Применение полисульфида кальция для повышения коррозионной стойкости крепи скважин
Автор: Агзамов Ф.А., Токунова Э.Ф., Сабирзянов Р.Р.
Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Статья в выпуске: 3 т. 11, 2019 года.
Бесплатный доступ
Цементные растворы, применяемые при креплении скважин, должны обеспечить герметичность крепи и защитить обсадную колонну от агрессивных пластовых флюидов. При этом для цементирования используются растворы на основе цемента и воды, при водоцементном отношении 0,45-0,9, что предопределяет их высокую пористость и низкую коррозионную стойкость. Технологии повышения долговечности бетонов, применяемые в строительной практике, при креплении скважин не приемлемы. Одним из наиболее агрессивных компонентов пластовых флюидов является сероводород, который в зависимости от термодинамических условий может находиться как в растворенном, так и газообразном состоянии. Анализ различных видов коррозии цементного камня показывает, что кинетика многих из них определяется диффузией агрессивных ионов внутрь камня. Для снижения пористости цементного камня предложено применение полисульфида кальция, который может осаждаться в порах камня при твердении цементного раствора, кольматируя поры, уменьшая их размер, замедляя скорости диффузии агрессивных ионов внутрь цементного камня. Кроме того, полисульфид кальция, адсорбируясь в порах на продуктах твердения цемента, будет обеспечивать ингибирование порового пространства. Было опробовано три способа введения полисульфида кальция в цементный раствор: в жидкость затворения (воду), непосредственно в приготовленный цементный раствор и сухой способ, через порошок цемента, подвергаемый впоследствии дезинтеграторной обработке. Результаты экспериментов показали, что полисульфид кальция не оказывает влияния на реологические свойства и прокачиваемость тампонажных растворов, повышая прочность полученного камня и снижая его проницаемость. Стойкость камня в кислой среде оценивалась по его коррозии одномолярной соляной кислоте. Глубина коррозии камня с повышением концентрации ПСС снизилась от 30 до 6 мм за 21 сутки. При испытании цементного камня под действием растворенного сероводорода в течение 45 суток было показано, что увеличение концентрации полисульфида кальция от 0 до 5% снизило глубину коррозии от 5,0 до 0,3 мм, в зависимости от технологии ввода добавки. Микрофотографии образцов цементного камня подтвердили, что полисульфид кальция, распределяясь в поровом пространстве, блокирует их поверхность, ограничивая контакт агрессивных ионов с продуктами твердения.
Цементный камень, сероводород, повышение коррозионной стойкости, полисульфид кальция
Короткий адрес: https://sciup.org/142218168
IDR: 142218168 | УДК: 622.24(07) | DOI: 10.15828/2075-8545-2019-11-3-308-324
The application of calcium polysulfide to increase corrosion resistance of the timbering of wells
The cement slurries used in well casing should ensure the tightness of the lining and protect the casing from aggressive formation fluids. At the same time, cement and water based solutions are used for cementing, with a water-cement ratio of 0.45–0.9, which predetermines their high porosity and low corrosion resistance. The technologies for increasing the durability of concrete used in con-struction practice when fixing wells are not acceptable. One of the most aggressive components of reservoir fluids is hydrogen sulfide, depending on thermodynamic conditions, can be both dissolved and gaseous. The analysis of various types of corrosion of cement stone shows the ki-netics is determined by the diffusion of aggressive ions into the stone. To reduce the porosity of the cement stone, calcium polysulfide has been proposed, which can precipitate in the pores of the stone during hardening of the cement slurries, clogging the pores, reducing their size, slowing down the diffusion rate of aggressive ions into the cement stone. In addition, calcium polysulfide adsorbing in the pores on cement hardening products will ensure the inhibition of pore space. Three methods of calcium polysulfide injection into the cement slurries were tested: into the tempering fluid (water), directly into the prepared cement slurry and dry method, through cement powder, which was subsequently subjected to disintegrator treatment. The results of the experiments showed calcium polysulfide make an impact on the rheological properties and pumpability of cement slurries, increasing the strength of the obtained stone and reducing its permeability. The stability of a stone in an acidic environment was estimated by its corrosion by one molar hydrochloric acid. The depth of stone corrosion with increasing concentration of PSS decreased from 30 to 6 mm in 21 days. When testing the cement stone under the action of dissolved hydrogen sulfide for 45 days, it was shown that the increased concentration of calcium polysulfide from 0 to 5% reduced the corrosion depth from 5.0 to 0.3 mm, depending on the technology of adding the reagent. Micrographs of cement stone samples proved that calcium polysulfide, being distributed in the pore space, blocks the surface of the cement stone, limiting the contact of aggressive ions with hardening products.
Список литературы Применение полисульфида кальция для повышения коррозионной стойкости крепи скважин
- Агзамов Ф.А., Измухамбетов Б.С., Токунова Э.Ф. Химия тампонажных и промывочных растворов. – Санкт-Петербург: ООО «Недра», 2011. – 268 с.
- Шмелев П.С. Бурение глубоких скважин в условиях аномального воздействия коррозионноактивных сред. – Москва: Наука, 1998. – 351 с.
- Москвин В.М., Иванов Ф.М., Алексеев С.Н., Гузеев Е.А. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты. – Москва: Стройиздат, 1980. – 536 с.
- Кинд В.В. Коррозия цементов и бетона в гидротехнических сооружениях. –Москва: Госэнергоиздат, 1955. – 230 с.
- Мамаджанов У.Д. Коррозия тампонажных цементов в углекислотной среде // Труды АН УзССР, отд. техн. наук. – 1976. – С. 69-73.
- Рахимбаев Ш.М., Карпачева Е.Н., Толыпина Н.М. О выборе типа цемента на основе теории кольматации при сложном составе агрессивной среды // Бетон и железобетон. – 2012. – № 5. – С. 25–26.
- Рахимбаев Ш.М., Толыпина Н.М. Обоснование выбора типа вяжущего для агрессивных сред органического происхождения на основе теории гетерогенных физико-химических процессов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2016. – № 9. – С. 159–163.
- Рахимбаев Ш.М., Толыпина Н.М. Повышение коррозионной стойкости бетонов путем рационального выбора вяжущего и заполнителей. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2015. – 321 с.
- Волгушев А.Н., Патуроев В.В., Путляев И.Е., Красильникова О.М. Применение серы для пропитки поровой структуры строительных материалов // Бетон и железобетон. – 1976. – № II. – С. 38–39.
- Игнатьев А.В. Повышение прочности и водонепроницаемости растворов и бетонов пропиткой их жидким стеклом // Жидкое стекло: Материалы координационного совещания по производству и применению жидкого стекла в строительстве. – Киев. – 1963. – С. 283–296.
- Марчукайтис Г.В. Влияние пропитки бетона мономерами на его деформативные свойства // Бетон и железобетон. – 1977. – № 6. – С. 30–31.
- Овчинников В.П. Технология бурения нефтяных и газовых скважин: учебник для студентов вузов. – Тюмень. – 2014. – 418 с.
- Кравцов В.М., Кузнецов Ю.С., Мавлютов М.Р., Агзамов Ф.А. Крепление высокотемпературных скважин в корразионно-активных средах. – Москва: Недра, 1987. – 190 с.
- Агзамов Ф.А., Измухамбетов Б.С. Долговечность тампонажного камня в коррозионно-активных средах. – С-Пб.: Недра, 2005. – 318 с.
- Полак А.Ф. Математическое моделирование процесса коррозии бетона в жидких средах // Бетон и железобетон. –1988.– № 3. – С. 30–34.
- Данюшевский В.С., Тарнавский А.П. Газовая сероводородная коррозия тампонажных цементов // Газовая промышленность. – 1977. – № 6. – С. 46–48.
- Рахимбаев Ш.М., Авершина Н.М. Моделирование процессов химической коррозии строительных материалов // Сборник докладов международной конференции «Новые технологические решения и экономические проблемы в производстве бетонов, других строительных материалов и изделий». – Белгород, 1996. – С. 167–172.
- Кунцевич О.В., Махинин Б.В., Шангина Н.Н. Структура цементного камня с добавками суперпластификатора и микрокремнезема // Цемент. – 1992. – № 6. – С. 30–36.
- Урханова Л.А., Лхасаранов С.А., Розина В.Е., Буянтуев С.Л., Бардаханов С.П. Повышение коррозионной стойкости базальтофиброцементных композиций с нанокремнеземом // Нанотехнологии в строительстве. – 2014. – Том 6, № 4. – С. 15–29. – URL: http://nanobuild.ru/ru_RU/ (дата обращения: 16.01.2019).
- Массалимов И.А., Янахметов М.Р., Чуйкин А.Е. Прочность и долговечность бетона, модифицированного пропиточными составами на основе серы // Нанотехнологии в строительстве. – 2015. – Том 7, № 3. – С. 61–75. – DOI: dx.doi.org/10.15828/2075-8545-2015-7-3-61-75.
- Янахметов М.Р., Чуйкин А.Е., Массалимов И.А. Модифицирование поровой структуры цементных бетонов пропиткой серосодержащими растворами // Нанотехнологии в строительстве. – 2015. – Том 7, № 1. – С. 63–72. – DOI: dx.doi.org/10.15828/2075-8545-2015-7-1-63-72.
- Агзамов Ф.А., Конесев Г.В., Хафизов А.Р. Применение дезинтеграторной технологии для модификации материалов, используемых при строительстве скважин. Часть II // Нанотехнологии в строительстве. – 2017. – Том 9, № 3. – С. 96–108. – DOI: dx.doi.org/10.15828/2075-8545-2017-9-3-96-108.
