CCUS环境下水泥单矿C_(3)S的CO_(2)腐蚀动力学研究

在碳捕集、利用和封存(CCUS)井下,油井水泥因长期受井下高温、高压和高酸性流体的作用会遭受碳化腐蚀导致水泥环失效。为了模拟CO_(2)地质封存井下碳化腐蚀环境,本文将油井水泥的主要单相矿物硅酸三钙(C_(3)S)置于不同温度(30℃、60℃、90℃),并密封在8.0 MPa的气相或液相的CO_(2)碳化环境下,采用XRD和TGA相结合的分析方法,分析水泥单矿C_(3)S受CO_(2)腐蚀环境的影响规律。根据非稳态Fick扩散的渗透理论模型,建立腐蚀产物定量分析结果与腐蚀龄期的数学模型,拟合得到C_(3)S受CO_(2)腐蚀后的产物生成系数,以此评价不同CO_(2)腐蚀因素对C_(3)S的影响程度。结果表明:在CO_(2)气相环境中,温度升高将显著加剧对C_(3)S的腐蚀且产生溶蚀现象;而在CO_(2)液相环境下,高温(90℃)使C_(3)S水化反应加剧并形成阻滞层,降低CO_(2)对C_(3)S的腐蚀速率。