-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Zusatzstoff für
das Verbessern der Eigenschaften von Zementschlammen für das Auszementieren
eines Bohrloches.
-
Hydraulische Zementschlamme, welche
für das
Auszementieren von Untergrundformationen oder Zonen in Öl- und Gasbohrlöchern angewendet
werden, müssen über bestimmte
Eigenschaften verfügen.
Die Schlamme müssen
zum Beispiel über
Eigenschaften wie die Fähigkeit
verfügen,
gemischt und gepumpt werden zu können,
ohne vorzeitig zu gellieren, und müssen über ausreichend lange Pumpzeiten
verfügen,
um in Untergrundformationen oder Zonen platziert werden zu können, sowohl
wie über
eine ausreichend hohe Druckfestigkeit nach dem Aushärten und über eine
gute Flüssigkeitsverlustkontrolle.
-
Das American Petroleum Institute
(API) hat Normen für
verschiedene Klassen von Ölbohrlochzementierschlamme
erstellt um sicherzustellen, dass die mit denselben geformten Zementschlamme über die
erforderlichen Eigenschaften verfügen. Diese API-Zemente sind
Portland-Zemente, und aufgrund der ihnen auferlegten strengen Anforderungen
sind dieselben schwerer und kostenspieliger zu produzieren als viele
Konstruktionsgradzemente, welche für die Konstruktion von Brücken, Straßen, Gebäuden und ähnlichem
auf der Erdoberfläche
verwendet werden.
-
Konstruktionszemente des Oberflächengrades
sind normalerweise von einer Reihe von Herstellern auf der ganzen
Welt erhältlich,
und sind im Vergleich mit API Portland-Zementen und anderen vergleichbaren Zementen,
welche für
das Auszementieren von Öl-
und Gasbohrlöchern
angewendet werden, besonders preiswert. Konstruktionsgradzemente
beinhalten normalerweise große
Mengen von Metallsulfaten, während Zemente
für das
Auszementieren von Ölbohrlöchern relativ
geringe Metallsulfatmengen beinhalten müssen.
-
Obwohl Zementschlamme, welche mit
Hilfe von preiswerten Oberflächenzementen
des Konstruktionsgrades geformt werden, für einen Großteil von Oberflächenanwendungen
geeignet sind, verfügen
sie nicht über
die Eigenschaften, welche für
das Auszementieren von Untergrundöl- und Gasbohrlöchern erforderlich sind,
wie zum Beispiel gleichbleibende Viskositäten, geeignete Verdickungszeiten,
hohe Druckfestigkeiten nach der Aushärtung, gute Flüssigkeitsverlustkontrolle
und ähnliches.
Die chemischen Zusammensetzungen, und insbesondere die Metallsulfatkonzentrationen
von Oberflächenzementen
des Konstruktionsgrades unterscheiden sich von Hersteller zu Hersteller
und gestalten es deshalb unmöglich,
die Eigenschaften von Zementschlammen, die solche Zemente beinhalten,
vorherzusagen. Es besteht deshalb ein Bedarf für einen universalen Zusatzstoff
für das
Verbessern der Eigenschaften von preiswerten Oberflächenzementen
des Konstruktionsgrades, so dass diese Schlamme auch für das Auszementieren
von Öl-
und Gasbohrlöchern
angewendet werden können.
-
Eine Reihe von Öl- und Gasbohrlochzementen
mit niedriegerer Qualität,
welche erhältlich
sind und auf der ganzen Welt angewendet werden, enthalten ausserdem
hohe Metallsulfatkonzentrationen und/oder es fehlen denselben einige
der erforderlichen Eigenschaften. Solche Öl- und Gasbohrlochzemente von
niedriger Qualität
verfügen
zum Beispiel oft über
eine schlechte Rheologie, eine geringe Stärkenentwicklung, oder eine schlechte
Reaktion auf herkömmliche
Zusatzstoffe. Es besteht daher weiter ein Bedarf für einen
Zusatzstoff, welcher dazu angewendet werden kann, die Eigenschaften
dieser gegenwärtig
angewendeten Öl-
und Gasbohrlochzemente von niedriger Qualität zu verbessern.
-
Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung
bietet deshalb einen Zusatzstoff für das Verbessern der Eigenschaften
eines Zementschlammes für
die Anwendung während
des Auszementieren eines Bohrloches, wobei der Zusatzstoff das Folgende
umfasst:
- a) ein eisenhaltiges Chlorid, Eisenchlorid,
oder eine Mischung dieser beiden, in einer Menge von 0.5 bis 30 Teilen
des Gesamtgewichtes;
- b) ein Alkali- oder Alkalierdmetallhalid in einer Menge von
5 bis 60 Teilen des Gesamtgewichtes;
- c) eine organische Säure
in einer Menge von 0.01 bis 10 Teilen des Gesamtgewichtes; und
- d) ein hydratisierbares Polymer in einer Menge von 1 bis 50
Teilen des Gesamtgewichtes.
-
Eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung
bietet einen Zusatzstoff für
das Verbessern der Eigenschaften eines Zementschlammes für die Anwendung
während
des Auszementieren eines Bohrloches, wobei derselbe Zusatzstoff
das Folgende umfasst: ein eisenhaltiges Chlorid, Eisenchlorid, oder
eine Mischung dieser beiden, welche in einer Menge von 0.5 bis 30
Teilen des Gesamtgewichtes vorhanden sind; ein Dispersionsmittel
in einer Menge von 1 bis 20 Teilen des Gesamtgewichtes; eine organische
Säure in
einer Menge von 0.01 bis 10 Teilen des Gesamtgewichtes; ein hydratisierbares
Polymer in einer Menge von 1 bis 20 Teilen des Gesamtgewichtes;
und einen ultrafeinen, aus Feststoffen bestehenden hydraulischen
Zement mit einer maximalen Partikelgröße von ungefähr 15 Mikron
und einer spezifischen Oberfläche
von ungefähr
12.000 Quadratzentimetern pro Gramm in einer Menge von 1 bis 50
Teilen des Gesamtgewichtes.
-
Die Erfindung bietet weiter eine
Methode für
das Herstellen eines Zementschlammes für die Anwendung in einem Öl- oder
Gasbohrloch mit Hilfe eines Zementschlammes, welcher aus einem hydraulischen
Zement des Konstruktionsgrades oder besser und Wasser besteht, wobei
dieselbe Methode das Kombinieren des vorgenannten Zementschlammes
mit einem Zusatzstoff nach der vorliegenden Erfindung in einer Menge von
0.1% bis 30% Massenanteil des vorgenannten hydraulischen Zements
in dem vorgenannten Schlamm umfasst.
-
Die Erfindung bietet weiter eine
Methode für
das Auszementieren einer Untergrundzone, welche von einem Bohrloch
bei einer Temperatur von ungefähr
110°C (230°F) mit Hilfe
eines Zementschlammes penetriert wird, welcher einen hydraulischen
Zement eines Konstruktionsgrades oder besser und Wasser umfasst
und über
eine Dichte von 12 bis 17 Pfund pro US-Gallone verfügt, wobei
dieselbe Methode das Einpumpen eines Zementschlammes in die Zone
und das Aushärten
desselben umfasst, wobei der Schlamm einen Zusatzstoff nach der
vorliegenden Erfindung in einer Menge von 0.1% bis 30% Massenanteil
des vorgenannten hydraulischen Zements umfasst.
-
Die zusammengesetzten, aus Feststoffen
bestehenden Zusatzstoffe der vorliegenden Erfindung erfüllen die
weiter oben schon beschriebenen Anforderungen und überkommen
die Nachteile des aktuellen Standes der Technik. Wenn diese Zusatzstoffe
zu einem Oberflächenzement
des Konstruktionsgrades oder einem zurzeit angewendeten hydraulischen
Zementschlamm eines Öl-
und Gasbohrlochhgrades hinzugefügt
werden, verbessern diese Zusatzstoffe der vorliegenden Erfindung
gleichzeitig die Viskosität,
die Verdickungszeit, nach dem Aushärten die Druckfestigkeit, die
Flüssigkeitsverlustkontrolle,
und andere Eigenschaften des Schlammes auf solche, welche für das Auszementieren
von Öl- und Gasbohrlöchern besonders
geeignet sind.
-
Einige der Zusatzstoffe der vorliegenden
Erfindung umfassen eisenhaltiges Chlorid, welches in einer Menge
von 0.5 bis 30 Teilen des Gesamtgewichtes vorhanden ist, ein Dispersionsmittel
in einer Menge von 1 bis 20 Teilen des Gesamtgewichtes, eine organische
Säure in
einer Menge von 0.01 bis 10 Teilen des Gesamtgewichtes, ein hydratisierbares
Polymer in einer Menge von 1 bis 20 Teilen des Gesamtgewichtes,
und einen ultrafeinen, aus Feststoffen bestehenden hydraulischen
Zement in einer Menge innerhalb eines Bereichs von 1 bis 50 Teilen
des Gesamtgewichtes. Weitere Komponente, welche wahlweise in diese
Zusatzstoffe mit eingeschlossen werden können, sind ein Schaumbildungshemmer,
ein Alkali- oder
Alkalierdmetallhalid, und ein oder mehrere Mittel für das Steigern
der Druckfestigkeit des ausgehärteten
Zements.
-
Andere Zusatzstoffe der vorliegenden
Erfindung umfassen Eisenchlorid in einer Menge von 0.5 bis 30 Teilen
des Gesamtgewichtes, ein Alkali- oder Alkalierdmetallhalid, vorzugsweise
Chlorid, in einer Menge von 5 bis 60 Teilen des Gesamtgewichtes,
eine organische Säure
in einer Menge von 0.01 bis 10 Teilen des Gesamtgewichtes, und einen
hydratisierbaren Polymer in einer Menge von 1 bis 50 Teilen des
Gesamtgewichtes. Andere Komponente, welche vorzugsweise auch in
diese Zusatzstoffe mit eingeschlossen werden, bestehen aus einem
Schaumbildungshemmer, einem Dispersionsmittel, einem ultrafeinen,
aus Feststoffen bestehenden hydraulischen Zement, und andere Mittel
für das
Steigern der Druckfestigkeit des Zements.
-
Zemente des Konstruktionsgrades für die Anwendung
in Oberflächenanwendungen
und Öl-
und Gasbohrlochzemente von niedriger Qualität sind jederzeit von einer
Reihe von Herstellern auf der ganzen Welt erhältlich, und sind im Vergleich
mit den hochqualitätigen
API-Zementen, welche oft für
das Auszementieren von Öl-
und Gasbohrlöchern
angewendet werden, besonders preiswert. Diese Zemente des Oberflächenkonstruktionsgrades
und Öl-
und Gasbohrlochzemente einer niedrigen Qualität beinhalten normalerweise
große
Menge von Alkali- und/oder Alkalierdmetallsulfaten, d. h. zwischen
ungefähr
0.75% und ungefähr
3.0% Massenanteil solcher Metallsulfate des Gesamtgewichtes des Zements.
Hochqualitätige
API Öl-
und Gasbohrlochzemente beinhalten normalerweise weniger als ungefähr 0.3%
solcher Metallsulfate des Gesamtgewichtes des Zements. Das Vorhandensein
solcher großen
Mengen von Metallsulfaten in den Zementen resultiert darin, dass diese
Zemente über
sehr unterschiedliche Eigenschaften wie zum Beispiel Verdickungszeiten
und Druckfestigkeiten verfügen,
wenn sie mit Wasser vermischt werden.
-
Die vorliegende Erfindung bietet
feste, aus Feststoffen bestehende Zusatzstoffe, welche Mischungen aus
Komponenten enthalten, welche synergistisch mit Zementschlammen
reagieren und die Eigenschaften derselben Zementschlamme und deren
Leistung während
des Auszementierens von Öl-
und Gasbohrlöchern optimieren.
Die Zusatzstoffe eignen sich nicht nur für das Verbessern der Eigenschaften
und der Leistung von Oberflächenzementen
des Konstruktionsgrades und Öl-
und Gasbohrlochzementschlammen von niedriger Qualität, sondern
verbessern auch die Eigenschaften und die Leistung anderer Bohrlochzemente
einschließlich
solcher, die API-Normen erfüllen.
Die Zusatzstoffe sind besonders nützlich für das Verbessern der Eigenschaften
von Zementen, welche in abgelegenen Regionen der Welt erhältlich sind,
wobei die Zemente für
das Auszementieren von Öl-
und Gasbohrlöchern
besonders effektiv angewendet werden können.
-
Die vier Grundeigenschaften eines
Zementschlammes, welche die Zusatzstoffe der vorliegenden Erfindung
verbessern, um den Zementschlamm für das Auszementieren von Öl- und Gasbohrlöchern geeignet zu
gestalten, bestehen aus der Viskosität (welche auch Rheologie genannt
wird), der Verdickungszeit, der Druckfestigkeit nach dem Aushärten, und
der Flüssigkeitsverlustkontrolle.
Wie schon erwähnt
können
die Zusatzstoffe der vorliegenden Erfindung universal für das Formen
von Zementschlammen angewendet werden, welche mit Zementen von niedriger
Qualität
mit einem hohen Sulfatgehalt geformt werden, sowohl wie für solche,
welche mit Zementen einer höheren
Qualität
geformt werden. Die Zusatzstoffe können dazu angewendet werden,
die Eigenschaften von Zementschlammen zu verbessern, welche Temperaturen
von bis zu 230°F
ausgesetzt werden sollen, und welche über Dichten innerhalb eines
Bereichs von ungefähr
12 bis ungefähr
17 Pfund pro Gallone verfügen.
-
Die Funktion des Eisenchlorids, welches
in den Zusatzstoffen der vorliegenden Erfindung enthalten ist, ist
die einer synergistischen Funktion mit den anderen Komponenten des
Zusatzstoffes für
das Überkommen des
Effektes einer hohen Metallsulfatkonzentration in einem Zement und
das Verkürzen
der Verdickungszeit eines Zementschlammes auf einen akzeptablen
Bereich, d. h. das Eisenchlorid veranlaßt den Zement in Kombination
mit den anderen Komponenten des Zusatzstoffes dazu, auf eine normale
und vorhersagbare Weise zu hydratisieren. Das Eisenchlorid trägt weiter
zu einer Verbesserung der Druckfestigkeit des Zementschlammes nach
dem Aushärten
desselben bei.
-
Wenn ein Dispersionsmittel in dem
Zusatzstoff vorhanden ist, hilft dasselbe bei der Kontrolle der
Rheologie des Zementschlammes und trägt zu der Erzeugung einer stabilen
Suspendierung über
eine weite Reihe von Dichten hinweg bei. Obwohl verschiedene Dispersionsmittel
angewendet werden können,
besteht ein besonders geeignetes Dispersionsmittel aus dem Kondensatpolymerprodukt
eines aliphatischen Ketons, d. h. Aceton, einem aliphatischen Aledhyd,
d. h. Formaldehyd, und einer Mischung, welche die vorgenannten Säuregruppen
in das Polymer einführt,
d. h. Natriumsulfit. Ein solches Dispersionsmittel wird in US-Anmeldung 4.557.763
beschrieben, auf welche wir uns hiermit für weitere Einzelheiten beziehen,
und ist kommerziell unter dem Markennamen „CFR-3TM" von Halliburton
Energy Services in Duncan, Oklahoma erhältlich.
-
Die organische Säure innerhalb des Zusatzstoffes
kontrolliert die Viskosität
des Zementschlammes, d. h. sie verhindert ein vorzeitiges Gellieren
des Schlammes und verbessert die Rheologie des Schlammes über einen
weiten Dichtebereich hinweg. Verschiedene organische Säuren können in
dem Zusatzstoff angewendet werden, welche Weinsäure, Zitronensäure, Gluconsäure, Ölsäure, Phosphorsäure, und
Harnsäure
einschliessen, aber nicht auf diese beschränkt sind. Von den vorgenannten
Säuren
wird Weinsäure
bevorzugt.
-
Eine Reihe von viskositätssteigernden
hydratisierbaren Polymern kann auch in dem Zusatzstoff angewendet
werden, wobei dieselben Carboxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose,
Carboxymethylhydroxycellulose, vinylsulfonierte Polymer, hydratisierbare
Propfpolymer, und andere hydratisierbare Polymer einschliessen können, welche
dem Fachmann sehr wohl bekannt sind, aber nicht auf diese beschränkt sind.
Von diesen wird Hydroxyethylcellulose bevorzugt. Das hier angewendete
hydratisierbare Polymer verleiht dem Zementschlamm Viskosität und reduziert
den Flüssigkeitsverlust
aus dem Schlamm.
-
Der ultrafeine, aus Feststoffen bestehende
Zement, welcher in den Zusatzstoff mit eingeschlossen werden kann,
verfügt
vorzugsweise über
eine maximale Partikelgröße von ungefähr 15 Mikron
und einen spezifischen Oberflächenbereich
von ungefähr
12.000 Quadratzentimetern pro Gramm. Die Verteilung der verschieden
großen
Partikel innerhalb des ultrafeinen Zements is vorzugsweise so, dass
ungefähr
90% derselben Partikel über
einen Durchmesser verfügen,
welcher nicht größer ist
als ungefähr
10 Mikron, und dass 50% über einen
Durchmesser verfügen,
welcher nicht größer ist
als ungefähr
5 Mikron, und dass 20% der Partikel über einen Durchmesser verfügen, welcher
nicht größer ist
als ungefähr
3 Mikron. Der spezifische Oberflächenbereich
des ultrafeinen hydraulischen Zements (welche manchmal auch Blaine-Feine
genannt wird) ist ein Anzeichen der Fähigkeit des Zements, chemisch
mit anderen Materialen zu reagieren. Der spezifische Oberflächenbereich
ist vorzugsweise größer als
ungefähr
12.000 Quadratzentimeter pro Gramm, und noch vorzugsweiser größer als
ungefähr
13.000 Quadratzentimeter pro Gramm.
-
Ultrafeine Zemente verfügen über maximale
Partikelgrößen und
Oberflächenbereiche
wie diejenigen, die weiter oben beschrieben werden und in verschiedenen
US-Anmeldung einschließlich
US-Anmeldung 4.761.183 geoffenbart werden, welche ultrafeine Partikelgrößenzemente
bietet, welche mit Hilfe von Schlacke und Mischungen derselben mit
Portland-Zement geformt werden, und US-Anmeldung 4.150.674, welche ultrafeine
Partikelgrößenzemente
bietet, wobei wir uns hiermit auf beide dieser Anmeldungen beziehen.
Der für die
Anwendung nach der vorliegenden Erfindung bevorzugte ultrafeine
hydraulische Zement ist ein Portland-Zement. Ein solcher Zement
ist kommerziell unter dem Markennamen „MICRO-MATRIXTM" von Capitol Cement
Co in San Antonio, Texas erhältlich.
Die Gegenwart des ultrafeinen Zements in dem Zementschlamm fördert die
Druckfestigkeit des Zements nach dem Aushärten desselben und trägt zu einer
Verkürzung
der Verdickungszeit des Zementschlammes auf einen bevorzugten Bereich
bei.
-
Wie oben schon angedeutet kann der
Zusatzstoff auch eine Reihe von anderen Komponenten beinhalten,
welche einem Zementschlamm verbesserte Eigenschaften verleihen.
Dies bedeutet, dass der Zusatzstoff einen Schaumbildungshemmer wie
zum Beispiel Polydimethylsiloxan beinhalten kann, welcher in einer Menge
innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0.01 bis ungefähr 5 Teilen
des Gesamtgewichtes in dem Zusatzstoff vorhanden ist. Ein solcher
Schaumbildungshemmer ist kommerziell mit dem Markennamen „D-AIRTM" von
Halliburton Energy Services in Duncan, Oklahoma erhältlich.
Der Schaumbildungshemmer verhindert ein übermässiges Aufschäumen eines
Zementschlammes, welcher den Zusatzstoff beinhaltet, während des
Mischens und Pumpens.
-
Alkali- oder Alkalierdmetallhalide,
wenn solche vorhanden sind, funktionieren mit dem Eisenchlorid auf eine
solche An und Weise, dass sie den Effekt einer hohen Metallsulfatkonzentration überkommen.
Bevorzugt werden Komponente wie Kalziumchlorid, Natriumchlorid,
Kaliumchlorid und Ammoniumchlorid, wobei Kalziumchlorid am häufigsten
bevorzugt wird.
-
Eine weitere Komponente, welche dem
Zusatzstoff hinzugefügt
werden kann, ist ein aus Feststoffen bestehender Zement des ASTM
Typs III, welcher zu einer Steigerung der Druckfestigkeit des Zementschlamms
nach dem Aushärten
und einem Abfall der Verdickungszeit desselben Schlamms beiträgt. Ein
solcher Zement ist kommerziell mit dem Markennamen „TXI IIITM" von
Texas Industries Inc. in Midlothian, Texas erhältlich. Wenn dieser Zement
des Typs ASTM III in dem Zusatzstoff angewendet wird, wird er allgemein
in einer Menge von ungefähr
1 bis 50 Teilen des Gesamtgewichtes in demselben vorhanden sein.
-
Eine weitere Komponente, welche in
den Zusatzstoff mit eingeschlossen werden kann, ist eine aus Feststoffen
bestehende Silika wie zum Beispiel eine rauchende Silika oder eine
ultrafeine Silika. Die Silika erfüllt in einem Zementschlamm
die Funktion, einen Abfall der Druckfestigkeit nach dem Aushärten in
heissen Bohrlöchern
zu verhindern. Wenn diese angewendet wird, sollte die Silika vorzugsweise
in einer Menge innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0.1 bis
ungefähr
50 Teilen des Gesamtgewichtes in dem Zusatzstoff vorhanden sein.
-
Ein bevorzugter, aus Feststoffen
bestehender fester Zusatzstoff der vorliegenden Erfindung für das Verbessern
der Eigenschaften eines Zementschlammes umfasst Eisenchlorid, welches
aus einer Gruppe von eisenhaltigen Chloriden, Eisenchlorid und Mischungen
dieser beiden gewählt
wird, welche in einer Menge von ungefähr 10 Teilen des Gesamtgewichtes
vorhanden sind, ein Dispersionsmittel, welches aus dem Kondensationspolymerprodukt
von Aceton, Formaldehyd, und Natriumsulfit besteht und in einer
Menge von ungefähr
13 Teilen des Gesamtgewichtes vorhanden ist, Weinsäure, welche
in einer Menge von ungefähr
0.4 Teilen des Gesamtgewichtes vorhanden ist, Hydroxyethylcellulose,
welche in einer Menge von ungefähr
2 Teilen des Gesamtgewichtes vorhanden ist, und einen ultrafeinen,
aus Feststoffen bestehenden hydraulischen Zement mit einer maximalen
Partikelgröße von ungefähr 15 Mikron
und einer spezifischen Oberfläche
von ungefähr 12.000
Quadratzentimetern pro Gramm, welcher in einer Menge von ungefähr 8 Teilen
des Gesamtgewichtes vorhanden ist.
-
Ein weiterer bevorzugter, aus Feststoffen
bestehender fester Zusatzstoff der vorliegenden Erfindung für das Verbessern
der Eigenschaften eines Zementschlamms besteht aus Eisenchlorid
in einer Menge von ungefähr
10 Teilen des Gesamtgewichtes, Kalziumchlorid in einer Menge von
ungefähr
14 Teilen des Gesamtgewichtes, Weinsäure in einer Menge von ungefähr 0.3 Teilen
des Gesamtgewichtes, Hydroxyethylcellulose in einer Menge von ungefähr 12 Teilen
des Gesamtgewichtes, einem Schaumbildungshemmer, welcher aus Polydimethylsiloxan
in einer Menge von ungefähr
0.3 Teilen des Gesamtgewichtes besteht, einem Dispersionsmittel,
welches aus dem Kondensationspolymerprodukt von Aceton, Formaldehyd
und Natriumsulfit in einer Menge von ungefähr 11 Teilen des Gesamtgewichtes
besteht, ein ultrafeiner, aus Feststoffen bestehender hydraulischer
Zement mit einer maximalen Partikelgröße von ungefähr 15 Mikron
und einer spezifischen Oberfläche
von ungefähr
12.000 Quadratzentimetern pro Gramm in einer Menge von ungefähr 8 Teilen
des Gesamtgewichtes, ein aus Feststoffen bestehender Zement des
Typs ASTM III in einer Menge von ungefähr 8 Teilen des Gesamtgewichtes,
und rauchende Silika in einer Menge von ungefähr 8 Teilen des Gesamtgewichtes.
-
Die Zusatzstoffe der vorliegenden
Erfindung können
mit Hilfe von verschiedenen, dem Fachmann auf diesem Gebiet sehr
wohl bekannten Techniken mit einem Zementschlamm gemischt werden.
Eine besonders geeignete Technik besteht aus dem Kombineren des
angewendeten Zusatzstoffes mit dem angewendeten Wasser in einem
Mixer, wonach der anzuwendende hydraulische Zement hinzugefügt wird.
-
Um die universalen Zusatzstoffe und
Methoden der vorliegenden Erfindung eingehender zu illustrieren beziehen
wir uns nun auf die folgenden Beispiele.
-
Beispiel 1
-
Eine Reihe von Zementschlammen mit
verschiedenen Dichten, welche verschiedene hydraulische API-Zemente
verwenden, frisches Wasser oder Salzwasser, und verschiedene Mengen
eines universalen Zusatzstoffes der vorliegenden Erfindung wurden
vorbereitet. Diese Schlamme wurden dann auf ihre Verdickungszeit,
ihren Flüssigkeitsverlust,
ihre Rheologie (plastische Viskosität/Fließgrenze), ihre Druckfestigkeit und
ihre Scherverbundstärke
bei verschiedenen Temperaturen getestet. Die Tests wurden gemäß der in
den Verfahren der API Specification for Materials and Testing for
Well Cements aufgeführten
API-Spezifikation
10, 5. Ausgabe vom 1. Juli 1990 des American Petroleum Institutes
durchgeführt.
-
Der für diese Tests angewendete universale
Zusatzstoff bestand aus Eisenchlorid in einer Menge von 10 Teilen
des Gesamtgewichtes, einem Dispersionsmittel aus einem Kondensationspolymerprodukt
aus Aceton, Formaldehyd und Natriumsulfit in einer Menge von 13
Teilen des Gesamtgewichtes, Weinsäure in einer Menge von 0.4
Teilen des Gesamtgewichtes, Hydroxyethylcellulose in einer Menge
von 2 Teilen des Gesamtgewichtes, und einem aus Feststoffen bestehenden
hydraulischen Zement mit einer maximalen Partikelgröße von ungefähr 15 Mikron
und einem spezifischen Oberflächenbereich
von ungefähr
12.000 Quadratzentimetern pro Gramm in einer Menge von 8 Teilen
des Gesamtgewichtes. Der Zusatzstoff wurde zu den jeweiligen, in Tabelle
I weiter unten aufgeführten
Verhältnissen
mit den zu testenden Zementschlammen vermischt. Bei einer Reihe
dieser Tests wurde der Zementschlamm mit und ohne den Zusatzstoff
der vorliegenden Erfindung getestet. Gemäß der Reihenfolge der Tests
wurde ein gewöhnlicher
Verfestigungsstaustoff anstelle des universalen Zusatzstoffes der
vorliegenden Erfindung zugefügt,
oder in den Zementschlamm mit dem universalen Zusatzstoff mit eingeschlossen.
Ausserdem wurde einigen der zu testenden Zementschlamme rauchende
Silika hinzugefügt.
-
Die Resultate dieser Tests werden
hiernach nun in Tabelle I aufgeführt.
-
-
-
Aus Tabelle I ist ersichtlich, dass
alle der verschiedenen getesteten Schlamme, welche den Zusatzstoff der
vorliegenden Erfindung beinhalten, über ausgezeichnete Eigenschaften
verfügen
und sich für
Zementieranwendungen in Öl-
und Gasbohrlöchern
eignen.
-
Beispiel 2
-
Eine Reihe von Zementschlammen mit
verschiedenen Dichten, welche verschiedene hydraulische API-Zemente
verwenden, frisches Wasser oder Salzwasser, und verschiedene Mengen
eines anderen universalen Zusatzstoffes der vorliegenden Erfindung
wurden vorbereitet. Diese Schlamme wurden dann auf ihre Verdickungszeit,
ihren Flüssigkeitsverlust,
ihre Rheologie (plastische Viskosität/Fließgrenze), ihre Druckfestigkeit
und ihre Scherverbundstärke
bei verschiedenen Temperaturen getestet. Die Tests wurden gemäß der in den
Verfahren der API Specification for Materials and Testing for Well
Cements aufgeführten
API-Spezifikation 10,
5. Ausgabe vom 1. Juli 1990 des American Petroleum Institutes durchgeführt.
-
Der für diese Tests angewendete universale
Zusatzstoff bestand aus Eisenchlorid in einer Menge von 10 Teilen
des Gesamtgewichtes, Kalziumchlorid in einer Menge von 14 Teilen
des Gesamtgewichtes, Weinsäure
in einer Menge von 0.3 Teilen des Gesamtgewichtes, Hydroxyethylcellulose
in einer Menge von 12 Teilen des Gesamtgewichtes, einem Polydimethysiloxan-Schaumbildungshemmer
in einer Menge von 0.3 Teilen des Gesamtgewichtes, einem Dispersionsmittel,
welches aus dem Kondensationspolymerprodukt von Aceton, Formaldehyd,
und Natriumsulfit besteht, in einer Menge von 11 Teilen des Gesamtgewichtes,
einem aus Feststoffen bestehenden hydraulischen Zement mit einer
maximalen Partikelgröße von ungefähr 15 Mikron
und einem spezifischen Oberflächenbereich
von ungefähr
12.000 Quadratzentimetern pro Gramm in einer Menge von 8 Teilen
des Gesamtgewichtes, einem Zement des ASTM Typs III (kommerziell
zum Beispiel von Texas Industries in Midlothian, Texas erhältlich)
in einer Menge von 8 Teilen des Gesamtgewichtes, und rauchender Silika
in einer Menge von 8 Teilen des Gesamtgewichtes. Der Zusatzstoff
wurde zu den jeweiligen, in Tabelle II weiter unten aufgeführten Verhältnissen
mit den zu testenden Zementschlammen vermischt.
-
Die Resultate dieser Tests werden
hiernach nun in Tabelle I aufgeführt.
-
-
Aus Tabelle II ist ersichtlich, dass
alle der verschiedenen getesteten Schlamme über ausgezeichnete Eigenschaften
verfügen
und sich für
Zementieranwendungen in Öl-
und Gasbohrlöchern
eignen.
-
Beispiel 3
-
Die weiter oben beschriebenen Tests
wurden dann mit Hilfe von fünf
Zementschlammen und zwei verschiedenen Dichten mit und ohne den
universalen Zusatzstoff der vorliegenden Erfindung wiederholt. Die
Resultate dieser Tests sind hiernach in Tabelle III aufgeführt.
-
-
Aus Tabelle III ist ersichtlich,
dass die Gegenwart des universalen Zusatzstoffes der vorliegenden
Erfindung in den verschiedenen getesteten Zementschlammen die Eigenschaften
derselben Zementschlamme wesentlich verbesserten.
-
Die vorliegende Erfindung ist deshalb
ausgezeichnet dafür
adaptiert, die innerhalb derselben inhärenten Ziele, das Endresultat,
und die erwähnten
Vorteile zu erreichen. Obwohl ein Fachmann auf diesem Gebiet zahlreiche Änderungen
vornehmen kann, dürften
solche Änderungen
dem Geiste der vorliegenden Erfindung und den Definierungen der
beliegenden Ansprüche
entsprechen.
-
Die Ansprüche sind wie folgt: