專利名稱：電化學阻抗法評價固井水泥化學滲流的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用電化學阻抗法評價固井水泥化學滲流的方法，屬于腐蝕電 化學領(lǐng)域。其主要用于固井水泥抗化學滲流的評價。
背景技術(shù)：
地層中所含腐蝕性介質(zhì)Cr、 S0廣、HC(V、 Mg2+、 C02、 H2S、甲烷等對固井水泥環(huán)
進行腐蝕，破壞水泥石的結(jié)構(gòu)完整性，導(dǎo)致水泥環(huán)滲透率和空隙率增大，從而引起 層間分隔實效。當水泥環(huán)遭受破壞后，腐蝕性介質(zhì)進一步滲透并于金屬套管接觸， 使套管被腐蝕，嚴重危及井的安全運行，影響油氣井的生產(chǎn)壽命。我國天然氣資源
中，大部分含有H2S或/和C02,,如何對水泥環(huán)被H2S和C(k腐蝕進行有效的監(jiān)測是 當前油田極為重視的問題，也是目前諸多酸性油氣田急需解決的問題。
目前，國內(nèi)外對于水泥中的滲流的監(jiān)測己經(jīng)做了大量的研究，并制定了一些相 關(guān)的標準，其主要的監(jiān)測方法為
1，吸水率測試法
通過將水泥浸泡在溶液中，通過測試水泥的增重情況來測試水泥的吸水率。 1)氯離子濃度的變化法
與吸水率測試法相似，通過測試浸泡了水泥的溶液中的氯離子含量的變化來推 斷溶液中氯離子擴散的情況。
3) 電位法
當鋼筋水泥內(nèi)的電極的開路電位達到穩(wěn)定時，此時的電極周圍腐蝕性介質(zhì)的濃 度維持不變，表示腐蝕性介質(zhì)已經(jīng)完全擴散至電極表面。
4) 氯離子滲透快速檢測法
將電極浸泡在含有氯離子的溶液中，夕卜加60V電壓，氯離子通過電場的作用快速 擴散至電極的表面，通過庫倫法測定此過程中電量發(fā)生的變化來確定氯離子擴散的 情況。 -
5) 陽極極化法
給電極外加一個電壓后，通過測試電極電流的變化來確定離子的滲透情況。
6) 線性極化法通過測試電極的線性極化曲線來確定其極化電阻的變化，從而確定電極的腐蝕 情況。
7)電導(dǎo)率法
這種方法是根據(jù)離子擴散至電極表面過程中會導(dǎo)致水泥的電阻率的變化，通過 電阻率的變化來確定總離子完全擴散至電極表面的時間。
從二十世紀八十年代起，電化學阻抗法被廣泛的應(yīng)用到腐蝕相關(guān)的研究中來。 與其他電化學技術(shù)相比較，電化學阻抗法具有對測試本體無破壞、準確直觀、測試 簡單等特點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種使用電化學組抗法針對固井中的腐蝕性介質(zhì)cr、
S0 -、 HC0:,—、 Mg2+、 C02、氧氣、H2S、甲烷等更加直觀、準確地對固井水泥的滲流因
素進行監(jiān)測評價的方法。
本發(fā)明的目的是這樣來實現(xiàn)的
本發(fā)明電化學阻抗法評價固井水泥化學滲流的方法，該方法包括以下步驟
1) 電極包封使用絕緣環(huán)氧樹脂將工作電極進行包封，只有工作面留在外面， 然后使用固井水泥進行包封，保證每次使用工作面外側(cè)的固井水泥的厚度一致；
2) 電化學阻抗測試使用三電極,系,在工作介質(zhì)中每隔一定時間進行電化 學阻抗測試，根據(jù)電化學阻抗圖對固井水泥的抗化學滲流進行評價，進行電化學阻 抗測試的時間是根據(jù)工作環(huán)境進行確定，可為1小時、2小時、3小時、6小時、12 小時等。
上述的方法包括以下步驟
1) 電極包封
將金屬塊作為工作電極，將其各個面拋光后使用導(dǎo)線進行焊接，然后使用絕緣 環(huán)氧樹脂將工作電極包封，只留下與焊接面相對的一面作為工作面不被包封；
將包封后的工作電極的工作面進行拋光、清洗后使用固井水泥對工作電極進行 再次包封，保證每次包封的固井水泥外側(cè)與工作面之間的垂直距離保持不變。
2) 電化學阻抗測試
將使用固井水泥包封的工作電極浸泡在工作介質(zhì)中，使用碳電極作為對電極， 飽和苷汞電極作為參比電極，組成三電極體系，其中飽和苷汞電極使用魯金毛細管 作為鹽橋使其與工作介質(zhì)間接連接，在工作介質(zhì)中每隔一定時間進行電化學阻抗測 試，根據(jù)電化學阻抗圖對固井水泥的抗化學滲流進行評價，進行電化學阻抗測試的 時間是根據(jù)工作環(huán)境進行確定，可為1小時、2小時、3小時、6小時、12小時等。上述的方法中在進行電化學阻抗測試時使用開路電位作為工作電位，振幅為 5mV,測試頻率范圍為0.05-100000Hz，電化學阻抗的測試工具為電化學工作站，如 CHI 604C。
本發(fā)明電化學阻抗法是一種對表面狀態(tài)變化響應(yīng)非常靈敏的電化學方法，當有 腐蝕性物質(zhì)到達表面時電極就會產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)，如極化電阻減小、出現(xiàn)擴散的特 征等?？梢岳么朔N現(xiàn)象來對固井水泥的破壞進行監(jiān)測。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1. 使用電化學阻抗法對工作電極表面沒有影響。 -
2. 電化學阻抗法更加直觀、簡便、準確地對固井水泥的抗化學滲流行為進行評價。


圖1為工作電極包裝示意圖。
圖2為使用1號周井水泥包封的工作電極在3.5% NaCl溶液中浸泡不同時間 下的電化學阻抗圖。
圖3為使用2號固井水泥包封的工作電極在3.5% NaCl溶液中浸泡不同時間 下的電化學阻抗圖
圖4為使用1號固井水泥包封的工作電極在飽和二氧化碳3. 5% NaCl溶液中浸 泡不同時間下的電化學阻抗圖。
圖5為使用2號固井水泥包封的工作電極在飽和二氧化碳3. 5% NaCl溶液中浸 泡不同時間下的電化學阻抗圖。
圖6為使用1號固井水泥包封的工作電極在含有0. 1M Na2S的3. 5% NaCl溶液 中浸泡不同時間下的電化學阻抗圖。
圖7為使用2號固井水泥包封的工作電極在含有0. 1M Na2S的3. 5% NaCl溶液 中浸泡不同時間下的電化學阻抗圖。 .
圖8為使用1號固井水泥包封的工作電極在3. 5% NaCl溶液中浸泡不同時間下 的開路電位與時間的關(guān)系曲線。
圖9為使用2號固井水泥包封的工作電極在3. 5% NaCl溶液中浸泡不同時間下 的開路電位與時間的關(guān)系曲線。
圖10為使用1號固井水泥包封的工作電極在飽和二氧化碳3.5% NaCl溶液中 浸泡不同時間下開路電位與時間的關(guān)系曲線
圖11為使用2號固井水泥包封的工作電極在飽和二氧化碳3.5% NaCl溶液中 浸泡不同時間下JH絡(luò)電位與時間的關(guān)系曲線圖12為使用1號固井水泥包封的工作電極在含有0. 1M Na2S的3. 5% NaCl溶 液中浸泡不同時間下開路電位與時間的關(guān)系曲線。
圖13為使用2號固井水泥'包封的工作電極在含有0. 1M Na2S的3. 5% NaCl 溶液中浸泡不同時間下開路電位與時間的關(guān)系曲線。
具體實施例方式
本實施例電化學阻抗法評價固井水泥化學滲流的方法，該方法包括
1) 電極包封
參見圖1，將切割成工作面形狀是邊長為lcm的正方形的金屬塊作為工作電極 1，使用800ft砂紙將各個面拋光后使用導(dǎo)線2進行焊接，然后使用絕緣環(huán)氧樹脂3 將工作電極包封，只留下與焊接面相對的一面作為工作面不被包封；
將包封后的工作電極的工作面進行拋光、清洗后使用固井水泥4 (即1號固井 水泥或2號固井水泥)對工作電極進行再次包封，保證每次包封的固井水泥外側(cè)與 工作面之間的垂直距離保持不變。
2) 電化學阻抗測試
將使用固井水泥即1號固井水泥或2號固井水泥包封的工作電極浸泡在不同的
工作介質(zhì)中，使用碳電極作為對電極，飽和苷汞電極作為參比電極，組成三電極體 系，其中飽和苷汞電極使用魯金毛細管作為鹽橋使其與工作介質(zhì)間接連接，在工作
介質(zhì)中每隔6小時進行電化學阻抗測試，根據(jù)電化學阻抗圖對固并水泥即1號固井 水泥或2號固井水泥的抗化學滲流進行評價。
電化學阻抗測試時使用開路電位作為工作電位，振幅為5mV，測試頻率范圍為 0. 05-lOOOOOHz,電化學阻抗的測試工具為CHI 604C。
1.電化學阻抗監(jiān)測 '
圖2、圖3分別為使用1號固井水泥和2號固井水泥包封的工作電極在3. 5% NaCl 溶液中浸泡不同時間時的電化學阻抗圖。從圖中可以看出，使用l號固井水泥包封 時，其電化學姐抗圖在第41小時時開始出現(xiàn)擴散現(xiàn)象，并在112小時后仍然維持 擴散特征。而使用2號固井水泥包封的體系中，在浸泡的第一個小時就開始出現(xiàn)微 弱的擴散現(xiàn)象，并在49小時候擴散現(xiàn)象消失，說明在49小時之后腐蝕物質(zhì)擴散完 全。因此，在含有3.5% NaCl體系中，1號固井水泥的抗化學滲流性能比2號固井 水泥的好。
圖4和圖5分別為使用1號固井水泥和2號固井水泥包封的工作電極在含有飽 和二氧化碳的3.5% NaCl溶液中浸泡不同時間的電化學阻抗圖。從圖中可以看出， 不論使用的是1號固井水泥還是2號固井水泥，都是在第9小時開始出現(xiàn)擴散，并一直維持擴散。這主要是由于二氧化碳與固井水泥反應(yīng)，生成固態(tài)的碳酸鈣，其空 隙率維持不變，從而導(dǎo)致擴散現(xiàn)象維持不變。
圖6和圖7分別為使用1號固井水泥2號和固井水泥包封的工作電極在含有 0. 1M N&S的3.5% NaCl溶液中浸泡不同時間的電化學阻抗圖。從圖中可以看出， 在浸泡達到穩(wěn)定的第一個小時都出現(xiàn)了擴散現(xiàn)象，也就是說硫離子此時達到電極表 面。在使用1號固井水泥包封電極時，在9小時之后擴散現(xiàn)象就消失了，隨著時間 的增加極化電阻值增大，也就是說在電極表面形成的FeS比較致密，能夠抑制鋼筋 的進一步腐蝕。而在使用2號固井水泥包封的工作電極時，硫離子一直以擴散的現(xiàn) 象到達金屬表面，也就是說2號固井水泥能夠抑制硫離子向電極表面的擴散。
2.開路電位監(jiān)測
這種方法是使用CHI 604C電化學工作站監(jiān)測的。根據(jù)行業(yè)標準，當電極的開路 電位變化不大時腐蝕性介質(zhì)完全擴散達到電極表面。從圖8 圖13中可以看出，電 極的電位具有一定的波動性，只能憑借經(jīng)驗近似找到一個電位穩(wěn)定的時間。從穩(wěn)定 的時間上可以看出，電化學阻抗法評價的結(jié)果相吻合，說明使用電化學祖抗法評價 的結(jié)果是正確的。
上述實施例是對本發(fā)明的上述內(nèi)容作進一步的說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明 上述主題的范圍僅限于上述實施例。凡基于上述內(nèi)容所實規(guī)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的 范圍。
權(quán)利要求
1、電化學阻抗法評價固井水泥化學滲流的方法，該方法包括以下步驟1)電極包封使用絕緣環(huán)氧樹脂將工作電極進行包封，只有工作面留在外面，然后使用固井水泥進行包封，保證每次使用工作面外側(cè)的固井水泥的厚度一致；2)電化學阻抗測試使用三電極體系，在工作介質(zhì)中每隔一定時間進行電化學阻抗測試，根據(jù)電化學阻抗圖對固井水泥的抗化學滲流進行評價。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學阻抗法評價固井水泥化學滲流的方法，其特征 在于該方法包括以下步驟1) 將金屬塊作為工作電極，將其各個面拋光后使用導(dǎo)線進行焊接，然后使用 絕緣環(huán)氧樹脂將工作電極包封，只留下與焊接面相對的一面作為工作面不被包封；將包封后的工作電極的工作面進行拋光、清洗后使用固井水泥對工作電極進行 再次包封，保證每次包封的固井水泥外側(cè)與工作面之間的垂直距離保持不變；2) 電化學阻抗測試將使用固井水泥包封的工作電極浸泡在工作介質(zhì)中，使用碳電極作為對電極， 飽和苷汞電極作為參比電極，組成三電極體系，其中飽和苷汞電極使用魯金毛細管 作為鹽橋使其與工作介質(zhì)間接連接，在工作介質(zhì)中每隔一定時間進行電化學阻抗測 試，根據(jù).電化學阻抗圖對固井水泥的抗化學滲流進行評價。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電化學阻抗法評價固井水泥化學滲流的方法， 其特征在于電化學阻抗測試時使用開路電位作為工作電位，振幅為5mV，測試頻率 范圍為0. 05-100000Hz。
全文摘要
本發(fā)明電化學阻抗法評價固井水泥化學滲流的方法，包括1)電極包封使用絕緣環(huán)氧樹脂將工作電極進行包封，只有工作面留在外面，然后使用固井水泥進行包封，保證每次使用工作面外側(cè)的固井水泥的厚度一致；2)電化學阻抗測試使用三電極體系，在工作介質(zhì)中每隔一定時間進行電化學阻抗測試，根據(jù)電化學阻抗圖對固井水泥的抗化學滲流進行評價，本發(fā)明方法能針對固井中的腐蝕性介質(zhì)Cl^-、SO₄^2-、HCO₃^-、Mg²⁺、CO₂、氧氣、H₂S、甲烷等更加直觀、準確地對固井水泥的滲流因素進行評價。
文檔編號G01N17/00GK101625304SQ20091006037
公開日2010年1月13日 申請日期2009年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月18日
發(fā)明者毅 何, 飛 匡, 施太和, 楊遠光 申請人:西南石油大學