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.