- •О вчинников в. П. Тампонажные материалы. Конспект лекций
- •Лекция . Тампонажные материалы для крепления скважин
- •1. Понятие о вяжущем, тампонажном материале, растворе
- •2. Тампонажный портландцемент
- •3. Клинкер и его химический, минералогический составы
- •4. Производство портландцемента
- •5. Фазовый состав портландцементного клинкера
- •6. Твердение портландцемента
- •7. Гидратация цементов как химический процесс. Фазовый состав продукции твердения
- •8. Механизм твердения портландцемента
- •9. Регулирование процесса твердения цементного раствора
- •3.7. Схема, объясняющая понятие потенциального энергетического барьера.
- •10. Структура цементного камня
- •11. Физико-химические явления, протекающие при твердении тампонажных растворов
- •12. Водоотдача тампонажных растворов
- •13. Седиментация в тампонажных растворах и ее последствия
- •14. Контракция
- •15. Усадка
- •16. Прочность и проницаемость
- •15. Разновидности тампонажных материалов. Требование к ним.
- •16. Углеводородные цементные растворы (уцр)
- •17. Коррозия тампонажного камня Классификация процессов коррозии цементного камня
- •18. Разрушение цементного камня под действием знакопеременных температур
- •19. Коррозия цементного камня под действием пресных вод (коррозия выщелачивания)
- •20. Сульфатная коррозия цементного камня
- •21. Магнезиальная коррозия цементного камня
- •22. Коррозия тампонажных материалов под действием углекислоты
- •23. Сероводородная коррозия тампонажных материалов
- •23. Термическая коррозия цементного камня
- •Лекция . Факторы, обуславливающие качество цементирования скважин
- •1.Факторы, влияющие на качество цементирования
- •2. Буферные жидкости. Их; назначение. Принципы выбора буферных жидкостей
21. Магнезиальная коррозия цементного камня
Соли магния, в основном сернокислый и хлористый магний, часто присутствуют в пластовых водах. По мнению Данюшевского B. C. они наиболее агрессивны к тампонажному камню.
Основные реакции, протекающие между гидрооксидом кальция, с одной стороны, и сульфатом или хлоридом магния, с другой, могут быть записаны следующим образом:
или
В обоих случаях образующийся в результате реакции гидрооксид магния вследствие весьма малой его растворимости (18,2 мг/л) выпадает осадок. Выпадающий в осадок гидрооксид магния может накапливаться в порах, приводя либо к уменьшению пористости камня, при небольших его количествах, либо к разрушению камня за счет внутренних напряжений. Однако, этот случай наиболее вероятен при рассмотрении коррозии цементного камня под действием , когда значительную роль в процессах коррозии играет ион . При контакте тампонажного камня с хлоридом магния продуктом реакции является, наряду с хлорид кальция, который гидролизуясь дает кислую реакцию. Поэтому коррозионные процессы в цементном камне под действием протекают по кислотному механизму, т.е. носят послойный характер. Все составляющие цементного камня начинают разрушаться при понижении щелочности среды ниже критической с выделением свободной , т.е. идет уничтожен цементного камня с поверхности в глубину. Причем роль сводится к поддержанию максимального градиента между поровой жидкостью и окружающей средой. Данный случай характерен для контакта цементного камня с неограниченным объемом агрессора низкой концентрации. При ограниченном объеме агрессивного компонента процесс может приостановиться.
Сравнительные испытания портландцементов, пуццолланового портландцемента и глиноземистого цемента при действии магнезиальных солей показали, что глиноземистые цементы обладают наибольшей стойкостью. Из портландцементов при небольших концентрациях хлористого магния наибольшей стойкостью обладает пуццолановый цемент, а при значительных концентрациях стойкость портландцемента уже выше, чем у пуццоланового.
Именно этим, видимо, можно объяснить расхождение между данными различных исследователей, показывающих повышенную стойкость различных продуктов твердения в различных магнезиальных средах. По данным Булатова А. И. и Рахимбаева Ш. М., наибольшей стойкостью обладает портландцемент, обладающий наибольшей, по сравнению с другими вяжущими, реакционной емкостью.
Изобарно-изотермический потенциал реакций взаимодействия некоторых продуктов твердения портландцементов, величины которых представлены в таблице показывает, что наибольшей термодинамической устойчивостью по отношению обладают гидрогранаты, гидросульфоалюминаты кальция и тоберморит.
Другими, наиболее подходящими материалами для использования их в условиях магнезиальной агрессии, являются вяжущие композиции магнезиального твердения. Данный вывод основан на том, что обменные реакции между , содержащейся в поровой жидкости таких минералов и невозможны.
Таблица
Изобарно-изотермический потенциал процесса магнезиальной коррозии
Реакция |
Ккал/моль |
|
|
-20,64 |
15,1 |
|
-14,53 |
10,7 |
|
-7,98 |
5,85 |
|
1,98 |
-1,45 |
|
3,08 |
-5,9 |
|
19,36 |
-14,2 |
Кроме того в воду затворения магнезиальных вяжущих веществ необходимо добавлять . Повышение его концентрации благоприятно для материалов на основе во многих отношениях:
- повышается конечная прочность продуктов твердения;
- предотвращается процесс подрастворения стенок породы и вследствие этого образование на стыке крепь-порода неплотностей, вызывающих перетоки.
Использование для крепления системы связано с одной трудностью: продукты гидратации - оксигидрохлориды, являются неводостойкими продуктами, хотя этот недостаток снимается тем, что данная система будет использована в водах значительной минерализации.
Наиболее эффективной с точки зрения работы в условиях повышенных температур является система . В ней возможно образование гидросиликатов магния стойких к магнезиальной агрессии. Термодинамика процесса приведена в таблице.
Таблица
Изобарно-изотермический потенциал гидросиликатов магния
Уравнение реакции гидратации |
Ккал/моль реакции |
1.
|
-16,89
|
2.
|
-17,06
|
3.
|
-35,44
|
4.
|
-25,46
|
5.
|
-25,34
|
6.
|
-16,29
|
Реакции образования гидросиликатов магния являются термодинамически вероятными уже в условиях нормальной температуры при взаимодействии с кремнеземом . При использовании аморфизированного кремнезема, входящего в состав горелых пород и зол в системе при повышенных температурах и давлениях возможно образование гидрогранатов магния, которые будут также устойчивыми в условиях высокой минерализации пластовых вод.
Таким образом, одним из путей решения задачи надежного крепления скважин в соленосных отложениях бишофита и карналлита (Астрахань) является создание вяжущих композиций, продуктами твердения, которых являются гидросиликаты, гидрогранаты и оксихлориды магния, устойчивые в условиях магнезиальной агрессии.
Исходя из низкой рН среды, создаваемой магнезиальными вяжущими, следует предполагать достаточно высокую стойкость указанных материалов в других средах, в частности, сероводородной и углекислотной.