煤田地质与勘探

作者：郝锋, 张宗峰, 王宏民, 杜帅, 黄达, 杨雪峰, 汪珂欣, 张宇,

关键词：CO₂地质封存, 井筒完整性, 固井水泥, 材料改性, 非硅酸盐水泥, 应用进展,

背景和方法CO2地质封存注入井的井筒完整性是保障封存项目长期安全运行的关键，而固井水泥作为维持井筒完整性的一级屏障，其在CO2封存环境中的耐久性已成为国内外研究热点。系统综述了固井水泥在CO2封存工况下的化学腐蚀机制、抗腐蚀改性技术、非硅酸盐水泥体系的研究进展，并展望了未来发展方向。进展(1)硅酸盐水泥腐蚀本质为其水化产物Ca(OH)2和C-S-H在酸性CO2环境下的反应。其中Ca(OH)2优先消耗，而C-S-H具有相对更强的稳定性，在硅酸盐水泥改性设计中适度保留Ca(OH)2可在碳化过程中发挥缓冲作用，有利于长期性能维持。(2)虽然多数室内加速实验表明硅酸盐水泥在CO2环境中存在明显退化，但以美国SACROC区块为代表的现场实证表明，在良好胶结条件下，硅酸盐水泥仍可提供数十年有效的密封。这一差异揭示了当前实验评价体系在模拟真实井下环境(如围压、地层水化学、动态温压条件等)方面的不足。(3)提升硅酸盐水泥抗CO2腐蚀性能的主要途径包括降低基体渗透率、掺入惰性或活性填料调控反应产物以及采用表面防护涂层技术等，其中纳米SiO2具有微观结构优化及火山灰反应协同效应，是硅酸盐水泥抗碳化能力的有效改性材料。(4)改性硅酸盐水泥在部分CCS-EOR项目中已展现出足够的密封能力，但其热力学亚稳态本质使其在极端工况下仍存在长期耐久性隐忧。对于以永久封存为目标的CCS-GS井，非硅酸盐水泥体系成为更优选择。展望当前，针对CO2封存环境下水泥长期完整性的实验评价仍缺乏统一标准，方法差异导致数据可比性不足。未来需建立涵盖低温、动态腐蚀条件并注重沉降稳定性的标准化测试体系，以提升评估结果的工程指导价值。此外，非硅酸盐水泥体系虽能从根本上规避碳化风险，但在实际应用可行性与现场操作性方面仍存在局限，需在材料性能调控、施工适配性与成本效益方面开展进一步系统研究。

来源：2026年第1期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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