СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОРРОЗИИ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ Российский патент 2008 года по МПК G01N17/00 E21B41/02 

Изобретение относится к нефтегазовому комплексу, в частности к способам определения коррозии цементного камня.

Известен способ определения коррозии цементного камня, включающий взаимосвязанные между собой технологические операции подготовки цементного камня, погружение и выдержку цементного камня в коррелирующем растворе и определение степени коррозии (см. Политехнический словарь, М., С.Э., 1989 г.)

Известен также способ определения коррозии цементного камня, включающий взаимосвязанные между собой технологические операции подготовки цементного камня, погружение и выдержку цементного камня в коррелирующем растворе и определение степени коррозии (см. статью Кравцов В.М. и др. К механизму и кинетике коррозии тампонажного камня в условиях сероводородной агрессии, Известия ВУЗов номер 11, 1980 г.).

Недостатками известных способов являются высокая трудоемкость и длительность определения коррозии за счет того, что образцы цементного камня помещались в раствор сероводорода, через 3, 6, 9, 12 месяцев определялась толщина разрушенного слоя, для чего образцы распиливались или сошлифовывались и подвергались микрофотографированию и получали математическую модель процесса разрушения цементного камня как функцию пористости прокорродировавшего камня, коэффициента молекулярной диффузии и концентрации сероводорода, при этом фактически химическая коррозия и ее скорость не исследуются, следствием такого подхода является невозможность анализа механизма процесса, подбора ингибиторов и распространения результатов за пределы диапазона исследований. Известно, что в среде сильных кислот, таких как азотная, хлористоводородная и др., цементный камень растворяется полностью, без осадка в течение нескольких часов, известно также, что сероводород обладает невысокой растворимостью в воде - 0,334 моль/л·МПа, сероводородная коррозия является относительно более медленным процессом, чем кислотная, т.е. процесс коррозии лимитируется концентрацией сульфид-ионов, поэтому сероводородную коррозию лучше исследовать в отсутствие протонов, т.е. в нейтральной или слабощелочной среде - такой средой является водный раствор сульфида натрия. Для того чтобы исключить тормозящее действие молекулярной диффузии сульфид-ионов и продуктов коррозии в порах цементного камня рекомендуется измельчить камень до такого размера, чтобы тормозящее действие молекулярной диффузии стало несущественным, при этом появляется возможность исследования формальной кинетики химической реакции сульфид-ионов с компонентами цементного камня, а также кинетику вторичных реакций коррозионного процесса - образование нерастворимых продуктов и переход некоторых солей в раствор, в условиях традиционного способа это было невозможно.

Цель изобретения - снижение трудоемкости и времени определения коррозии.

Достигается это тем, что подготовку цементного камня осуществляют с исключением тормозящего действия молекулярной диффузии путем измельчения цементного камня, коррелирующий раствор выбирают из нейтральной или слабощелочной среды в виде водного раствора сульфида натрия, погружение цементного камня в корродирующий раствор производят частицами размером 0,1-1,0 мм, выдержку цементного камня в корродирующем растворе выполняют при непрерывном перемешивании с периодическим отбором проб жидкой и твердой фаз для химического анализа на содержание ионов, а определение степени коррозии осуществляют по изменению концентрации сульфид-ионов, их формальной кинетике с компонентами цементного камня, образования нерастворимых продуктов и перехода солей в корродирующий раствор.

При этом целесообразно и полезно, чтобы

- отбор проб для химического анализа осуществляли с определением ионов серы,

- отбор проб для химического анализа осуществляем с определением ионов кальция,

- отбор проб для химического анализа осуществляли с определением ионов натрия,

- отбор проб для химического анализа осуществляли с определением ионов алюминия,

- отбор проб для химического анализа осуществляли с определением ионов кремния.

Способ соответствует всем условиям патентоспособности изобретения, а именно

- признаку наличия действия или совокупности действий, поскольку подготовку цементного камня осуществляют с исключением тормозящего действия молекулярной диффузии путем измельчения цементного камня, корродирующий раствор выбирают из нейтральной или слабощелочной среды в виде водного раствора сульфида натрия,

- признаку условий осуществления действий, поскольку погружение цементного камня в корродирующий раствор производят частицами размером 0,1-1,0 мм, выдержку цементного камня в корродирующем растворе выполняют при непрерывном перемешивании с периодическим отбором проб жидкой и твердой фаз для химического анализа,

- признаку выполнения действий во времени (последовательно, одновременно, в различных сочетаниях и т.п.), поскольку определение степени коррозии осуществляют по изменению концентрации сульфидионов, их формальной кинетике с компонентами цементного камня, образования нерастворимых продуктов и перехода солей в корродирующий раствор.

Способ определения коррозии цементного камня включает взаимосвязанные между собой технологические операции подготовки 1 цементного камня 2, погружение 3 и выдержку 4 цементного камня в корродирующем растворе 5 и определение степени коррозии 6, при этом подготовку 1 цементного камня 2 осуществляют с исключением тормозящего действия 7 молекулярной диффузии 8 путем измельчения 9 цементного камня, корродирующий раствор 5 выбирают из нейтральной 10 или слабощелочной 11 среды в виде водного раствора сульфида натрия 12, погружение 3 цементного камня 2 в корродирующий раствор 5 производят частицами размером 0,1-1,0 мм, выдержку 4 цементного камня 2 в корродирующем растворе 5 выполняют при непрерывном перемешивании 13 с периодическим отбором проб 14 жидкой 15 и твердой 16 фаз для химического анализа на содержание ионов 17, а определение степени коррозии 6 осуществляют по изменению концентрации сульфид-ионов 18, их формальной кинетике с компонентами цементного камня 2, образования нерастворимых продуктов 19 и перехода солей 20 в корродирующий раствор 5, причем отбор проб для химического анализа осуществляют с определением ионов серы, или осуществляют с определением ионов хлора, или с определением ионов кальция, или с определением ионов натрия, с определением ионов алюминия, или с определением ионов серной кислоты, или с определением ионов кремния.

Выполнение способа при различных начальных концентрациях сульфида натрия осуществляют следующим образом.

Пример 1.

В стеклянный реактор периодического действия объемом 3,5 л с мешалкой и контрольным термометром заливали 3 л дистиллированной воды и загружали соответственно 79,1, 52,3, 19,5, и 13,4 г безводного сульфида натрия, после полного растворения сульфида натрия и достижения температуры 60°С загружали 100 г измельченного цементного камня фракции 0,5-1,0 мм, в течение 144 ч реакционную массу непрерывно перемешивали и периодически проводили отбор проб для анализа.

Пример 2.

В стеклянный реактор периодического действия объемом 3,5 л с мешалкой и контрольным термометром заливали 3 л дистиллированной воды и загружали 79,1 г безводного сульфида натрия, после полного растворения сульфида натрия и достижения температуры 60°С загружали 100 г измельченного цементного камня фракции 0,5-1,0 мм, в течение 144 ч реакционную массу непрерывно перемешивали и периодически проводили отбор проб для анализа.

Результаты химических анализов жидкой фазы на содержание сульфид-ионов, ионов натрия, кальция, алюминия, кремния, хлора и сульфат-ионов подтверждают протекание химической реакции.

Пример 3.

В стеклянный реактор периодического действия объемом 3,5 л с мешалкой и контрольным термометром заливали 3 л дистиллированной воды и загружали 52,3 г безводного сульфида натрия, после полного растворения сульфида натрия и достижения температуры 60°С загружали 100 г измельченного цементного камня фракции 0,5-1,0 мм, в течение 144 ч реакционную массу непрерывно перемешивали и периодически проводили отбор проб для анализа.

Результаты химических анализов жидкой фазы на содержание сульфид-ионов, ионов натрия, кальция, алюминия, кремния, хлора и сульфат-ионов подтверждают протекание химической реакции.

Пример 4.

В стеклянный реактор периодического действия объемом 3,5 л с мешалкой и контрольным термометром заливали 3 л дистиллированной воды и загружали 19,5 г безводного сульфида натрия, после полного растворения сульфида натрия и достижения температуры 60°С загружали 100 г измельченного цементного камня фракции 0,5-1,0 мм, в течение 144 ч реакционную массу непрерывно перемешивали и периодически проводили отбор проб для анализа.

Результаты химических анализов жидкой фазы на содержание сульфид-ионов, ионов натрия, кальция, алюминия, кремния, хлора и сульфат-ионов подтверждают протекание химической реакции.

Пример 5.

В стеклянный реактор периодического действия объемом 3,5 л с мешалкой и контрольным термометром заливали 3 л дистиллированной воды и загружали 13,4 г безводного сульфида натрия, после полного растворения сульфида натрия и достижения температуры 60°С загружали 100 г измельченного цементного камня фракции 0,5-1,0 мм, в течение 144 ч реакционную массу непрерывно перемешивали и периодически проводили отбор проб для анализа.

Результаты химических анализов жидкой фазы на содержание сульфид-ионов, ионов натрия, кальция, алюминия, кремния, хлора и сульфат-ионов подтверждают протекание химической реакции.

Способ включает подготовку цементного камня путем его измельчения. Погружение цементного камня в коррозионный раствор производят частицами размером 0,1-1,0 мм. Коррозионный раствор выбирают из нейтральной или слабощелочной среды в виде водного раствора сульфида натрия. Выдержку цементного камня в коррозионном растворе выполняют при непрерывном перемешивании с периодическим отбором проб жидкой фазы для химического анализа на содержание ионов. Определение степени коррозии осуществляют по изменению концентрации сульфид-ионов. Способ характеризуется уменьшением времени определения коррозии. 5 з.п. ф-лы.

1. Способ определения коррозии цементного камня, включающий подготовку цементного камня, погружение и выдержку цементного камня в коррозионном растворе и определение степени коррозии, отличающийся тем, что подготовку цементного камня осуществляют с исключением тормозящего действия молекулярной диффузии путем измельчения цементного камня, коррозионный раствор выбирают из нейтральной или слабощелочной среды в виде водного раствора сульфида натрия, погружение цементного камня в коррозионный раствор производят частицами размером 0,1-1,0 мм, выдержку цементного камня в коррозионном растворе выполняют при непрерывном перемешивании с периодическим отбором проб жидкой фазы для химического анализа на содержание ионов, а определение степени коррозии осуществляют по изменению концентрации сульфид-ионов.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отбор проб для химического анализа осуществляют с определением ионов серы.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отбор проб для химического анализа осуществляют с определением ионов кальция.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отбор проб для химического анализа осуществляют с определением ионов натрия.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что отбор проб для химического анализа осуществляют с определением ионов алюминия.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что отбор проб для химического анализа осуществляют с определением ионов кремния.