Ocena wpływu korozji węglanowej na stwardniałe zaczyny cementowe uszczelniające otwory przeznaczone do sekwestracji CO2

Abstract

Zanieczyszczenie środowiska oraz wzrost emisji dwutlenku węgla do atmosfery stanowią obecnie główne problemy dotyczące nie tylko gospodarki światowej, ale w szczególności krajowej. Istnieje wiele źródeł zanieczyszczeń, jednak w naszym kraju jako główne wymienia się elektrownie, w których wytwarzanie energii odbywa się dzięki paliwom kopalnym, co prowadzi do wysokiej emisyjności CO2. Obecnie głównym aspektem jest nie tylko ograniczenie emisji dwutlenku węgla do atmosfery, ale i możliwość jego skutecznego wychwytywania i trwałego magazynowania. Jedną z możliwości jest wykorzystanie do składowania CO2 wyeksploatowanych złóż ropy i gazu oraz poziomów solankowych. Przemysł naftowy w naszym kraju do uszczelniania kolumny rur okładzinowych stosuje konwencjonalne zaczyny cementowe na bazie cementu portlandzkiego lub wiertniczego „G” wraz z innymi dodatkami lub/i domieszkami regulującymi parametry zaczynów i kamieni cementowych. Powszechnie używane zaczyny cementowe pod wpływem rozpuszczonego w wodzie CO2 mogą ulegać tzw. korozji węglanowej. Działanie dwutlenku węgla w stwardniałym zaczynie polega na wyługowywaniu z matrycy cementowej związków wapnia: najpierw portlandytu (Ca(OH)2), a następnie uwodnionych glinianów i krzemianów wapniowych. Tworzący się w tych reakcjach kwaśny węglan wapniowy jest łatwo rozpuszczalny i ulega wymywaniu ze stwardniałego zaczynu cementowego. Przy wysokim stężeniu CO2 zachodzą dalsze niekorzystne reakcje chemiczne rozkładu uwodnionych glinianów wapniowych i fazy CSH. Celem badań laboratoryjnych była analiza wpływu korozji węglanowej na zmianę parametrów technologicznych stwardniałego zaczynu w funkcji czasu jego sezonowania. Badaniom laboratoryjnym poddano stwardniałe zaczyny cementowe wykonane z receptur powszechnie stosowanych w krajowym przemyśle naftowym podczas uszczelniania kolumny rur okładzinowych w temperaturach od 60°C do 80°C. Badania prowadzono na zaczynach cementowo-lateksowych. Próbki stwardniałego zaczynu cementowego powstałe po utwardzeniu zaczynów przechowywane były w środowisku wodnym nasyconym CO2 w ustalonych warunkach ciśnienia i temperatury. Próbki stwardniałego zaczynu okresowo badano. Analizowany był wpływ dwutlenku węgla na zmiany parametrów mechanicznych stwardniałego zaczynu w funkcji czasu jego sezonowania. Przeprowadzone wstępne badania oraz otrzymane wyniki pokazały wpływ korozji węglanowej na zmiany parametrów mechanicznych stwardniałego zaczynu cementowego oraz pokazały możliwość zastosowania wyeksploatowanych otworów wiertniczych do ewentualnego magazynowania dwutlenku węgla. Z wybranych zaczynów cementowych sporządzono próbki stwardniałych zaczynów cementowych. Zaczyny cementowe wiązały przez 48 h w ustalonej temperaturze i ciśnieniu (warunki otworopodobne). Otrzymane próbki stwardniałego zaczynu cementowego poddano badaniu: wytrzymałości na ściskanie, wytrzymałości na zginanie, przyczepności do rur stalowych.