Исследование тампонажного цемента с высокой коррозионной стойкостью для любых агрессивных сред, страница 4

На растворимость и устойчивость гидросульфоалюмината кальция большое влияние оказывают другие компоненты агрессивной среды. Такие соли, как NaCl, Na₂So₄, CaCl₂, значительно повышают растворимость гидросульфоалюмината кальция, затрудняя его кристаллизацию. Он может стабильно существовать лишь при значении рН раствора не менее 10,8. Поэтому в присутствии солей магния гидросульфоалюмината кальция неустойчив (рН равновесного раствора Мg(OH)₂ равен 10,5). Особенно большое значение имеет влияние хлоридов. В настоящее время широко распространено мнение, что в присутствии достаточного количества хлоридов сульфатная коррозия предотвращается или, значительно замедляется. Некоторые авторы считают, что в присутствии солей магния гидросульфоалюминат кальция не образуется и сульфатная коррозия не происходит: по мнению других, - гидросульфоалюминат кальция сначала образуется, вызывая разрушения, затем разлагается. Это, по их мнению, происходит потому, что в глубь цементного камня диффундируют сначала ионы SO₄^2-. Ионы Mg²⁺  проникают значительно медленнее, задерживаюсь в наружных слоях. Пластовые воды многих нефтяных месторождений содержат значительно количество сульфатов, однако согласно существующим представлениям, при действии пластовых вод на цементный камень значительное содержание в них хлоридов будет препятствовать кристаллизации гипса гидросульфоалюмината кальция. Вследствие этого по химическому составу содержащих сульфаты пластовых вод невозможно установить, какую опасность будет в данном случае представлять сульфатная коррозия.

Другим важнейшим агрессивным компонентом, содержащимся в пластовых водах, являются соли магния. Разрушение цементного камня в контакте со средой, содержащей ион Mg²⁺   , обуславливается очень малой растворимостью гидроксида магния и низким значением рН раствора, находящегося с ним в равновесии. Соль магния, содержится в растворе, реагирует с гидроксидом кальция цементного камня, в результате чего ион Mg²⁺   связывает гидроксильный ион в малорастворимый гидроксид магния. Раствор в этом случае имеет значение рН=10,5. Это значение ниже необходимого для стабильного существования гидросиликатов кальция, и они разлагаются с выделением кремнекислоты и гидроксида кальция, который пополняет недостающее количество гидроксильных ионов. Таким образом, этот процесс направлен на достижение равновесного значения рН. Однако в присутствии неограниченного количества ионов Mg²⁺  это равновесие не может быть достигнуто, так как выделяющийся гидроксид кальция снова реагирует с солью магния и процесс идет до полного разложения гидросиликатов. Образующиеся продукты реакции представляют собой несвязанную массу. По некоторым наблюдениям, в дальнейшем возможно образование силикатов магния.

Содержание солей магния считается опасным, если оно превышает 4500-5000 мг/л в расчете на  Mg²⁺  .

Низкое значение рН пластовых вод дает основание предполагать возможность выщелачивающего действия пластовых вод, хотя этот процесс должен замедлятся присутствием в пластовых водах значительного количества кальция. Интенсивное выщелачивание может происходить при действии на цементный камень пластовых вод, содержащих значительное количество сероводорода. При реакции сероводорода с гидроксидом, а также гидросиликатами и гидроалюминатами кальция образующийся легкорастворимый гидросульфит легко удаляется из зоны реакции.

Высокая концентрация в пластовых водах иона Na⁺   делает возможным протекание в значительном объеме катионного обмена между средой и цементным камнем.

Катионный обмен кальция на натрий при действии на цементный камень концентрированных растворов NaCl был обнаружен Стеопе. При этом происходило снижение прочности, причиной которого, по мнению его, является переход гидросиликатов и гидроалюминатов кальция в легко растворимые силикаты и алюминаты натрия.

Исследование механизма процессов разрушения цементного камня минерализованной пластовой водой выявили чрезвычайную сложность и большое многообразие этих процессов.