一种碳封存固井防腐模拟系统的制作方法

本技术涉及碳封存领域，具体而言，涉及一种碳封存固井防腐模拟系统。

背景技术：

1、在二氧化碳地质封存（ccus）工程中，固井作业不仅是保障井筒结构完整性的基础，更是实现二氧化碳长期、安全、高效封存的第一道也是最重要的物理与化学屏障。与常规油气井相比，碳封存井对固井质量的要求更为严苛和持久，其核心挑战在于注入的二氧化碳在地下环境中会形成复杂的酸性流体体系，对传统固井材料构成持续性威胁，使得固井防腐成为决定项目成败的关键技术环节。封存井的固井水泥环需在长达数百甚至上千年的尺度内，有效封隔注入的二氧化碳与地下淡水层、其他流体资源及大气环境，防止其发生垂直或横向迁移。这一使命对水泥环的长期完整性提出了前所未有的要求。然而，注入的超临界或液态二氧化碳在地下含水条件下会溶解形成碳酸，并可能进一步与地层矿物反应生成更具腐蚀性的酸性离子。这种酸性环境会持续侵蚀水泥石水化产物，导致其微观结构疏松、强度衰退、渗透率升高，并最终在水泥环本体或水泥-套管/地层界面处形成渗漏通道。一旦固井质量存在初始缺陷或防腐能力不足，微小的泄漏点都可能随着时间推移而扩大，引发“天花板”失效，导致封存的二氧化碳大规模逃逸，不仅使碳封存项目彻底失败，更可能引发地层压力失衡、浅层地下水酸化等严重的环境与安全问题。

2、现有常规油气井固井技术及其水泥浆体系，主要针对烃类流体环境设计，其抗二氧化碳腐蚀性能有限。应用于碳封存井时，往往难以满足全生命周期内的极端防腐与密封需求。特别是在温度-压力-化学场耦合作用的复杂地质条件下，传统水泥环的长期耐久性面临严峻考验。因此，开发具有优异抗二氧化碳腐蚀性能、高界面胶结强度及自适应密封能力的新型固井材料或防腐强化技术，从根本上提升封存井水泥环的长期屏障效能，已成为推进ccus技术规模化、商业化应用亟待突破的核心瓶颈。本技术实施例技术的提出，正是致力于解决碳封存井长期固井防腐蚀的这一关键难题。

3、目前，已有一些技术用于陆地上和海上co2碳封存，例如：固井材料：如水泥浆、树脂等，用于封堵井筒，防止co2泄漏。防腐涂层：用于保护固井材料免受腐蚀。但是并没有对碳封存过程所需的固井材料和防腐涂层进行性能测试的技术方案。

4、针对相关技术中无法对碳封存过程所需的固井材料和防腐涂层进行性能测试，导致的无法保证碳封存过程中的安全性和碳封存效率的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

5、因此，有必要对相关技术予以改良以克服相关技术中的所述缺陷。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种碳封存固井防腐模拟系统，以至少解决相关技术中无法对碳封存过程所需的固井材料和防腐涂层进行性能测试，导致的无法保证碳封存过程中的安全性和碳封存效率的问题。

2、根据本技术的一个实施例，提供了一种碳封存固井防腐模拟系统，包括：co2制备与回收装置、与所述co2制备与回收装置连接的注入装置、与所述注入装置连接的固井防腐模拟装置，以及，分别与所述co2制备与回收装置和所述固井防腐模拟装置连接的气体处理装置，其中：所述co2制备与回收装置，用于将原始co2制备为超临界co2，并回收目标co2，其中，所述目标co2为对所述固井防腐模拟装置中的使用过的超临界co2进行提纯加压后得到的co2；所述注入装置，用于确定所述超临界co2注入至固井防腐模拟装置的注入压力和注入速度，并根据所述注入压力和所述注入速度将所述超临界co2注入至固井防腐模拟装置；所述固井防腐模拟装置，用于测试固井材料和/或防腐涂层在所述超临界co2注入过程中的目标性能；所述气体处理装置，用于收集所述固井防腐模拟装置中的所述使用过的超临界co2，并对所述使用过的超临界co2进行提纯加压，以得到所述目标co2，将所述目标co2传输至所述co2制备与回收装置，以使所述co2制备与回收装置回收所述目标co2。

3、在一个示例性实施例中，所述co2制备与回收装置，包括：气体钢瓶、co2三柱塞泵和制冷装置，其中：所述气体钢瓶与所述co2三柱塞泵的入口连接，用于存储所述原始co2，并将所述原始co2传输至所述co2三柱塞泵；所述co2三柱塞泵的出口与所述制冷装置连接，所述co2三柱塞泵，用于确定超临界状态对应的目标压力，并将所述原始co2加压至所述目标压力，将加压至所述目标压力的原始co2传输至所述制冷装置；所述制冷装置，用于将加压至所述目标压力的原始co2冷却至超临界状态对应的目标温度，以将所述原始co2制备为所述超临界co2。

4、在一个示例性实施例中，所述co2制备与回收装置，还包括：净化器，其中：所述净化器分别与所述气体处理装置和所述co2制备与回收装置中的co2三柱塞泵的入口连接，用于去除所述目标co2中的杂质，并将去除杂质后的目标co2传输至所述co2三柱塞泵中，以使所述co2三柱塞泵和所述co2制备与回收装置中的制冷装置将所述去除杂质后的目标co2制备为所述超临界co2，其中，所述制冷装置与所述co2三柱塞泵的出口连接。

5、在一个示例性实施例中，所述注入装置，包括：流体注入装置，其中：所述流体注入装置，用于确定所述超临界co2的第一注入压力和注入速度，并将所述超临界co2以所述第一注入压力和所述注入速度注入至所述固井防腐模拟装置中。

6、在一个示例性实施例中，所述注入装置，还包括：气体注入装置，其中：所述气体注入装置，用于获取有机气体，并确定所述有机气体对应的第二注入压力，将所述有机气体以所述第二注入压力注入至所述固井防腐模拟装置，其中，所述有机气体用于补充或替换所述固井防腐模拟装置中所需的气体环境。

7、在一个示例性实施例中，所述气体注入装置，包括：有机气体存储瓶、减压阀和质量流量控制器，其中：所述有机气体存储瓶与所述减压阀连接，用于存储有机气体，并将所述有机气体传输至所述减压阀；所述减压阀，分别与所述有机气体存储瓶和所述质量流量控制器连接，用于在确定所述有机气体的气体压力大于预设气体压力的情况下，开启所述减压阀，以降低所述有机气体的压力；所述质量流量控制器，用于实时检测所述有机气体的气体流量，并将所述气体流量控制在预设气体流量范围内，以将所述有机气体以所述预设气体流量范围内的任一气体流量注入至所述固井防腐模拟装置中。

8、在一个示例性实施例中，所述固井防腐模拟装置，包括：釜式模拟装置，其中：所述釜式模拟装置包括：包含有固井材料和/或防腐涂层的养护釜，所述养护釜，用于接收所述超临界co2，并根据所述超临界co2与所述固井材料和/或防腐涂层之间的化学反应确定所述固井材料和/或防腐涂层的化学稳定性和耐腐蚀性，其中，所述目标性能包括：所述化学稳定性和耐腐蚀性。

9、在一个示例性实施例中，所述固井防腐模拟装置，还包括：模拟驱替夹持装置，其中：所述模拟驱替夹持装置包括：包含有已注入目标流体的岩石样本的夹持装置，所述夹持装置，用于接收所述超临界co2和/或有机气体，并根据所述超临界co2和/或所述有机气体与所述岩石样本进行驱替实验，以根据驱替效率确定所述固井材料和/或防腐涂层的密封性能，其中，所述驱替效率为：所述超临界co2和/或所述有机气体注入至所述岩石样本后，将所述目标流体完全替换为所述超临界co2和/或所述有机气体的效率，所述岩石样本上涂覆有：所述固井材料和/或防腐涂层，所述目标性能包括：所述密封性能。

10、在一个示例性实施例中，所述气体处理装置，包括：循环分离装置，其中：所述循环分离装置，用于分离所述使用过的超临界co2中的气体杂质，并分离出的co2进行提纯加压，以得到所述目标co2，将所述目标co2输入至所述co2制备与回收装置中。

11、在一个示例性实施例中，所述气体处理装置，还包括：废弃处理装置，其中：所述废弃处理装置，用于接收所述循环分离装置中分离出的目标物质，并对所述目标物质进行净化处理，将净化处理后的目标物质排放至目标区域，其中，所述目标物质为所述循环分离装置中除所述目标co2外的其他物质，所述净化处理后的目标物质符合排放标准。

12、通过本技术实施例的碳封存固井防腐模拟系统，包括co2（二氧化碳）制备与回收装置、注入装置、固井防腐模拟装置和气体处理装置，其中，co2制备与回收装置可以用于制备超临界co2，并回收对固井防腐模拟装置中的使用过的超临界co2进行提纯加压后的目标co2；注入装置，用于以注入压力和注入速度将超临界co2注入至固井防腐模拟装置中；固井防腐模拟装置根据注入的超临界co2测试固井材料和/或防腐涂层在超临界co2注入过程中的目标性能；气体处理装置，用于收集使用过的超临界co2，并对使用过的超临界co2进行提纯加压，得到目标co2，以便于co2制备与回收装置回收。通过本技术实施例，可以解决相关技术中无法对碳封存过程所需的固井材料和防腐涂层进行性能测试，导致的无法保证碳封存过程中的安全性和碳封存效率的问题，进而可以对碳封存过程所需的固井材料和/或防腐涂层进行性能测试，进而根据得到的性能测试结果对碳封存过程中的确保碳封存过程中的固井材料和/或防腐涂层进行适当调整，以保证碳封存过程中的安全性，并提高碳封存效率。