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题名高温二氧化碳环境水泥石水化产物演化对其性能的影响
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作者
温达洋
肖伟
冯青豪
陈志鸣
于新虎
袁彬
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机构
中海油田服务股份有限公司油田化学研究院
油气藏地质及开发工程全国重点实验室(西南石油大学)
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出处
《油田化学》
北大核心
2025年第1期30-37,共8页
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基金
国家自然科学基金青年科学基金项目“CCUS地质封存井磷铝酸盐水泥固井提高水泥环耐碳化腐蚀机理研究”(项目编号52204014)
四川省青年基金项目“废弃高温气藏注超临界CO_(2)开采地热井水泥环劣化机理及控制研究”(项目编号2023NSFSC0926)。
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文摘
硅酸盐水泥中添加石英砂可以防止其在高温下由于晶体转变导致的力学性能衰退。然而,180℃高温和超临界CO_(2)共同作用下加砂水泥的水化产物组成和形貌变化更加复杂,导致高温CO_(2)对水泥石力学性能的影响机理尚不清楚。因此,采用扫描电镜、压汞法、热重分析、X射线衍射测试、红外光谱表征等,分析180℃超临界CO_(2)环境中水泥石的腐蚀深度、孔径分布、力学性能、物相组成、官能团及微观结构。结果表明,随着腐蚀时间的增加,水泥石的腐蚀深度增大,抗压强度降低,孔隙度先减小后增大。水化产物由针状的硬硅钙石(C_(6)S_(6)H)、柱状的针硅钙石(C_(2)SH)、片状和棒状的碳酸钙(CaCO_(3))以及疏松多孔的无定形SiO_(2)组成。在180℃超临界CO_(2)条件下,水泥的水化产物演化对其性能的影响机理为:腐蚀早期,大量的C_(2)SH和少部分C_(6)S_(6)H被腐蚀生成CaCO_(3)和无定形SiO_(2),CaCO_(3)(主要为文石和球霰石)填充部分孔隙的同时C-S-H凝胶聚合度增大,减缓碳化腐蚀速率。腐蚀后期,虽然方解石含量增大对强度发展有一定的促进作用,但随着腐蚀的进行,球霰石与文石溶解,C_(6)S_(6)H被大量腐蚀且形貌朝着片状和块状转变,造成水泥石的孔隙度增大,C-S-H凝胶的聚合度降低,导致抗压强度降低,加速碳化。180℃超临界CO_(2)条件下,C-S-H凝胶(C_(6)S_(6)H和C_(2)SH)与碳酸钙(方解石、文石和球霰石)的演化决定了水泥石力学性能的变化。
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关键词
高温
超临界二氧化碳
水泥石
水化产物
碳酸钙
聚合度
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Keywords
high temperature
supercritical CO_(2)
cement stone
hydration product
calcium carbonate
degree of polymerization
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分类号
TE256
[石油与天然气工程—油气井工程]
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