科学技术与工程

类型	比表面积/(m²·g^-1)	粒径中位数/μm
C₄AF	0.95	8.854
C₃A	1.00	9.357

类型

比表面积/(m²·g^-1)

粒径中位数/μm

C₄AF

0.95

8.854

C₃A

1.00

9.357

类型	比表面积/(m²·g^-1)	粒径中位数/μm
C₄AF	0.95	8.854
C₃A	1.00	9.357

类型

比表面积/(m²·g^-1)

粒径中位数/μm

C₄AF

0.95

8.854

C₃A

1.00

9.357

测试项目	生产厂家及型号	实验参数
X射线衍射分析(XRD)	方圆仪器有限公司,DXJ-2000	Cu-Kα辐射,40 kV和30 mA,5°~80° 2θ角范围,0.04° 2步长
热重分析(TG/DTG)	瑞士Mettle Toledo公司,TGA/SDTA851e	10 ℃/min,40~1 000 ℃,在氮气氛围条件下
环境扫描电子显微镜(SEM-EDS)	德国蔡司公司,Quanta 450	加速电压为20 kV

测试项目

生产厂家及型号

实验参数

X射线衍射分析(XRD)

方圆仪器有限公司,DXJ-2000

Cu-Kα辐射,40 kV和30 mA,5°~80° 2θ角范围,0.04° 2步长

热重分析(TG/DTG)

瑞士Mettle Toledo公司,TGA/SDTA851e

10 ℃/min,40~1 000 ℃,在氮气氛围条件下

环境扫描电子显微镜(SEM-EDS)

德国蔡司公司,Quanta 450

加速电压为20 kV

测试项目	生产厂家及型号	实验参数
X射线衍射分析(XRD)	方圆仪器有限公司,DXJ-2000	Cu-Kα辐射,40 kV和30 mA,5°~80° 2θ角范围,0.04° 2步长
热重分析(TG/DTG)	瑞士Mettle Toledo公司,TGA/SDTA851e	10 ℃/min,40~1 000 ℃,在氮气氛围条件下
环境扫描电子显微镜(SEM-EDS)	德国蔡司公司,Quanta 450	加速电压为20 kV

测试项目

生产厂家及型号

实验参数

X射线衍射分析(XRD)

方圆仪器有限公司,DXJ-2000

Cu-Kα辐射,40 kV和30 mA,5°~80° 2θ角范围,0.04° 2步长

热重分析(TG/DTG)

瑞士Mettle Toledo公司,TGA/SDTA851e

10 ℃/min,40~1 000 ℃,在氮气氛围条件下

环境扫描电子显微镜(SEM-EDS)

德国蔡司公司,Quanta 450

加速电压为20 kV

腐蚀反应时间/d	摩尔生成率/(mol·d^-1)
1	28.36	4.23
3	9.74	1.45
7	6.32	2.25
14	3.28	2.36
28	1.83	1.48

腐蚀反应时间/d

摩尔生成率/(mol·d^-1)

C₄AF-CaCO₃

C₃A-CaCO₃

28.36

4.23

9.74

1.45

6.32

2.25

3.28

2.36

1.83

1.48

腐蚀反应时间/d	摩尔生成率/(mol·d^-1)
1	28.36	4.23
3	9.74	1.45
7	6.32	2.25
14	3.28	2.36
28	1.83	1.48

腐蚀反应时间/d

摩尔生成率/(mol·d^-1)

C₄AF-CaCO₃

C₃A-CaCO₃

28.36

4.23

9.74

1.45

6.32

2.25

3.28

2.36

1.83

1.48

$P -$	α	β		R²
C₄AF	32.62	-5.825		0.966
C₃A	2.74	1.033		0.617

P -

R²

C₄AF

32.62

-5.825

0.966

C₃A

2.74

1.033

0.617

$P -$	α	β		R²
C₄AF	32.62	-5.825		0.966
C₃A	2.74	1.033		0.617

P -

R²

C₄AF

32.62

-5.825

0.966

C₃A

2.74

1.033

0.617

水泥单矿C₄AF和C₃A在CCUS环境中的抗腐蚀潜力

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周井红 ¹ , 吴坷 ¹ , 肖振华 ¹ , 何旭晟 ¹ , 杨若愚 ¹ , 梅开元 ²^,³ , 程小伟 ²^,³^,^*

科学技术与工程 | 论文·石油、天然气工业 2025,25(18): 7575-7582

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科学技术与工程 | 论文·石油、天然气工业 2025, 25(18): 7575-7582

水泥单矿C₄AF和C₃A在CCUS环境中的抗腐蚀潜力

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周井红¹, 吴坷¹, 肖振华¹, 何旭晟¹, 杨若愚¹, 梅开元²^,³, 程小伟²^,³^,^*

作者信息

¹ 中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司勘探事业部, 成都 621000

² 西南石油大学新能源与材料学院, 成都 610500

³ 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室, 成都 610500

周井红(1984—),男,汉族,重庆人,高级工程师。研究方向:钻井工程管理。E-mail:zhoujinghong@petrochina.com.cn。

通讯作者:

^* 程小伟(1984—),男,汉族,陕西西安人,博士,教授。研究方向:油气井固井胶凝材料。E-mail:chengxw@swpu.edu.cn。

Anti-corrosion Potential of Cement Single Ore C₄AF and C₃A in CCUS Environment

Jing-hong ZHOU¹, Ke WU¹, Zhen-hua XIAO¹, Xu-sheng HE¹, Ruo-yu YANG¹, Kai-yuan MEI²^,³, Xiao-wei CHENG²^,³^,^*

Affiliations

¹ Exploration Division, Southwest Oil & Gas Field Company, Chengdu 621000, China

² School of New Energy and Materials, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China

³ National Key Laboratory of Reservoir Geology and Development, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China

出版时间: 2025-06-28 doi: 10.12404/j.issn.1671-1815.2405680

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摘要

收起

通过SEM、XRD以及TG的分析测试方法,定量分析水泥单矿C₄AF和C₃A腐蚀产物的变化规律与腐蚀产物CaCO₃的生成速率系数。实验结果表明,C₄AF和C₃A在受到CO₂腐蚀后,均有大量团絮状物相产生,但C₃A腐蚀后产生了比C₄AF腐蚀后更多的块状、棒状产物;C₄AF和C₃A单矿在腐蚀反应后的物相主要是C₃AH₆和霰石,在腐蚀反应后期C₃AH₆的相对结晶度降低,霰石的相对结晶度升高;物相定量分析结果表明,C₄AF单矿腐蚀产物CaCO₃的含量高于C₃A;动力学计算结果表明C₄AF在腐蚀反应1 d后CaCO₃的摩尔生成率为28.36 mol/d,C₃A试样仅为4.23 mol/d。随着腐蚀反应时间延长至28 d,C₄AF和C₃A单矿的腐蚀产物摩尔生成率均持续减小,分别为1.83 mol/d和1.48 mol/d。拟合后C₄AF的腐蚀产物生成速率系数α为32.62,远高于C₃A单矿的2.74。C₃A单矿在CCUS环境中抗CO₂的腐蚀能力较C₄AF更强,这不仅为开发抗CO₂腐蚀的高性能水泥材料提供理论指导,也为水泥在CCUS环境中的应用提供了依据。

关键词

C₄AF/C₃A / CCUS / 相对结晶度 / CaCO₃生成速率

Abstract

收起

The variation law of C₄AF and C₃A corrosion products and the formation rate coefficient of CaCO₃ of cement single ore were quantitatively analyzed by SEM, XRD and TG analysis and test methods. The experimental results showed that both C₄AF and C₃A produced a large number of flocculent phases after CO₂ corrosion, but C₃A produced more lumpy and flocculent phases after corrosion than C₄AF corrosion. The relative crystallinity of C₃AH₆ decreases and the relative crystallinity of aragonite increases in the later stage of corrosion reaction, and the quantitative analysis results show that the content of CaCO₃ in C₄AF is higher than that of C₃A, and the molar formation rate of CaCO₃ in C₄AF is 28.36 mol/d and that of C₃A sample is only 4.23 mol/d after 1 day of corrosion reaction. With the extension of the corrosion reaction time to 28 days, the molar formation rate of corrosion products of C₄AF and C₃A continued to decrease, which was 1.83 mol/d and 1.48 mol/d, respectively. The coefficient of corrosion product formation α rate of C₄AF was 32.62 after fitting, which was much higher than that of C₃A single ore (2.74). The corrosion resistance of C₃A ore in CCUS environment is stronger than that of C₄AF, which not only provides theoretical guidance for the development of high performance cement materials resistant to CO₂ corrosion, but also provides a basis for the application of cement in CCUS environment.

Key words

C₄AF/C₃A / CCUS / relative crystallinity / CaCO₃ generation rate

引用本文

周井红, 吴坷, 肖振华, 何旭晟, 杨若愚, 梅开元, 程小伟. 水泥单矿C₄AF和C₃A在CCUS环境中的抗腐蚀潜力. 科学技术与工程, 2025 , 25 (18) : 7575 -7582 . DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2405680

Jing-hong ZHOU, Ke WU, Zhen-hua XIAO, Xu-sheng HE, Ruo-yu YANG, Kai-yuan MEI, Xiao-wei CHENG. Anti-corrosion Potential of Cement Single Ore C₄AF and C₃A in CCUS Environment[J]. Science Technology and Engineering, 2025 , 25 (18) : 7575 -7582 . DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2405680

正文

收起

目前碳捕集、利用与封存(carbon capture, utilization and storage,CCUS)技术是国际上“低碳战略”重点发展的技术方向,CCUS技术需要通过CO₂回注井,向地层注入大量C

O 2 1 - 4

。为了保证回注井的井筒安全^[5],目前采取硅酸盐水泥基材料将井筒与复杂的地下环境隔离^[6],但是CO₂作为酸性气体会严重破坏由硅酸盐水泥体系水化形成的水泥环,若水泥环完整性遭到破坏,会影响井筒安全,进而造成封存的CO₂泄露,影响CCUS井有效封隔的长期目标^[7-11]。

G级油井水泥的主要矿物组成为硅酸三钙(C₃S)、硅酸二钙(C₂S)、铝酸三钙(C₃A)以及铁铝酸四钙(C₄AF)^[12-13]。这4种主要矿物组分与水和酸性介质CO₂混合时,每个阶段都会发生水化和碳化的协同反应作用^[13]。迄今为止,研究人员逐渐从专注于复合相水泥被腐蚀破坏失效的过程^[14-16]。到进一步分析矿物组分对水泥性能的影响^[17-19],弄清楚水泥基材料中的哪种矿物成分更易被腐蚀,有针对性地开发防腐材料^[19],避免漫无目的和低效的尝试。目前关于单矿组分C₃S、C₂S在CCUS环境中腐蚀反应产物及反应速率的研究已经较为完善^[13,20]。C₃S、C₂S矿物水化反应之后生成碱性水化产物Ca(OH)₂和水化硅酸钙凝胶(C-S-H)与CO₂的碳酸化反应是造成水泥石性能衰退的主要原因^{[13,20 -22]}。但是针对水泥单矿C₃A和C₄AF在CCUS环境中腐蚀产物及腐蚀速率的问题还有待深入研究^[23]。

尽管C₄AF和C₃A仅占水泥矿物组分含量的20%左右,但是快速水化的C₄AF和C₃A矿物对水泥的早期强度有很大贡献^[24-27]。在C₄AF和C₃A的水化反应期间,将会释放出大量的Al离子和Fe离子,生成katoite(六水合铝酸三钙,简称C₃AH₆)、Al(OH)₃(铝凝胶相简称AH₃)和Fe(OH)₃(铁凝胶相简称FeH₃)等水化产物。因此,现研究水泥单矿C₃A和C₄AF在CCUS环境中腐蚀产物的物相变化以及腐蚀产物的生成速率,以期为开发抗CO₂腐蚀的高性能水泥材料提供理论指导,为水泥在CCUS环境中的应用提供依据。

1 实验材料及方法

收起

1.1 实验材料

本文研究中所使用水泥单矿分别为C₃A和C₄AF。对水泥单矿的物理性能进行了表征,C₃A和C₄AF的颗粒粒径分布测试结果如表1所示,由表1可知水泥单矿C₃A和C₄AF粉体颗粒比表面积相近,粒径主要集中在1~100 μm范围内。

1.2 试样制备方法

将C₃A和C₄AF分别与水混合并注入试管(水灰比为0.6)。将试管放入装有蒸馏水的容器中,以确保CO₂对C₃A和C₄AF的腐蚀过程处于潮湿环境。为模拟CCUS井下环境,8 MPa CO₂气体充入高温高压酸性气体反应釜中,反应釜的温度设置为90 ℃。将水泥单矿C₃A和C₄AF与CO₂反应1、3、7、14、28 d。在反应过程中,每隔3 d向高温高压反应釜中补充CO₂气体,以确保C₃A和C₄AF充分与CO₂发生腐蚀反应。

1.3 分析与测试方法

为了研究C₃A和C₄AF在CCUS环境中腐蚀产物的物相与相对含量变化,采用下述分析测试方法及设备。将单矿试样按照规定的腐蚀反应龄期从反应釜中取出,置于酒精溶液中终止水化24 h,然后取出试样在60 ℃的烘箱中烘干48 h。使用玛瑙研钵将烘干后的单矿试样研磨至粉末状,待进行后续测试。测试分析的实验装置和参数如表2所示。

2 结果与讨论

收起

2.1 水泥单矿C₄AF和C₃A在CCUS环境中反应后的微观形貌变化

C₄AF水泥单矿腐蚀前后反应产物的形貌如图1(a)和图1(b)所示。未腐蚀的C₄AF水泥单矿是单一水化7 d,C₄AF在受到CO₂腐蚀7 d后,有大量团絮状物相产生,并在其中包裹有大量颗粒状产物,孔隙减少,其结构更为致密。水化反应导致C₄AF颗粒间孔隙减少,但由于腐蚀反应的影响,不规则球形颗粒开始向块状颗粒转变。C₃A水泥单矿在腐蚀前后的微观形貌变化如图1(c)和图1(d)所示。由图1可知C₃A单矿的水化产物以网络状结构构成,孔隙较多,并有少量颗粒状产物分布在网络状结构之中,颗粒状结构同样存在,虽然凝胶状水化产物减少,孔隙增加,但颗粒间的结合增多。与C₄AF相似的是,C₃A在受到CO₂腐蚀后同样产生了团絮状产物,但其分布少于C₄AF腐蚀后,此外C₃A腐蚀后产生了比C₄AF腐蚀后更多的块状、棒状产物。

2.2 不同腐蚀龄期下水泥单矿C₄AF和C₃A腐蚀产物的物相变化

C₄AF单矿在90 ℃条件下腐蚀后的物相变化如图2(a)所示。由图2(a)可知,物相以霰石为主,霰石是CaCO₃的一种晶型。在腐蚀龄期1 d和3 d的试样中含有一定量的C₃AH₆与未水化完全的C₄AF物相;在腐蚀反应早期(1~3 d)时,试样中的水化产物含量较高,随着腐蚀反应的进行(28 d)被大大消耗。

利用Jade 6.0软件扣除XRD测试结果中非晶物相背底峰,并对主要结晶产物进行分峰拟合,得到物相强度最强的3个特征峰,计算得到其积分面积,进而得到试样中物相的相对结晶度(relative crystallinity of sample,R_CS),和单矿试样在养护龄期内晶体相对结晶度(relative crystallinity of phase,R_CP)。结晶物相的R_CS与R_CP计算过程如下。

(1)$I_{\text {SUM-phase }}=\sum_{n=1}^{3} I_{n-\text { phase }}$

(2)$I_{\mathrm{SUM}}=\sum_{n=1}^{3} I_{\mathrm{SUM}-\text { phases }}$

(3)$R_{\mathrm{CS}}=\frac{I_{\text {SUM-phase }}}{I_{\text {SUM }}} \times 100 \%$

(4)$R_{\mathrm{CP}}=\frac{I_{\mathrm{SUM}-\text { phase }}}{\max _{t} I_{\text {SUM-phase }}} \times 100 \%$

式中:I_n_-phase为某一物相所对应第n个衍射峰的峰面积;I_SUM-phase为某一物相衍射峰中三强峰积分面积之和;I_SUM为某一试样中结晶物相衍射峰积分面积之和;

m a x t

I_SUM-phase为水化或者腐蚀产物在腐蚀龄期内物相衍射峰积分面积最大值。

C₄AF单矿中物相的R_CP变化如图2(b)所示。由图2(b)可知C₃AH₆与未水化的C₄AF在1 d时R_CP最高,随后降低,7 d时基本消失。CO₂腐蚀生成的霰石的R_CP在1 d时为54.55%,并随着腐蚀时间增加不断升高,28 d时达到最大值。对于各龄期试样的R_CS如图2(c)所示。由图2(c)可知腐蚀龄期大于7 d的试样中仅有霰石,故其R_CS均为最大值。对比1 d与3 d的试样可知,试样中的C₃AH₆与未水化的C₄AF分别从22.08%和38.17%降低至17.20%与29.20%,并于7 d时消失。这说明该温度下的C₄AF腐蚀速率较快,在7 d时,试样中结晶的物相已经被破坏,并转化为腐蚀产物霰石。

(C₃C₃A腐蚀试样中物相组成如图3(a)所示。由图3(a)可知,物相主要为霰石、水化六水合铝酸三钙AH₆C)与C₃AH₆。各物相结晶变化过程如图3(b)所示。由图3(b)可知霰石的R_CP在1 d时最大,随着腐蚀的进行不断降低,霰石含量先降低后升高,在28 d时其R_CP有49.26%。由于腐蚀的作用霰石晶体易被破坏,R_CP不断降低,在腐蚀14~28 d升高,是由于C₃AH₆被大量消耗转化而成。由水化反应生成的C₃AH₆,在1 d时R_CP为85.99%,并在7 d时达到最大值,14 d时R_CP略有降低为99.05%;当腐蚀龄期达到28 d时,试样中的C₃AH₆晶体的R_CP大大降低,为28.45%。腐蚀产物C₃AH₆C是由C₃AH₆直接生成,由于腐蚀的作用,会进一步转变为霰石,因此其R_CP受到水化与腐蚀过程的协同作用。各腐蚀龄期试样中物相的变化如图3(c)所示。由图3(c)可知霰石的R_CS在1~7 d时不断降低,7 d时R_CS为19.83%,且该阶段C₃AH₆C变化较小,主要是由于C₃AH₆的R_CS升高所致,并且C₃AH₆的最大值在14 d时,此时C₃AH₆C量最少,霰石的R_CS由于C₃AH₆C降低略有升高。当试样腐蚀龄期达到28 d时,C₃AH₆由于腐蚀消耗,晶体被破坏,故R_CS降低,此时的C₃AH₆C与霰石均大幅度升高,且霰石升高最为明显,达到了44.87%,说明此时C₃A试样中主要的腐蚀产物以霰石晶体为主。

2.3 不同腐蚀龄期下水泥单矿C₄AF和C₃A腐蚀产物的含量变化

C₄AF腐蚀试样的DTG分析结果如图4所示。由图4可知,水化生成的C₃AH₆在1 d时最多为22.46%,这是由于其水化反应较快生成的,且CaCO₃在1 d时的含量为28.36%。在腐蚀介质的不断作用下,C₃AH₆不断减少,3~7 d时减少的速率较快,随后减缓,28 d时C₃AH₆含量为9.04%。在C₃AH₆消耗的同时,CaCO₃不断生成,3~7 d时增加最快,增量为15.05%。7 d后CaCO₃的增加速度减缓,与C₃AH₆消耗速度减缓的规律相吻合,28 d时CaCO₃的含量为51.24%。从参与反应的物相总钙含量(Sum-Ca)看,7 d后Sum-Ca变化减缓,仅从7 d时的55.54%增加到28 d时的60.29%。

C₃A腐蚀试样的DTG分析结果如图5所示。由图5可知C₃A试样经CO₂腐蚀后物相分解峰主要集中在300 ℃左右,即C₃AH₆物相的分解。通过对比物相定量的结果可知,在腐蚀反应前期(1~3 d时),腐蚀产物变化较小分别为4.23%和4.36%,且C₃AH₆由54.87%增加至61.66%;这说明腐蚀前期,水化反应继续,腐蚀反应被抑制。当腐蚀龄期为7 d时,C₃AH₆开始减少,而CaCO₃含量增加至15.76%。当腐蚀龄期为28 d时,C₃AH₆仍有36.29%,而此时的CaCO₃含量为41.55%。由此说明,28 d时试样仍然有大量水化产物未被腐蚀,C₃A在该温度下耐CO₂腐蚀的性能较好。从C₃A试样中参与反应Sum-Ca含量变化可知,14 d时达到最大值81.14%,28 d时有所减少,这说明C₃AH₆的消耗量要远大于CaCO₃的生成量,结合XRD衍射结果分析可知,这是由于生成了其他物相,如C₃AH₆C。

2.4 水泥单矿C₄AF和C₃A的CO₂腐蚀产物摩尔生成率及拟合

为方便描述水泥单矿C₄AF和C₃A腐蚀产物CaCO₃的生成速率与腐蚀时间的关系,用单位时间内腐蚀产物的摩尔生成率

P -

表示CaCO₃的生成速率。单位时间腐蚀产物摩尔生成率

P -

^[13]为

(5)$\bar{P}=\frac{m_{t \mathrm{CaCO}_{3}}}{M_{\mathrm{CaCO}_{3}}} \frac{1}{t}$

式(5)中:t为试样腐蚀时间;

M C a C O 3

为CaCO₃的摩尔质量;

m C a C O 3

由TG的实验分析结果获得。

C₄AF和C₃A的腐蚀产物摩尔生成率如表3所示。由表3可知,C₄AF试样在腐蚀反应1 d后CaCO₃的摩尔生成率为28.36 mol/d,C₃A试样仅为4.23 mol/d,说明C₃A在腐蚀反应1 d后,腐蚀反应程度要比C₄AF试样弱,生成CaCO₃腐蚀产物的反应速率慢。随着腐蚀反应时间延长至28 d,C₄AF和C₃A试样的腐蚀产物摩尔生成率均持续减小,分别为1.83 mol/d 和1.48 mol/d,说明在腐蚀反应后期,C₄AF和C₃A试样的腐蚀反应速率均有所减缓。

表3中C₄AF和C₃A单矿腐蚀产物CaCO₃的摩尔生成率表明,C₄AF和C₃A两种水泥单矿单位时间腐蚀产物摩尔生成率

P -

随时间的变化关系均能较好地满足

P -

∝α

t - 12

的关系^[13,24,28]。对不同腐蚀龄期下的产物摩尔生成率

P -

与时间变化关系拟合可得腐蚀产物生成速率系数α,α表示腐蚀产物生成速率的快慢。腐蚀产物摩尔生成率

P -

为

(6)$\bar{P}=\alpha t^{-\frac{1}{2}}+\beta$

式(6)中:β为常数。

使用式(6),对表3中C₄AF和C₃A两种水泥单矿CO₂腐蚀产物摩尔生成率进行拟合,拟合结果如图6和表4所示。由图6和表4可知,C₄AF的α为32.62,远高于C₃A单矿的2.74。拟合结果表明,C₃A腐蚀产物生成速率最小,造成这种现象的主要原因是C₃A单矿在水化反应之后生成的水化产物主要是C₃AH₆物相,经过XRD和TG的定量分析,发现C₃AH₆物相在腐蚀前后的含量变化不大,说明C₃A水化产物与CO₂反应能力较弱,C₃A水化产物C₃AH₆等物相的抗CO₂腐蚀能力较强^[29]。综上所述,C₄AF单矿CaCO₃腐蚀产物的反应速率要远大于C₃A试样,说明C₃A试样在模拟CCUS井下环境中的抗CO₂腐蚀能力较强。

3 结论

收起

通过SEM、XRD、TG-DTG等分析测试技术,对水泥单矿C₄AF和C₃A在CCUS井中的腐蚀过程进行了研究,针对腐蚀龄期对试样中物相组成、物相含量变化的影响规律进行了分析,并对腐蚀产物CaCO₃生成速率进行了拟合分析,得到以下结论。

(1)经过腐蚀后C₄AF单矿中不规则的球形颗粒开始向块状颗粒转变。C₃A单矿在受到CO₂腐蚀后会生成团絮状产物,但较C₄AF单矿腐蚀后的分布较少,并且C₃A腐蚀后产生了比C₄AF腐蚀后更多的块状、棒状的腐蚀产物。

(2)C₄AF单矿在腐蚀早期的物相主要是C₃AH₆与未水化的C₄AF,腐蚀后期出现了霰石的衍射峰。C₃A单矿腐蚀后的物相主要是霰石、C₃AH₆C和C₃AH₆,腐蚀龄期达到28 d时,C₃AH₆由于腐蚀反应导致晶体被破坏,相对结晶度降低,而C₃AH₆C与霰石的相对结晶度均大幅度升高,腐蚀后期C₃A试样中的腐蚀产物以霰石晶体为主。

(3)TG/DTG定量分析结果表明,在90 ℃、8.0 MPa CO₂的饱和水湿环境中,腐蚀相同的龄期条件下,C₄AF单矿腐蚀产物CaCO₃的含量高于C₃A。C₄AF试样在腐蚀反应1 d后CaCO₃的摩尔生成率为28.36 mol/d,远大于C₃A试样的4.23 mol/d,说明C₃A在腐蚀反应1 d后,腐蚀反应程度要比C₄AF试样弱。随着腐蚀反应时间延长至28 d,C₄AF和C₃A单矿的腐蚀产物摩尔生成率均持续减小,分别为1.83 mol/d 和1.48 mol/d。拟合后C₄AF的腐蚀产物生成速率系数α为32.62,远高于C₃A单矿的2.74,说明C₃A单矿在CCUS环境中抗CO₂的腐蚀能力较强。

基金

收起

国家自然科学基金(42207206)

参考文献

收起

文献

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2025年第25卷第18期

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196

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doi: 10.12404/j.issn.1671-1815.2405680

接收时间：2024-07-29
首发时间：2025-12-17
出版时间：2025-06-28

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作者

出版历史

收稿日期：2024-07-29
修回日期：2025-03-28

基金

国家自然科学基金(42207206)

作者信息

¹ 中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司勘探事业部, 成都 621000

² 西南石油大学新能源与材料学院, 成都 610500

³ 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室, 成都 610500

通讯作者:

^* 程小伟(1984—),男,汉族,陕西西安人,博士,教授。研究方向:油气井固井胶凝材料。E-mail:chengxw@swpu.edu.cn。

参考文献

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https://castjournals.cast.org.cn/joweb/kxjsygc/CN/10.12404/j.issn.1671-1815.2405680

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

类型	比表面积/(m²·g^-1)	粒径中位数/μm
C₄AF	0.95	8.854
C₃A	1.00	9.357

类型

比表面积/(m²·g^-1)

粒径中位数/μm

C₄AF

0.95

8.854

C₃A

1.00

9.357

测试项目	生产厂家及型号	实验参数
X射线衍射分析(XRD)	方圆仪器有限公司,DXJ-2000	Cu-Kα辐射,40 kV和30 mA,5°~80° 2θ角范围,0.04° 2步长
热重分析(TG/DTG)	瑞士Mettle Toledo公司,TGA/SDTA851e	10 ℃/min,40~1 000 ℃,在氮气氛围条件下
环境扫描电子显微镜(SEM-EDS)	德国蔡司公司,Quanta 450	加速电压为20 kV

测试项目

生产厂家及型号

实验参数

X射线衍射分析(XRD)

方圆仪器有限公司,DXJ-2000

Cu-Kα辐射,40 kV和30 mA,5°~80° 2θ角范围,0.04° 2步长

热重分析(TG/DTG)

瑞士Mettle Toledo公司,TGA/SDTA851e

10 ℃/min,40~1 000 ℃,在氮气氛围条件下

环境扫描电子显微镜(SEM-EDS)

德国蔡司公司,Quanta 450

加速电压为20 kV

腐蚀反应时间/d	摩尔生成率/(mol·d^-1)
1	28.36	4.23
3	9.74	1.45
7	6.32	2.25
14	3.28	2.36
28	1.83	1.48

腐蚀反应时间/d

摩尔生成率/(mol·d^-1)

C₄AF-CaCO₃

C₃A-CaCO₃

28.36

4.23

9.74

1.45

6.32

2.25

3.28

2.36

1.83

1.48

$P -$	α	β		R²
C₄AF	32.62	-5.825		0.966
C₃A	2.74	1.033		0.617

P -

R²

C₄AF

32.62

-5.825

0.966

C₃A

2.74

1.033

0.617