫描进一步探索CO2地质封存的机理，对CCUS地质封存中的CO2-地层水-岩石的反应机理进行研究；进而从微观孔隙尺度进一步揭示二氧化碳地质封存中的矿化反应对油井水泥碳化的影响规律；通过确定油井水泥碳化腐蚀的反应区域和进程，完善油井水泥与盖岩胶结面的碳化反应机理；揭示CO2腐蚀反应下油井水泥不同反应区域与其宏观性能的构效关系，探明油井水泥与地层岩胶结界面的微观构造与物性对地质封存体系腐蚀完整性的调控规律，明确矿化产物与腐蚀产物在油井水泥与地层岩胶结面上的密封性协同调控机制;通过对矿化反应进程的调控，解析二氧化碳矿化反应对油井水泥与储集岩毗邻区域井筒完整性的强化协同作用,为我国CCUS地质封存中油井水泥碳化腐蚀的风险预测提供重要的理论基础和和科学判据。