CO₂ 포화 염수 투과실험에 따른 유정시멘트의 성분분석

Analysis of Oil Well Cement Composition after Penetration Experiment with CO₂-saturated Brine

지중의 높은 압력과 온도에서 양생되는 유정공 시멘트 (Oil Well Cement, OWC)는 CO₂ 포화 염수에 의하여 열화될 수 있다. 본 연구에서는 CO₂ 포화 염수에 의한 OWC의 미세구조 변화를 연구하기 위하여 지중과 동일한 온도와 압력조건 하에서 CO₂ 포화 염수를 투과시키는 방법을 개발하였다. 표준 양생된 Class G OWC 시편이 사용되었다. 압력 10 MPa에서 48시간동안 CO₂를 융해시킨 포화 염수의 pH는 3.14로 계산되었다. OWC내 수산화칼슘이 CO₂와 반응하여 생성된 탄산칼슘에 대한 3차원 미세단층촬영으로 시편내부의 분포양상을 확인하였고, X선 회절분석을 통해 탄산칼슘의 증가추이를 확인하였다. 또한, 칼슘-실리케이트 수화물의 탄산화를 29Si 핵자기공명 분석을 통해 확인하였다.

The integrity of oil well cement (OWC), cured under high temperature and pressure, may degrade upon the exposure to the CO₂-sat-urated brine. In this study, a test setup was devised to examine the composition changes of hardened OWC due to the migration of CO₂-saturated brine under high temperature and pressure. The Class G OWC cured at ambient conditions was used for the test set-up. The estimated pH of the brine saturated with CO₂ for 24 hours under 10 MPa and 40oC was 3.14. The 3D micro computed tomog-raphy enables the evaluation of the spatial configuration of internal structures for carbonated produced by Ca(OH)2 in the hydrated OWC, corroborated by X-ray diffraction analyses that reveal the increment of CaCO₃. Moreover, 29Si Nuclear Magnetic Resonance results showed the carbonation of calcium silicate hydrates (C-S-H) in the hydrated OWC.