超临界二氧化碳环境中动力学反应与冲刷耦合作用下水泥微缝自密封机理研究

Cement fractures of wellbore are preferential CO2 leakage pathways, whose permeability is essential for geological carbon sequestration (GCS). At present,with coupling effect of reactive transport and flooding under supercritical CO2 environment, evolution rule of cement fractures permeability is not clear.. The present study is by means of microstructure observation, mineral composition and numerical experiments, addressing active transport mechanism between hydrous supercritical CO2 and cement. Here we proposed coupling mechanism and relationship of reactive transport and flooding of supercritical CO2 inside cement fractures. At various flow rates, we indicated change rule of corrosion level and precipitation in different positions of cement fractures. The model of cement fractures permeability with coupling effect of reactive transport and flooding under supercritical CO2 environment was esbablished to reveal the evolution characteristic of cement fractures permeability.The results and method presented can be used not only to understand the complicated reactive transport behavior,permeability change mechanisms and its change rule, but also to be applied on assessing well integrity and risk profile of CO2 leakage.

水泥微缝是二氧化碳沿井筒逃逸的主要通道，其渗透能力是制约二氧化碳地质埋存技术能否实施的关键，然而目前尚不明确在超临界二氧化碳埋存的环境中动力学反应与流动冲刷耦合作用下水泥微缝渗透能力的演化机制。. 本课题采用微观结构观测、矿物组成分析以及数值计算相结合的方法，揭示含有水的超临界二氧化碳与水泥的动力学反应规律；提出水泥微缝内超临界二氧化碳流动冲刷和动力学反应之间的关系及耦合机理；明确不同流速条件下水泥微缝内不同位置处腐蚀程度和生成产物的变化规律；建立超临界二氧化碳流动冲刷与动力学反应耦合条件下水泥微缝渗透率的演化模型，实现水泥微缝渗透率演化特征的有效判别。研究成果将会详细的揭示流动的超临界二氧化碳环境中水泥微缝内复杂的动力学反应过程以及渗透率的变化机理和规律，从而为井筒完整性评价以及二氧化碳逃逸风险预测提供基本的科学依据。

水泥微缝是二氧化碳沿井筒逃逸的主要通道，其渗透能力是制约二氧化碳地质埋存技术能否实施的关键，然而目前尚不明确在超临界二氧化碳埋存的环境中动力学反应与流动冲刷耦合作用下水泥微缝渗透能力的演化机制。.本课题采用微观结构观测、矿物组成分析以及数值计算相结合的方法，揭示湿相超临界二氧化碳与水泥石的动力学反应规律；提出水泥石微缝内超临界二氧化碳流动冲刷和动力学反应之间的关系及耦合机理；明确不同流速条件下水泥微缝内不同位置处腐蚀程度和生成产物的变化规律；建立超临界二氧化碳流动冲刷与动力学反应耦合条件下水泥微缝渗透率的演化模型，并在此基础上明确水泥石微裂缝自密封条件，实现水泥微缝渗透率演化特征的有效判别。研究成果将会详细的揭示流动的超临界二氧化碳环境中水泥微缝内复杂的动力学反应过程以及渗透率的变化机理和规律，从而为井筒完整性评价以及二氧化碳逃逸风险预测提供基本的科学依据。