Карбонатный цемент

Экспериментально была установлена высокая стойкость в сульфатсодержащих минерализованных пластовых водах кислотно-растворимого карбонатного цемента, содержащего 40 — 45 % из­мельченного карбоната кальция. Этот цемент применяется в тех случаях, когда нужно поставить временный мост или удалить часть цементного стакана. При обработке соляной кислотой этот цемент быстро растворяется.

Благоприятное действие карбоната кальция па стойкость портландцемента может быть объяснено реакцией карбоната с алюмосодержащими минералами клинкера. При этом обра­зуется карбоалюминат кальция — ЗСаО А1₂О₃ СаСО₃ 11Н₂О. Таким образом, алюминатная составляющая цементного камня оказывается химически связанной до вступления его в контакт с сульфатами внешней среды.

Песчанистый портландцемент

Более высокая стойкость в пластовых водах, содержащих соли магния, характерна для портландцемента с добавкой 30 — 50 % кварцевого песка при твердении в условиях невысоких темпера­тур. Добавка кварцевого песка весьма эффективна в условиях сульфатной коррозии при повышении температуры до 40 — 50 °С. Увеличивая стойкость, добавка песка несколько уменьшает на­чальную прочность и замедляет схватывание.

Шлакопортландцемент

Шлакопортландцемент обладает большей стойкостью против действия сульфатных и магнезиальных агрессивных сред, чем обычный портландцемент. При невысоких температурах тампонажный цемент, содержащий значительную добавку шлака, имеет низкую раннюю прочность. Твердение может быть значи­тельно ускорено добавкой небольшого количества (1—2% от массы цемента) СaCl₂, Na₂SiO₃ или Na₂CO₃.

С повышением температуры твердение шлакопортландцемента значительно ускоряется. При температуре, соответствующей «холодным» скважинам, рекомендуется вводить в смесь не более 40 % шлака, при 70 — 75 °С добавка может быть увеличена до 60 — 70%. При более высоких температурах (до 125 °С) хорошие результаты дает введение в шлакопортландцемент кварцевого песка.

Модифицирование тампонажных цементов с целью повышения их коррозионной стойкости.

Если нет возможности по какой-либо причине применить спе­циальный коррозионностойкий цемент, то можно повысить стой­кость цементного камня к той или иной агрессивной среде, вводя некоторые добавки к цементу. Для повышения стойкости про­тив магнезиальной коррозии в состав цемента можно вводить вещества, препятствующие (или замедляющие) образованию полупроницаемых перегородок. К ним относятся, например, ба­рит (в тампонажном силикатном цементе ТСЦ) и мелкий (или молотый) кварцевый песок в количестве 30 — 40 % в составе смеси (в песчанистом ПЦ). При этом увеличивается гидродинамическая про­ницаемость и снижается свойство полупроницаемости. Замедле­нию магнезиальной коррозии способствует введение в жидкость затворения 1—3 % карбоната калия или карбоната натрия. При этом в процессе твердения в порах ЦК образу­ется не гидроксид, а карбонат кальция. Образующиеся щелоч­ные гидроксиды уходят в окружающую среду и образуют гид­роксид магния не в порах цементного камня, а за его преде­лами, не придавая цементному камню свойства полупроницае­мости.

Для повышения сульфатостойкости полезно затворять ПЦ на растворе сульфата натрия или других водорас­творимых сульфатов 1—3 %-ной концентрации. При этом наиболее активная часть алюмоферритной фазы связывается в разновидности алюмоферритных фаз до образования жесткой, непластичной структуры цементного камня, и уменьшается ее количество, вступающее в реакцию с сульфат-ионами среды на поздней ста­дии, когда это может вызвать внутренние напряжения в цемент­ном камне.

Для повышения устойчивости к H₂S можно вводить в состав жидкости затворения сульфаты или хлориды металлов, дающих малорастворимые сульфиды при реакции с H₂S. При этом H₂S, проникающий в поровую жидкость ЦК, связывается в химически инертные и заку­поривающие поровую систему вещества еще до того, как может вступить в реакцию с веществом ЦК. Однако вид и дозировку добавки нужно выбирать очень тщательно, так как для успеха этого своеобразного ингибирования необходимо избежать появления внутренних напряжений от кристаллиза­ционного давления при слишком большом количестве образую­щегося в порах кристаллического осадка, а также образования полупроницаемой перегородки при плотной упаковке аморфного осадка.

Безопаснее, хотя и менее эффективно введение в жидкость затворения веществ, образующих в порах смолоподобные сгу­стки. Этого можно достичь, вводя в ЦР водорастворимые мономеры, полимеризующиеся в порах ЦК. Можно замещать часть воды в порах органической жид­костью — углеводородной в обращенных нефтеэмульсионных ЦР или в растворах с добавками таких про­мышленных отходов, как Т-66. На определенное время органи­ческая жидкость препятствует проникновению H₂S к веществу ЦК.

Снижение проницаемости ЦК заполнением порового пространства жидким или лучше твердым гидрофобным веществом положительно влияет на коррозионную стойкость ЦК ко всем минеральным агрессивным средам. Положительно сказывается также обработка органическими реагентами, адсорбирующимися на поверхности кристаллов новообразований. При этом образуется защитная оболочка, за­трудняющая доступ агрессивного агента к элементам структуры цементного камня. Важно, чтобы реагенты были устойчивы (не разлагались) при статической температуре в интервале приме­нения тампонажного материала. В большинстве случаев полезно снижение водосодержания ЦР.