碳封存黑科技“MVP”
—EverCRETE*永凝水泥
小斯谈背景
01
日益增长的碳封存需求
碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage，简称CCS，也被译作碳捕获与埋存、碳收集与储存等）是指将大型发电厂所产生的二氧化碳（CO2）收集起来，并用各种方法储存以避免其排放到大气中的一种技术。这种技术被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济、可行的方法。
02
碳封存水泥的技术要求
碳捕集后封存的主要方式是将二氧化碳注入地面以下，通过地层的密封进行封存。这需要建立井筒，下入套管并实施固井作业。作为封隔井筒和地层间环空水泥的性质对二氧化碳的永久封存尤为重要。常规油井水泥为波特兰水泥，波特兰水泥系统通常用于油气井中的层间封隔。
然而，硅酸盐水泥在富含二氧化碳的环境中在热力学上并不稳定，在含水的二氧化碳环境下可以迅速降解。当含二氧化碳的水扩散到水泥基质中，解离的酸(H2CO3)与游离的氢氧化钙和水合硅酸钙(C-S-H)凝胶发生反应。反应的产物可溶解并从水泥基体中迁移出来。此时，水泥石的抗压强度降低，渗透率和孔隙度增加，表现为水泥石的破裂、疏松，最终失去对井筒的保护作用以及二氧化碳窜至地表，再次回归大气。
常规水泥在二氧化碳下被腐蚀的微观结构变化 ▲
常规水泥在二氧化碳下被腐蚀的宏观破坏情况 ▲
这种腐蚀情况在二氧化碳浓度较高（>15%）的井中变得更为明显，对于永久碳封存的井更加关键，因为碳封存井的井内气体为接近100%浓度的二氧化碳。因此仅仅采用抗腐蚀添加剂不能满足二氧化碳永久封存的井的需求，需要一种完全抗二氧化碳的新型水泥。
小斯家EverCRETE*
03
EverCRETE*碳封存永凝水泥
EverCRETE*碳封存水泥采用不同的水泥技术，使水泥本身耐100%二氧化碳的腐蚀，包括饱和二氧化碳地层水以及超临界状态的二氧化碳。
EverCRETE*在二氧化碳下的耐腐蚀表现 ▲
该体系的耐腐蚀能力体现在两方面：
1.水泥本身的耐腐蚀能力
2.形成水泥石渗透率低的特点，抵御二氧化碳侵入水泥石内部结构
小斯讲应用
04
EverCRETE*应用案例
案例1：阿尔及利亚老井二氧化碳泄漏补救
该井钻于1980年，与2007年6月探测发现井内气体泄漏事件。地面气体探测仪显示泄漏气体的二氧化碳浓度为92%。
效果：
难点
• 老井的井筒完整性已经严重不可靠
• 需要抗二氧化碳水泥对高纯二氧化碳气体进行永久封固
解决措施
• 段磨套管进行水泥塞作业
• 应用EverCRETE*对关键层位进行封隔
效果
• 2007年10月顺利施工
• 至今未再发生二氧化碳泄漏事件
案例2：日本JCCS苫小牧CCS示范项目
日本是世界最先进行碳封存尝试的国家之一，早在2015年就在北海道开展CCS示范项目。
该项目钻水平井两口，采用EverCRETE*水泥进行目的层封固。自2016年开始注入二氧化碳，截至2019年已经封存二氧化碳300110.3吨。其通过陆地钻井将二氧化碳注入近陆地的海底，并采用海面的二氧化碳传感器进行全年的监测。监测显示至今未发生二氧化碳的泄漏事件。
小斯观全球
05
EverCRETE*的全球应用
CCS碳封存建设在国外起步较早，EverCRETE*作为配套的成熟技术之一，已经在多个国家和地区有成功应用。
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