武汉岩土所在抗CO2腐蚀井筒水泥材料研究中取得进展

发布者:中国科学院科技产业网        发布时间:2022-02-16

       CO2捕集、利用与封存技术是现行最有效的CO2减排技术之一,是实现我国2060年“碳中和”目标的重要技术支撑。CO2注入井、监测井等井筒的固井水泥在CO2腐蚀作用下的耐久性是保障CO2长期有效封存的关键。因此,开发CO2注入和监测井用水泥抗腐蚀剂,评价井筒水泥抗CO2腐蚀剂的性能,阐明抗CO2腐蚀作用机理,可有效提高井筒水泥耐久性,保障CO2注入井和监测井长期、稳定运行,具有重要的工程价值和研究意义。此外,为进一步提高CO2利用效率、拓展其利用途径,可利用超临界CO2的独特性质,进行新型超临界CO2改性材料开发,为高附加值、多元化利用CO2提供新思路。

  基于上述需求,中国科学院武汉岩土力学研究所CO2地质封存组研究团队利用超临界CO2对纳米黏土材料进行改性处理,利用透射电镜(TEM)与选区电子衍射(SAED)分析,获得了改性纳米黏土的微观结构与纳米晶体物相;利用高温高压反应釜模拟高浓度CO2腐蚀环境,对添加改性纳米黏土材料的井筒水泥石和对照组腐蚀过程开展研究,并基于微米CT表征手段,提出了CT切片特征分析算法,通过统计分析大孔隙、水泥基质和碳化层的分布概率,得到描述井筒水泥石腐蚀导致的大孔隙、水泥基质和碳化层演变过程的平均化概率分布图,进而评价改性纳米黏土提升井筒水泥石耐CO2腐蚀的性能。研究表明,由于超临界改性纳米黏土材料的加入,井筒水泥石在长期CO2腐蚀后其大孔隙的扩展和水泥基质的流失被控制;改性纳米黏土阻碍了CO2向水泥石内部的侵入,并对溶解区域具有一定的修复作用,使得井筒水泥石耐久性得以提高。

  相关研究成果发表在Construction and Building Materials上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、内蒙古自治区科技重大专项、湖北省博士后创新研究岗位和四川省科技计划项目的资助。 


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