DE2611772C2 - Stützmittel und dessen Verwendung bei einem Verfahren zum Abstützen der Aufbrechspalten einer Gesteinsformation - Google Patents

Description

— etwa 0,82 beträgt.

SiO_{2 M} Q

9. Stützmittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis —=— S 0,77, das

Gewichtsverhältnis -^- S 1,21 und das Gewichtsverhältnis S 1 sind.
SiO₂ SiO₂

Z-O

10. Stütrmittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis-^ zwischen 1,5

SiO₂

und 2,33 liegt.

11. Stützmittel nach Anspruch 5, dadurchgekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnsis-^-- etwa gleich 2

ist.

12. Verfahren zum Stützen von in der Wandung eines Bohrloches erzeugten Spalten, bei dem in das Bohrloch eine ein Stützmittel enthaltende Trägerflüssigkeit eingepreßt und in die Spalten eingedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Stützmittel eines nach den Ansprüchen 1 bis 9 verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt des Stützmittel s an Zirkon auf die Härte der geologischen Formationen eingestellt wird, wobei dieser Gehalt um so höher gelegt wird, je größer die Härte dieser geologischen Formationen ist.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurchgekennzeichnet, daß wenigstens zwei Stützmittel unterschiedlicher Korngröße nacheinander in die Spalten eingepreßt werden.

„ 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützmittel mit der größeren Körnung

jeweils als letztes in die Spalten eingedrückt wird.

Die Erfindung betrifft zum einen ein korn- und granulatförmiges Stützmittel zum Einbringen in in der Wandung eines Bohrloches durch Aufbrechen erzeugte Spalten, das einen Gehalt an ZrO₂ und SiO₂ umfaßt.
Solche Sondierungsbohrlöcher sollen in ihrer Wirksamkeit bis in große Tiefen, die 4000 Meter überschreiten können, möglichst nicht beeinträchtigt werden, auch wenn verschiedene geologische Formationen durchsetzt werden. Bekanntlich erfolgt die Stimulierung durch Rißbildung der geologischen, eine Bohrung umgebenden Schichten dadurch, daß man die Wandung des Bohrlochs frakturiert, beispielsweise indem man ein hydraulisches Fluid unter Druck in Höhe der zu stimulierenden Formation einpreßt und dann mittels Pumpen in die Rißausbildungen ein Fluid einpreßt, welches Feststoffkörner, sogenannte »Stützmedien«, enthält.

Die Rolle dieser Stützmedien ist wichtig, da sie dazu dienen, jede so gebildete Rißausbildung offemuhalten. Nach Aufhören des Einpressens des unter Druck stehenden Fluids, welches die Rißbildung erzeugt hat, filtert, wenn man beispielsweise das Verfahren der hydraulischen Rißbildung anwendet, das in der Fraktur enthaltene Fluid in deren Wandungen, und die geostatischen Kräfte wirken auf das Stützmittel.

Wenn insbesondere σ die »gesamte« durch die Gesteine ausgeübte Beanspruchung ist, wenn/? der Druck des Mediums in der Fraktur und in den Gesteinen ist, dann wird das Stützmittel der sogenannten »effektiven« Bean- 'f 65 spruchung (σ - ρ) ausgesetzt. In tiefen Bohrlöchern, insbesondere, wenn die geologische Schicht viel produziert | hat, d. h., wenn der Druck ρ gering ist, erreicht die effektive Beanspruchung Werte von wenigstens 400 bar und

jf . kann in gewissen Fällen sogar 700 bar überschreiten.

Die Stützmittel, die zur Zeit am häufigsten verwendet werden, sind, geordnet nach zunehmender Wichtigkeit:

gebrochene Nußschalen, »hochfeste« Glaskugeln, Sandsorten vorgegebener Granulometrie. Die mechanische Festigkeit der Nußschalen ist für die obengenannten Beanspruchungen völlig unzureichend. Darüber hinaus entwickeln sich die mechanischen Eigenschaften dieser Materialien ungünstig als Funktion der Zeit, und zwar aufgrund ihrer Veränderbarkeit unter den Bedingungen von Temperatur und Salzgehalt des Bodens.

Das Verhalten des Sandes und der Glaskugeln kann mit Hilfe von Untersuchungen beurteilt werden, welche von Spezial-Laboratorien vorgenommen werden. Bei solchen Versuchen, von denen Fig. 1 ein Prinzipschema gibt, ist die Fraktur bzw. die Rißausbildung simuliert durch zwei plane Flächen 1 und 2, welche parallel unter einer Entfernung A₀ gleich der Anfangsdicke des Risses angeordnet sind, bevor noch die effektive Kraft oder Beanspruchung (σ - ρ) zur Wirkung kommt. In diese Fraktur oder Rißausbildung bringt man das Stützmittel 3 ein. Durch geeignete Einrichtungen üben die beiden planen Flächen auf dieses Stützmedium eine nach Belie- ίο ben variable Beanspruchung σ - ρ aus. Für Werte von σ - ρ, die für den Untersuchenden interessant sind, läßt man im Riß ein Medium 4 bekannter Viskosität zirkulieren. Man mißt so die Permeabilität k der Fraktur sowie deren Leitvermögen kh, wobei h die Dicke der Rißausbildung bedeutet. Trägt man das Leitvermögen Kh als Funktion der effektiven Beanspruchung (σ - ρ) auf, so erhält man Diagramme, wie sie in Fig. 2 (weiter unten genauer erläutert) aufgetragen sind.

Aufgrund der Dicke der von einer hydraulischen Rißbildung beaufschlagten Schicht und der üblichen Permeabilität einer solchen Schicht sollte, damit die Stimulierung dieser Schicht Erfolg hat, das Verhältnis

Leitvermögen der Rißbildung

Leitvermögen der Formation

wenigstens gleich fi sein. Das Leitvermögen ist bekanntlich gleich dem Produkt kh der Dicke Λ- - in Metern) des Risses und seiner Permeabilität k:

* - - _μ Vi^₇

, * · "¹TT-

wobei ·χ die Viskosität des in der Rißbildung strömenden Fluids, V seine Strömungsgeschwindigkeit und — der Druckgradient in Strömungsrichtung ist Die übliche Einheit der Permeabilität ist das Darcy.

Ein Leitvermögen von 0,5 Darcymeter wird wirksam erhalten und sogar erheblich überschritten, wenn man als Stützmittel Stahlkugeln verwendet. Das Einpressen von Stahlkugeln zeitigt jedoch verschiedene erhebliche Nachteile. Zunächst muß man wegen ihrergroßen Dichte bei den Betriebsparametern dem Auftrieb des Rißbildungsmediums größte Beachtung schenken. Praktisch muß man ein Medium mit sehr hoher Viskosität wählen. Im übrigen werden nach der üblichen Technik das Rißbildungsmedium sowie die Kugeln mit Hilfe von Pumpen mit Ventilen eingeführt. Im Falle von sehr widerstandsfähigen Materialien wie Stahl wäre der Verschleiß der

Ventile übermäßig und die Betriebskosten somit unzulässig hoch. Dieser Verschleiß ist allerdings weniger groß im Falle von Glaskugeln oder Sand, die beide weniger fest sind. Nach einer weiteren Entwicklung werden die Stahlkugeln in das Rißbildungsfluid hinter den Pumpen eingeführt. Diese Technologie bringt aber eine erheb-

liehe Verkomplizierung der Vorrichtung m't sich und wird daher wenig angewendet. Alle diese Gründe trsaen dazu bei, daß das Einführen von Stahlkugeln sehr selten durchgeführt wird und daß das Verfahren, was bei weitem zur Zeit am meisten angewendet wird, das Einpressen von Sand, vorzugsweise unter Einpressen von Glaskugeln, ist.

Im betrachteten Fall sehr tiefer Bohrlöcher, wo die Stütz-medien Drücken von mehr als 400 bar ausgesetzt sind und welche 700 bar erreichen oder sogar überschreiten können, sind Sand und Glaskugeln nicht zweckmäßig, da sie zu Pulver zerkleinert werden und ein günstiges Leitvermögen der Fraktur nicht sicherstellen können. Selbst wenn der Sand zunächst mit großer Körnung (10 bis 15 mm) vorgesehen wird, führt dies, sobald die Beanspruchung 500 bar überschreitet, zu mittelmäßigem Leitvermögen der Risse.

Die Glaskugeln sind wegen des Fehlens der Verformbarkeit brüchig. Diese Kugeln haben unter anderem Punktberührung, und auf den betrachteten sehr großen Tiefen werden sie starken Kräften an diesen Kontaktstel-

\ len ausgesetzt, was zu deren Pulverisierung führt und so das Leitvermögen der Risse stark herabsetzt.

* Im übrigen ist in der US-PS 33 73 815 die Verwendung gewisser natürlicher Kristalle, beispielsweise von Granat, Korund, Zirkoniumoxid als Stützmittel für die erzeugten Spalten beschrieben Diese zeitigen Werte der Permeabilität und der Leitfähigkeit, die größer sind als die, die man bei Sand oder Glaskugeln registriert. Das gleiche gilt für andere in der Vergangenheit als Stützmittel vrwsndete Materialien.

Natürliche Zirkonerde enthält insbesondere etwa 66 Gew.-% Zirkoniumoxid (ZrO₂) sowie 34% Siliziumdioxid (SiO₂). Wenigstens gewisse dieser natürlichen Kristalle jedoch zeigen Mikroi.^se. Für Druckbereiche oberhalb von 400 bar, die in großen Tiefen anzutreffen sind, und in den Spalten werden diese natürlichen Kristalle zu Staub reduziert; der Anteil feiner Partikel würde erheblich ansteigen und io Permeabilität und Leitvermögen vermindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stützmittel vorzuschlagen, welches eine sehr günstige Leitfähigkeit der Frakturen oder Spalten, selbst auf großer Tiefe, in dem Ausmaß erlaubt, daß das Stützmittel eine bessere mechanische Beständigkeit gegen Zerquetschen zeitigt.

Gleichzeitig soll ein Stützmittel ausreichender Festigkeit bei einer auf den Einsatz angepaßten Graaulometrie angegeben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Stützmittel ein synthetisches Produkt ist, das bis zu 85 Gew.'% ZrO₂ auf der Basis der im Stützmittel vorhandenen Oxide und das Siliziumdioxid in einem Anteil enthält, daß dn Gewichtsverhältnis ^? > ^5 j_sl.

S1O2

Das Siliziumoxid bildet ein amorphes mineralisches Bindemittel. Die Produkte nach dem Schmelzen liegen in Form von Kugeln vor.

Das Stützmittel kann gegebenenfalls auch Al₂O₃ in einem Anteil derart aufweisen, daß das Gewichtsverhältnis £5 1,5 wird und kann gegebenenfalls Natriumoxid (Na->0) in einem Anteil einschließen, derart, daß das S1O2

Gewichtsverhältnis —— S 0,04 wird.

SiO₂

Das Stützmittel nach der Erfindung läßt leicht so handhaben. Die Maßnahme nach der Erfindung läßt sich mit bekannten Vorrichtungen in die Tat umsetzen.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Stützen von in der Wandung eines Bohrlochs erzeugten Spalten, bei dem in das Bohrloch eine ein Stützmittel enthaltende Trägerflüssigkeit eingepreßt und in die Spalten eingedrückt wird. Hierbei verwendet man ein Stützmittel der vorgenannten Art.

Ein Stützmedium, welches mechanische Eigenschaften aufweist, die außergewöhnlich gut zur Lösung der gestellten Aufgabe geeignet sind, erhält man, wenn die Ausgangscharge im übrigen wenigstens eines der zusätz-MeO

liehen Oxyde MgO und CaO in Anteilen enthält, derart, daß das Gewichtsverhältnis ■— zwischen O und 1 und

SiO₂

CaO
das Gewichtsverhältnis —— zwischen O und 1,45 liegt. Im allgemeinen beträgt das Gehalt an ZrO₃ wenigstens

etwa 25%. Überraschend wurde auch gefunden, daß das Vorhandensein wenigstens eines der zusätzlichen Oxyde/MgO und CaO in beachtlicher Weise die Eigenschaften der Kugeln auf der Basis von Zirkoniumoxyd, Siliciumoxyd und gegebenenfalls Aluminiumoxyd verglichen mit Kugeln verbessert, welche solche zusätzlichen Oxyde nicht enthalten.

Die Herstellung der Kugeln nach der Erfindung bietet keine besonderen Schwierigkeiten. Man kann die aus den angegebenen Oxyden oder deren Vorläuferverbindungen gebildete Ausgangscharge in einem Elektroofen oder einer anderen auf dem Fachgebiet bekannten Schmelzeinrichtung schmelzen. Um das schmelzilüssige Material in Kugelgestalt zu bringen, kann man durch Blasen (beispielsweise von Luft oder Wasserdampf) einen Strahl schmelzflüssigen Materials in eine Vielzahl von Partikeln dispergieren, welche aufgrund der Viskosität und der Oberflächenspannung Kugelgestalt annehmen. Verfahr .'-a solcher Art werden üblicherweise zur Herstellung von handelsüblichen Glaskugeln verwendet (siehe beispielsweise US-Patentschrift 34 99 745). Kugeln mit einem Du hmesser von etlichen Zehntelmillimeter bis etwa 4 Millimeter können so erzeugt werden.

Nach der Abkühlung bestehen die kugelförmigen Partikeln oder Kugeln nach der Erfindung aus abgerundeten nicht in Zirkon eingebauten Kristallen und sind von einem glasigen Material umhüllt, welches durch SiIiciumdioxyd und die Oxyde MgO, CaO, Al₂O₃ und Na₂O nach der Erfindung gebildet ist.

Die Kugeln nach der Erfindung sind im wesentlichen vollwandig (frei von zentralen Hohlräumen und Mikrorissen) und sind sehr beständig gegen Verschleiß und Zusammendrückung wegen der Härte der sie bildenden Phasen (Zirkonium und durch die Zusätze verbessertem Siliciumglas); zurückzuführen ist dies auch auf die ausgezeichnete durch das Glas herbeigeführte Knhäsion, wobei letzteres die Zirkoniumnxyrikristalle völlig »benetzen«.

Das betrachtete Produkt kann darüber hinaus ohne Schwierigkeit im granulometrischen Bereich von 10 bis 40 mesh (ASTM-Norm), d. h. von 2 bis 0,42 mm, verwendet werden, welcher interessant für das Stützen der Rißausbildungen ist, wobei die Zahlen im übrigen nicht als Grenzwerte anzusehen sind.

Es kann vorteilhaft sein, den Gehalt an kristallisiertem Zirkoniumoxyd an die Härte der geologischen Formationen anzupassen, die abgestützt werden sollen, wobei dieser Gehalt umso höher liegt, je größer die Härte dieser Formationen ist.

Das Material nach der Erfindung weist gegenüber den Glaskugeln die unerwartete Eigenschaft auf, unter den stärksten auf großen Tiefen herrschenden Beanspruchungen in dickere Elemente zu brechen, welche eine gute Permeabilität der Rißausbildung aufrechterhalten, während die Glaskugeln in Pulver unter den gleichen Bedingungen wie oben zerkleinert werden.

Aufgrund der besonderen oben angegebenen Zusammensetzung wird es möglich, ein Stützmedium zu erhalten. dessen Druckfestigkeit optimal ist und welches somit völlig darauf eingestellt ist, die stärksten Beanspruchungen zu e· .ragen, die zum Stützen der Risse auf großer Tiefe auftreten.
Die optimale Festigkeit gegen Zusammendrückung wird durch die folgenden Versuche verdeutlicht:

Druckfestigkeitstests

Für jede Kugelzusammensetzung werden 20 Kugeln hinsichtlich ihrer Kugelgestalt ausgewählt und eine nach der anderen einem Drucktest zwischen 2 Kolben einer Presse ausgesetzt. Damit der Vergleich möglich wird, wird der Versuch immer an Kugeln gleichen Durchmessers, nämlich mit 2 mm Durchmesser, vorgenommen. Die Druckfestigkeit E ist dann das Mittel aus den erhaltenen Weiten.

Bei den im folgenden aufgeführten Versuchen handelt es sich bei den Prozentangaben immer um Gewichtsprozent.

1. Kugeln aus SiO₂ und ZrO₂ allein
Widerstand gegen Zusammendrückung

Die folgende Tabelle gibt die Werte für die Druckfestigkeit E für verschiedene SiO₂-Gehalte, wobei I0%<SiO₂<50%

SiO₂, % E

10 40 kg/Kugel von 2 mm Durchmesser _s

15 60 kg/Kugel von 2 mm Durchmesser

20 65 kg/Kugel von 2 mm Durchmesser

30 80 kg/Kugel von 2 mm Durchmesser

40 90 kg/Kugel von 2 mm Durchmesser

50 60 kg/Kugel von 2 mm Durchmesser I₀

Für SiO₂ > 15% zeitigt die Druckfestigkeit also günstige Werte.

Die besten Druckfestigkeiten werden erhalten im Intervall 30% < SiO₂ ^ 40%.

Die Zusammensetzungen, für die

30% < SiO₂ < 40%
60% < ZrO₂ < 70%

(wobei -^- zwischen 1,5 bis 2,33 beträgt)

sind am interessantesten wegen ihrer einfachen Herstellung, ihrer Kompaktheit und dem Fehlen von Mikrorissen, sowie der Druckfestigkeit.

Interessant ist die Tatsache, daß sämtliche dieser Zusammensetzungen aus dem Sand natürlichen Zirkons (SiO₂ · ZrO₂) mit einem Gehalt von etwa ZrO₂ = 66%, SiO₂ = 33% (+ Verunreinigungen) erhalten werden können. Die Verwendung des Zirkonsandes als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Kugeln als Stützmedium 25 nach der Erfindung ist vom wirtschaftlichen Standpunkt aus äußerst interessant.

2. Der Einfluß der fakultativen Oxyde und der zusätzlichen Oxyde in der Zusammensetzung des als Stützmedium nach der Erfindung verwendeten Materials

Per Einfluß der fakultativen Oxyde und der zusätzlichen Oxyde wurde an einer Basiszusammensetzung untersucht, die aus etwa 33% SiO₂ und etwa 66% ZrO₂ (—r—^ = 2 J, das heißt natürlichem Zirkonsand aus dem Grund bestand, daß letzterer das Ausgangsmaterial ist, welches zum wirtschaftlichen Zirkonoxyd führt.

Die Anteile der fakultativen Oxyde und der zusätzlichen Oxyde sind in Form des Gewichtsverhältnisses gege- 35 ben:

fakultatives Oxyd oder zusätzliches Oxyd

SiO₂

Die Anteile an fakultativen Oxyden oder zusätzlichen Oxyden

(in Form des Gewichtsverhältnisses fakultatives oder zusätzliches Oxyd)

wie sie im Falle des Zirkonsandes angegeben sind, sind im allgemeinen für die anderen Zusammensetzungen gültig, da diese Oxyde nur die Art der glasigen Masse modifizieren.

a) Einfluß der Alkalioxyde |

Der Alkalizusatz verbessert nicht die Eigenschaften der Kugeln. Die Druck- und Stoßfestigkeiten nehmen ab

und werden für ein Gewichtsverhältnis -^- > 0,2 unannehmbar.

SiO₂

b) Einfluß des Al₂O₃ 55

Betrachtet wird der Bereich 0 < ^³- < 2,7.

Das äußere Aussehen der Kugeln ist für sämtliche dieser Zusammensetzungen äußerst günstig. Auf der polierten Fläche zeigt sich keine klare Neigung zu Restlunkern oder zu Rissen bzw. Schlitzen. 60

Die Röntgenstrahlanalyse zeigt, daß die einzige kristallisierte Phase das monokline Zirkon ist. Für > 1,5

SiO₂

erscheinen jedoch die Mullitlinien.

Druckfestigkeit 65

Sie steigt schnell und erreicht 100 kg fur einen geringen Zusatz an Aluminiumoxyd entsprechend dem Verhältnis = 0,1 und bleibt dann in etwa konstant bis zu = 0,6. Sie nimmt dann langsam ab und bleibt

hierbei immer über 80 kg bis zu ^^¹ = 1.

SiO₂

Über diesem Wert nimmt sie ab und fällt auf unter 60 kg für ^^ = 1,5.

S1O2

; B ⁵ Die besten Eigenschaften erhält man für 0, K ^^ < 1.

SiO₂

c) Der Einfluß von MgO

Im gesamten Bereich O <—- < 1,86 erhält man regelmäßige Kugeln mit schönem äußeren Aussehen.
m SiO₂

MgO

Für —2— < 1 zeigen die Untersuchungen an polierten Flächen, daß die Kugeln voll ohne Schlitz und von sehr SiO₂

feiner Textur sind.

is Durch Röntgenstrahlanalyse ermittelt man das monokline Zirkoniumoxyd als Hauptphase mit etwas kubischem Zirkoniumoxyd.

Das Magnesiumsilicat ist amorph. Für—^-> 1 erscheint ein zentraler Lunkerhohlraum; seine Größe wächst

SiO₂

MeO

mit aem vernaitnis -^-.

Es scheint, daß man diesen Fehler in Zusammenhang mit der Bildung von Forsterit (2 MgO · SiO₂), der bei hoher Temperatur ausfällt, bringen kann. Diese Verbindung konnte durch radiokristallographische Analyse nachgewiesen werden; ihre Konzentration scheint mit der Größe der Lunker verknüpft zu sein.

. 25 Druckfestigkeit

Die Festigkeit gegen Zusammendrückung steigt mit dem Gewichtsverhältnis -^-. Sie durchläuft ein Maxi-

SiO₂

mum für —~ = 0,4 und nimmt dann ab.

SlO₂

Für-r^- <0,77,£ >80 kg/Kugel von 2 mm Durchmesser (d. h., größer als die Druckfestigkeit der Kugeln aus

Zirkon ohne Zusatz).

MgO
^Fur "O⁷FT ^{> 1 wird diese} Größe unzulässig (£<60 kg/Kugel von 2 mm Durchmesser).

Zusammengefaßt kann man sagen, daß ein Zusatz von MgO zu den SiO₂ - ZrO₂-Gemischen die Eigenschaften Aar tr>ino!n K\r MgO < 1 „»A»«»rt

MeO

Die günstigsten Eigenschaften werden erhalten für —5— benachbart 0,4:
SiO₂

E = 145 kg/Kug¹·!. von 2 mm Durchmesser.

d) Einfluß von CaO

CaO
Im gesamten Bereich 0<-—-< 1,90 erhält man regelmäßige Kugeln von schönem Aussehen.

SiO₂
Untersuchungen an polierten Abschnitten zeigen, daß die Kugeln voll sind, keine Schlitze aufweisen und eine feine Zirkonkristallisation bis zu —|- = 1,5 zeitigen.

S1O2

Oberhalb dieses Wertes beginnen Lunkerhohlräume sich einzustellen, die sich erweitern, wenn dieses Verhältnis zunimmt.

Die Röntgenstrahlanalysen zeigen, daß das Auftreten dieses Fehlers dem Vorhandensein von CaO · ZrO₂ und kristallisierten Silikaten entspricht

Diese Beobachtungen werden bestätigt durch die Untersuchung d^r Eigenschaften der erhaltenen Kugeln.

Widerstand gegen Zusammendrückung bzw. Druckfestigkeit

Sie nimmt zu mit dem Verhältnis -^- und durchläuft ein Maximum (120 kg/Kugel) für -5— = 0,82.

SiO₂ SiO₂

Sie nimmt dann ab und wird unbrauchbar (< 60 kg) für —— = 1,45.

SiO₂

Für '' < 1,21, wird E > 80 kg (Festigkeit der Zirkonkugeln ohne Zusatz).
Die besten Eigenschaften erhält man fcr ein Gewichtsverhältnis -^ 0,82:

E = 120 kg/Kugel von 2 mm Durchmesser.

Der Zusatz für Oxyde Al₂O₃, MgO, CaO zum Zirkonsand (33% ZrO₂ - 66% Zirkon) führt zu einer Erhöhung des Anteils des glasigen Bindemittelgefüges, welches die am wenigst harte Phase der Kugeln bleibt. Trotz dessen wird der Widerstand gegen Zusammendrücknng ganz erheblich verbessert. Dies resultiert aus der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der so gebildeten glasigen Gefüge.

So haben auch Zusammensetzungen mit höherem Zirkongehalt, die durch die besten glasigen Gefüge, die nach der vorhergehenden Untersuchung gefunden wurden, verbunden oder verknüpft sind, stark verbesserte Eigenschaften. Im folgenden werden einige Beispiele von Zusammensetzungen mit hohem Zirkongehalt gegeben, welche durch zusätzliche Oxyde modifiziert sind, bei denen es sich um Kugeln handelt, die als Stützmedien nach der Erfindung Verwendung finden. Gegeben ist auch ihre Druckfestigkeit.

Zusammensetzung A

ZrO₂ = 79 Gewichtsprozent

SiO₂ = 15 Gewichtsprozent E = 150

MgO = 6 Gewichtsprozent

[ZrO₂ = 76 Gewichtsprozent

Zusammensetzung B < SiO₂ = 12 Gewichtsprozent E = 130

I CaO = 12 Gewichtsprozent

[ZrO₂ = 74 Gewichtsprozent

Zusammensetzung C j SiO₂ = 7 Gewichtsprozent E = 150

[Al₂O₃ = 10 Gewichtsprozent

Die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, welche durch die Hinzufügung eines der Oxyde Al₂O₃, MgO und CaO sichergestellt ist, bleibt, wenn man zur glasigen Phase mehrere dieser Oxyde gleichzeitig zusetzt, wobei ein Teil des CaO oder MgO der verschiedenen oben betrachteten Zusammensetzungen durch MgO bzw. CaO ersetzt werden kann.

Vergleichsversuche mit sogenanntem Texas-Sand und die nach der Erfindung verwendeten Kugeln gleicher Granulonietrie (10-20 mesh ASTM-Norm, d. h., 2 bis 0,84 mm) wurden unter den in Fig. 1 dargestellten Bedingungen durchgeführt.

In Fig. 2 sind die Ergebnisse aufgetragen, die mit Kugeln nach der Erfindung erhalten wurden, indem man von einer Anfangsbruchdicke Zi₀ = 6 mm (Kurve 1) bzw. einer Anfangsbruchdicke Ji₀ = 10 mm (Kurve 2) ausging.

Aus eben der Fig. kann man die Ergebnisse erkennen, welche mit Texas-Sand von dergleichen Granulometrie für eine Anfangsbruchdicke von h₀ - 10 mm (Kurve 3) erhalten wurden.

Die Überlegenheit des Stützmediums nach der Erfindung ist offensichtlich. Bei einer Beanspruchung von 700 bar beispielsweise ist deren Leitvermögen k ■ h entsprechend der Anfangsdicke A₀ gleich 2,3 oder 4 Darcymeter, während sie für Sand nur 0,1 Darcymeter ausmacht. Im übrigen ist das Leitvermögen der erfindungsgemäß verwendeten Kugeln höchstens durch einen Faktor in der Größenordnung von 2 zu dividieren, wenn die tatsächliche Beanspruchung von 50 auf 700 bar geht, während unter den gleichen Bedingungen sie durch einen Faktor, der über 10 liegt, im Falle von Texas-Sand zu dividieren wäre.

Das Einpressen der erfindungsgemäß verwendeten Kugeln kann mit den gleichen Fluiden vorgenommen werden, die dazu dienen, den Sand einzupressen. Die Dichte der Kugeln beträgt nämlich nur 3,9 gegenüber." ,S für Kugeln aus Stahl.

Die nach der Erfindung verwendeten Kugeln weisen im Massiv von etlichen Millimetern Dicke Stützeigenschaften auf, die denen von Stahl nahekommen und können wegen ihrer Dichte, die etwa 2x geringerals die des Stahls ist, mit 2 X höheren Volumenkonzentrationen eingepreßt werden, was sehr günstig für die Abstützung der größten möglichen Oberfläche der Rißausbildung ist. Die Qualität des Materials ermöglicht es dagegen, es bei Volumenkonzentrationen zu verwenden, die höchstens gleich denen von Sand sind, der die geringste Dichte aufweist.

Im übrigen weist das Stützmittel nach der Erfindung gegenüber Stahlkugeln den Vorteil auf, daß die Ventile der Einspritzpumpen nicht beschädigt werden und können somit unter Verwendung der üblichen Vorrichtungen im Unterschied, zu Stahlkugeln eingepreßt werden.

Diese Gesamtheit von Eigenschaften macht aus dem Stützmedium nach der Erfindung ein Material, das genau eingestellt ist auf das Abstützen der Frakturen oder Rißausbildungen, welche durch hydraulische Rißbildung auf großer Tiefe erzeugt wurden.

Selbstverständlich ist es möglich, im Rahmen der Erfindung zusätzlich zum genannten Stützmedium andere Stützmedien an sich bekannter Art zu verwenden, wie sie beispielsweise vorne aufgeführt wurden, wobei das Einführen der verschiedenen Stützmedien in die Bohrlöcher entweder gleichzeitig oder nacheinander vorgenommen wird.

Es ist natürlich ebenfalls in gewissen Fällen vorteilhaft, nacheinander Stützmittel nach der Erfindung in wenigstens zwei unterschiedlichen Granulometrien einzupressen, wobei die größere Granulometrie beispielsweise als letzte eingepreßt wird, um die Lippen der Rißausbildungen offenzuhalten.

65

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Korn- und granulatformiges Stützmittel zum Einbringen in in der Wandungeines Bohrloches durch Aufbrechen erzeugte Spalten, das einen Gehalt an ZrO₂ und SiO₂ umfaßt, dadurchgekennzeichnet, daß das Stützmittel ein synthetisches Produkt ist, das bis zu 85 Gew.-% ZrO₂ auf der Basis der im Stützmittel vorhandenen Oxide und das Siliciumdioxid in einem Anteil enthält, daß das Gewichtsverhältnis -j—^ S 1,5 ist.

SiO₂

2. Stützmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich Al₂O₃ enthält, wobei das

Gewichtsverhältnis 4^² S 1,5 ist
SiO₂

3. Stützmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich Na₂O enthält, wobei das

Gewichtsverhältnis -—^- S 0,04 ist
SiO₂

4. Stützmittel nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß es kugelförmig ausgebildet ist. 5. Stützmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es MgO und/ oder CaO enthält, wobei das Gewichtsverhältnis -^- S 1 und das Gewichtsverhältnis —— S 1,45 sind.

SiO₂ SiO₂

6. Stützmittel nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis AJl⁰J zv: sehen 0,1 und 1 liegt.

SiO₂

7. Stützmittel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis ^^ etwa 0,4

SiO₂

beträgt.

8. Stützmittel nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis