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TX 75083-3836, U.S.A., fax 1.972.952.9435. AbstractStoring carbon dioxide (CO 2 ) underground is considered the most effective way for long-term safe and low-cost CO 2 sequestration. This recent application requires long-term wellbore integrity. A leaking wellbore annulus can be a pathway for CO 2 migration into unplanned zones (other formations, adjacent reservoir zones, and other areas) leading to economic loss, reduction of CO 2 storage efficiency, and potential compromise of the field for storage. This CO 2 leakage through the annulus may occur much more rapidly than geologic leakage through the formation rock. The possibility of such leaks raises considerable concern about the long-term wellbore isolation and the durability of hydrated cement that is used to isolate the annulus across the producing/injection intervals in CO 2 -related wells. With the lack of industry standard practices dealing with wellbore isolation for the time scale of geological storage, a methodology to mitigate the associated risks is required. This requirement led to the need and development of a laboratory qualification of resistant cements and the long-term modeling of cement-sheath integrity. This article presents the results of a comprehensive study on the degradation of cement in simulating the interaction of the set cement with injected supercritical CO 2 under downhole conditions. The methodology and the equipment are described for testing conventional Portland cement and measuring the evolution of its alteration process with time under CO 2 conditions. Experimental details and analytical methods are discussed. Data relating cement-strength loss and CO 2 penetration in Portland cement are presented. The evolution of cement chemistry and porosity with time is highlighted by scanning electron microscopy analyses, back-scattered electron images, and Hg-porosimetry measurements. A first fluid-flow-geochemistry modeling for Portland cement is proposed. The results are compared to equivalent studies on a new CO 2 -resistant material; the comparison shows significant promise for this new material. This CO 2 -resistant material will enable the hydrocarbon production industry to store the burnt residue over the long term in a safer and more responsible manner.

Résumé -Technologies de puits pour le stockage géologique du CO 2 : ciment résistant au CO 2 -Le stockage souterrain du CO 2 est actuellement considéré comme la voie la plus efficace pour une séquestration sure et à faible coût. Cette nouvelle application exige une étanchéité du puits à très long terme. La rupture de la gaine de ciment dans l'intervalle entre le cuvelage et la formation géologique peut créer des chemins préférentiels favorisant la fuite du CO 2 vers la surface avec des vitesses probablement supérieures à celles pouvant être provoquées par les fuites au travers des formations géologiques. Il en résultera une perte économique, une réduction de l'efficacité du stockage de CO 2 et la remise en cause du champ pour le stockage de CO 2 . Ce risque potentiel de fuites soulève des questions quant à la bonne isolation du puits à long terme et à la durabilité du ciment hydraté utilisé pour isoler l'annulaire entre les intervalles de production et d'injection dans les puits de CO 2 . Nous proposons une nouvelle procédure expérimentale et une méthodologie pour étudier la réactivité des systèmes CO 2 -Eau-Ciment en simulant les interactions du ciment pris avec le CO 2 injecté à l'état supercritique dans des conditions de fond de puits. Les conditions utilisées pour ces expériences sont de 90ºC et 280 bars. L'évolution des propriétés mécaniques et physico-chimiques du ciment Portland est mesurée dans le temps sur une période maximale de six mois. Les résultats sont comparés à ceux obtenus par une étude similaire sur un nouveau ciment résistant au CO 2 , la comparaison étant prometteuse pour ce nouveau matériau. Abstract

Résumé -Technologies de puits pour le stockage géologique du CO 2 : ciment résistant au CO 2 -Le stockage souterrain du CO 2 est actuellement considéré comme la voie la plus efficace pour une séquestration sure et à faible coût. Cette nouvelle application exige une étanchéité du puits à très long terme. La rupture de la gaine de ciment dans l'intervalle entre le cuvelage et la formation géologique peut créer des chemins préférentiels favorisant la fuite du CO 2 vers la surface avec des vitesses probablement supérieures à celles pouvant être provoquées par les fuites au travers des formations géologiques. Il en résultera une perte économique, une réduction de l'efficacité du stockage de CO 2 et la remise en cause du champ pour le stockage de CO 2 . Ce risque potentiel de fuites soulève des questions quant à la bonne isolation du puits à long terme et à la durabilité du ciment hydraté utilisé pour isoler l'annulaire entre les intervalles de production et d'injection dans les puits de CO 2 . Nous proposons une nouvelle procédure expérimentale et une méthodologie pour étudier la réactivité des systèmes CO 2 -Eau-Ciment en simulant les interactions du ciment pris avec le CO 2 injecté à l'état supercritique dans des conditions de fond de puits. Les conditions utilisées pour ces expériences sont de 90ºC et 280 bars. L'évolution des propriétés mécaniques et physico-chimiques du ciment Portland est mesurée dans le temps sur une période maximale de six mois. Les résultats sont comparés à ceux obtenus par une étude similaire sur un nouveau ciment résistant au CO 2 , la comparaison étant prometteuse pour ce nouveau matériau. Abstract