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湿环境下,油气构造中富含的CO2及混相驱携带的CO2会对水泥环产生碳化腐蚀,导致水泥石渗透率变大、抗压强度减小,诱发流体窜流、塑性地层井壁跨塌等事故,造成巨大的经济损失。因此,如何提高水泥石抗CO2腐蚀能力,日益得到了有关专家的高度重视,并成为含CO2地层油气开发生产中急待解决的问题。本文即是以大庆深层气开发为应用背景,以CO2对油井水泥产生的腐蚀规律及防腐蚀水泥浆体系开发为主要目标而开展研究的。本文在调研分析大庆徐家围子地区CO2分布情况、地层水质成分特点及CO2有关物化性能的基础上,利用高温高压腐蚀仪、能谱分析仪及扫描电子显微镜等仪器设备,以模拟徐家围子地层水质成分特征为腐蚀实验环境,针对CO2腐蚀水泥环的规律及机理开展了深入系统的实验与理论研究;提出了影响CO2腐蚀水泥环的主要因素及其影响规律,结果表明CO2腐蚀水泥石的腐蚀时间、腐蚀温度及CO2分压等是起决定性的影响因素,随着腐蚀时间、腐蚀温度及CO2分压的增加水泥石的强度有不同程度的降低,但是水泥体系本身的强度发育还是呈增长的趋势的,渗透率也均增大;揭示了CO2腐蚀水泥石的机理本质上主要体现在湿相CO2与水泥石不同水化产物的化学反应上,从而改变了水泥石的原有的结构及性能;确立了CO2腐蚀水泥石的评价指标即水泥石强度、渗透率及腐蚀深度,其中腐蚀深度是强度和渗透率最直观的综合体现,因此本文针对腐蚀深度做了大量实验,利用半经验模型及非线性回归建立了腐蚀深度的预测模型;最终通过各项评价指标的分析对比优选出了防CO2腐蚀性能较好的DC-R水泥浆体系,并在大庆油田徐家围子地区十余口固井施工中进行了应用,获得了良好的地面施工效果。本文研究成果对于油田中进一步探讨CO2对水泥环的腐蚀机理、影响因素及规律具有重要的理论意义;对于延长油气井的生产寿命、提高生产效率以及有效推广CO2混相驱油技术的增产措施等都具有非常重要的实际应用价值。