油气井富含CO_(2)酸性环境下Ca^(2+)对可降解铝镁合金的影响

摘要

以铝镁合金为代表的可降解金属材料具有质量轻、强度高、施工完毕后易返排等特点,在油气田开发领域已用于制造射孔枪、封隔器、桥塞以及压裂滑套等井下工具。但在使用过程中存在降解后产生化学反应、残渣堵塞油气通道等问题。为此,对这种现象开展机理研究,实验模拟要点:①根据市场应用情况,优选了基础成分为Mg—8Al—0.7Zn—0.25Mn—1.0Ce的可降解铝镁合金作为实验试样材料。②基于华北油田冀中地区某井试油作业所测得的地层产液成分数据,配置与其成分相近的含CaCl_(2)等盐类的1#复配溶液,同时为了研究Ca^(2+)对于铝镁合金试样的影响,配置了不含CaCl_(2)的2#复配溶液。③为了模拟油气井富含CO_(2)酸性环境,往实验的水溶液中持续注入CO_(2)并保持20×105 Pa左右的分压,使呈弱酸性。④为模拟近地层环境,实验温度为150℃、实验设定的CO_(2)分压为20×10^(5) Pa(25℃),在高温高压反应釜中分别装满经过充分除氧处理之后的1#、2#复配溶液,将可降解铝镁合金试样以挂片方式放入溶液,在不同的浸入时间后取出,观测试样的质量变化,采用扫描电镜(SEM,Scanning Electron Microscope)对试样表面附着物的形貌及其成分进行分析,从而研究Ca^(2+)对可降解铝镁合金的影响。研究结果表明:①在高温、弱酸环境、矿化度较高的油气井,使用可降解铝镁合金制作的井下工具可能会形成以CaCO_(3)为主、包含MgCO3、Mg(OH)2等的结晶残渣,堵塞油气通道。②对于150℃、富含CO_(2)、弱酸性的近似地层环境,往井筒中添加含Ca^(2+)的盐(如CaCl_(2)),欲采用这种方式来加速铝镁合金制成的井下工具的降解,反而不利于井下工具的有效降解,可能造成井筒的不洁或者堵塞。