郑 昕，马建杰，姚 峰，时维才，崔永亮

（中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏 扬州 225009）

为成功实现我国“双碳”目标，能源行业积极响应国家号召，以CO2驱油埋存一体化技术为核心，大力推动生产过程低碳化转型。早在20 世纪90 年代，江苏油田就已开展CO2驱油技术探索和扩大试验，2021 年末总注气量已达17.92×104t，增油8.15×104t。但在此过程中陆续有8 口井发生管柱失效情况，断裂方式多为脆断（见图1），失效深度多在500 m 以内，严重影响现场生产。针对CO2管柱失效机理已有众多学者进行了研究，傅海荣［1］通过能谱分析、腐蚀产物结构分析等手段发现失效管柱断口存在S 元素，结合现场套管气组分推断管柱失效的原因是H2S 应力腐蚀开裂；张智［2］基于电化学腐蚀和管柱力学等理论建立了CO2吞吐井腐蚀预测模型，通过模拟获得了管柱的极限吞吐次数；朱达江［3］通过室内实验评价了封隔器橡胶在CO2环境下的耐腐蚀性能；王峰［4］研究了CO2-H2S-Cl-共存环境下温度、pH 值、H2S 分压等因素对管柱腐蚀的影响规律；韩进山［5］认为CO2注采井管柱失效的原因主要包括物理载荷应变和化学腐蚀损伤。前人的研究多偏重于化学腐蚀方面，而关于温度和应力对管柱结构的影响方面研究相对不足，结合生产现场发现大部分失效管柱无明显腐蚀现象，本文拟从热力学和结构力学的角度去探讨管柱失效原因，为CO2注采管柱防护措施提供理论基础。

图1 失效井断口形貌

1 井筒温度场模型

向下注入过程中，液态CO2不断与管壁、地层进行换热，逐渐变为高温气态。……