Improvement of oil-well cement formulations for well casing in magnesium aggressive environment
Authors: Агзамов Ф.А. , Махмутов А.Н. , Каримов И.Н. 
Published: July 2024

Успешный ввод в эксплуатацию и долговечность скважины в первую очередь зависят от качества проведения работ по цементированию затрубного пространства. Многообразие химического состава пластовых вод и высокие температуры, при которых происходит твердение цементного камня, не позволяет однозначно подойти к вопросу выбора состава тампонажной смеси. Наиболее широко распространенные и часто встречающиеся при проводке скважины пластовые воды, содержащие в своем составе ионы магния, хлориды и сульфат-ионы, являются весьма агрессивными по отношению к цементному камню. Магнезиальные соли являются одними из самых опасных и могут привести к разрушению цементного камня на основе портландцемента в течение нескольких месяцев. В данной работе представлены результаты экспериментальных исследований по изучению коррозионной стойкости камней из смеси портландцемента и магнезита каустического кальцинированного строительного (ПЦТ, МКС), где последний является основой для магнезиального цемента, который доказал свою эффективность в магнезиальных солях. Количество магнезита в смеси составляло 5, 10, 15 и 20 процентов с целью выяснения оптимальной концентрации добавки. У растворов были определены реологические параметры, а для имитации магнезиального пласта образцы помещались в 10% раствор MgCl2. В качестве показателя для оценки степени повреждения камня были приняты глубина проникновения ионов магния и предел прочности камня на сжатие. Продолжительность эксперимента составила 14 месяцев, при этом каждые 2 месяца образцы извлекались и с ними проводились испытания. С такой же периодичностью агрессивный раствор обновлялся на новый для исключения влияния изменения концентрации. Рассмотрена кинетика процесса магнезиальной коррозии и выделено несколько зон поражения тампонажного камня. Определено, что смесь МКС и ПЦТ при повышенной устойчивости к магнезиальным солям, имеет меньшую агрессивность по отношению к обсадной колонне, чем магнезиальный цемент.

Successful brining the well into production and its durability primarily depend on the quality of annulus cementing operations. The diversity of the chemical composition of formation waters and the high temperatures at which the cement stone hardens does not allow one to unambiguously choose the composition of the cement slurry. Formation waters, which are the most widespread and frequently encountered during well drilling contain magnesium ions, chlorides and sulphate ions in their composition, and are very aggressive towards cement stone. Magnesia salts are among the most dangerous and can lead to the destruction of cement stone based on Portland cement within a few months. This paper presents the results of experimental studies on the corrosion resistance of stones from a mixture of Portland cement and building caustic magnesite. This magnesite is the basis for magnesia cement, which has proven to be effective in magnesia salts. The amount of magnesite in the mixture was 5, 10, 15 and 20 percent respectively in order to find out the optimal concentration of the additive. Rheological parameters were measured for each variant of the slurry. The samples were placed in a 10% MgCl2 solution in order to simulate a magnesian layer. The depth of penetration of magnesium ions and compressive strength were taken as an indicator for assessing the degree of cement stone damage. The duration of the experiment was 14 months. Every 2 months the samples were removed and tested. The solution was also simultaneously updated with a new one to eliminate the effect of concentration changes. The kinetics of magnesia corrosion was considered and several zones of damage to the stone are identified. As a result of the research, it was determined that a mixture of building caustic magnesite and portland cement has less aggressiveness to the casing than magnesia cement.