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Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenverbindung von Kunstharzen mit silikat- oder quarzhaltigem Material
Es tritt häufig das Problem auf, eine Oberflächenverbindung zwischen einem Kunstharz und silikatoder quarzhaltigem Material herzustellen, um beispielsweise Sande zu verfestigen. Dieses Problem tritt beispielsweise im Bauwesen, im Bergbau, bei Tiefbohrungen, wie z. B. bei Erdölsonden oder beim Bau von Brunnen auf. Es wurden beispielsweise bereits Verfahren entwickelt, bei welchen Sande im Bereich von Erdölsonden durch Zuführung von Kunstharz verfestigt werden, um eine Versandung der Sonde zu verhindern.
Hiebei wurden auch Verfahren entwickelt, nach welchen in der produktiven Zone einer Erdölsonde in die die Sonde umgebenden Sande eine Kunstharzlösung eingepresst wird, wobei dann durch Nachpressen von Flüssigkeit das Kunstharz aus den Zwischenräumen zwischen den Sandkörnern wieder herausgepresst wird, so dass die Sandkörner nur mit einer dünnen Kunstharzschicht überzogen bleiben und ein durchlässiger Filterkörper aus den durch das Kunstharz fest miteinander verbundener Sandkörnern entsteht.
Bei reinen Sanden bieten solche Verfahren weiter keine Schwierigkeiten, jedoch liegen tatsächlich reine Sande selten vor, oder es ist zumindest nicht die Gewähr dafür gegeben, dass die in dieser Weise zu behandelnden Sande bzw. das silikat- oder quarzhaltige Material nicht verunreinigt ist. Verunreinigungen der Oberfläche des silikat-oder quarzhaitigen Materials bzw. der Sandkörner beeinträchtigen jedoch die Haftung des Kunstharzes wesentlich und bieten daher bei solchen Verfahren beträchtliche Schwierigkeiten. Solche Verunreinigungen sind beispielsweise Flüssigkeiten organischer oder anorganischer Natur, Salze in mehr oder minder gelöster Form usw.
Bestehen die Verunreinigungen beispielsweise aus Wasser oder Öl, so verhindert ein durch Dipolkräfte gebundener mechanisch nicht entfernbarer Film das Haften des Harzes an der Oberfläche des Sandkornes und macht damit eine starre Verankerung des Kunstharzes auf der Oberfläche des Sandkornes unmöglich, wodurch naturgemäss die angestrebte Verfestigung des Sandes wesentlich beeinträchtigt wird. Es wurde versucht, diese Schwierigkeiten durch Anwendung von Netzmitteln zu beseitigen. Der Effekt ist aber gering, und es tritt häufig sogar die gegenteilige Wirkung auf. Die Netzmittel entfernen den Oberflächenfilm nicht, können aber infolge der Verminderung der Grenzflä- chenspannung bewirken, dass durch nachfiltrierende Flüssigkeit, durch Strömungen oder Druckdifferenzen das zur Tränkung bestimmte Harz wieder ausgewaschen wird.
Durch Netzmittel kann das angestrebte Festhaften des Kunstharzes auf den Oberflächen der Sandkörner somit nicht erreicht werden.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, diese Schwierigkeiten zu beseitigen und besteht im wesentlichen darin, dass dem in Lösung befindlichenhärtbaren Kunstharz vor seiner Verwendung ein reduzierbares Metallsalz, insbesondere einreduzierbaresMetallhalogenid, wieFerrichlorid (FedJ zugesetztwird. Es hat sich ge-
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des Metallion eine unmittelbare molekulare Verankerung herbeiführt, die infolge Chemisorption des Metallions in die Quarzstruktur, Öl- und Wasserfilme sowie poröse dünne Überzüge überwindet. Diese Theorie wurde durch experimentelle Überprüfung bestätigt.
Es wird somit durch den Zusatz des reduzier-
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baren Metallsalzes der Verunreinigungsfilm durchbrochen und damit eine Verbindung des Kunstharzes unmittelbar auf der Oberfläche des silikat-oder quarzhaitigen Materials bzw. des Sandkornes ermöglicht. Als besonders günstig hat sich hiebei Ferrichlorid (FeCl) erwiesen, jedoch kann dieser Effekt auch durch andere reduzierbare Metallsalze, insbesondere Metallhalogenide erreicht werden. Als Kunstharze kommen hiebei Phcnolformaldehyd-, Resorcin- oder Polyesterkunstharz in Betracht. Insbesondere geeignet erscheint eine wässerige oder alkoholische Kunstharzlösung, wie beispielsweise eine Phenolharzlösung.
Gemäss der Erfindung wird das reduzierbare Metallsalz dem Härter zugesetzt bzw. im Härter aufgelöst, wobei dann vor der Verwendung des Kunstharzes der Härter gemeinsam mit dem reduzierbaren Metallsalz der Kunstharzlösung zugegeben wird. Es hat sich nämlich gezeigt, dass das reduzierbare Metallsalz eine Beschleunigung des Härtungsvorganges bewirkt, und es ist eine vorzeitige Erhärtung des Kunstharzes zu vermeiden, da ja dieses Kunstharz in flüssiger Form dem silikat-oder quarzhaltigen Material bzw. den Sanden zugeführt werden soll und erst dort erhärten darf.
Durch die Massnahme, das reduzierbare Metallsalz nicht der Kunstharzl5sung sondern dem Härter zuzusetzen, wird somit die Gefahr einer vorzeitigen Härtung des Kunstharzes ausgeschaltet bzw. eine genauere Tempierung der Härtungsgeschwindigkeit ermöglicht. Es ist hiebei lediglich die die Härtung beschleunigende Wirkung des reduzierbaren Metallsalzes bzw. des Ferrichlo : : ids bei der Zusammensetzung des Härters zu berücksichtigen.
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Im allgemeinen kann man aber die Menge dieses Zusatzes entsprechend den ungünstigsten Bedingungenwählen.Bei Verwendung von Ferrichlorid hat sich zur Erzielung eines optimalen Verankerungsettektes eine Menge von 3 bis lülc des Zusatzes bezogen auf das Gewicht der Kunstharzlösung als günstig erwiesen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist in erster Linie für die Verfestigung von silikathaitigen Sanden geeignet, jedoch kann es auch dort Anwendung finden, wo in irgendeiner Weise eine Verbindung zwischen silikat-oder quarzhaltigem Material mit Kunstharzen hergestellt werden soll. In besonders günstiger Weise kann das erfindungsgemässe Verfahren für die Verfestigung von silikat-oder quarzhaltigen Sanden im Bereich von Erdölsonden Anwendung finden, da gerade dort die Gefahr von Verunreinigungen besteht und das Ausmass der Verunreinigungen bzw. das Vorliegen von Verunreinigungen schwer kontrolliert werden kann. Es wird somit durch das erfindungsgemässe Verfahren der Effekt einer Verfestigung der Sande unabhängig vom Verschmutzungsgrad derselber gesichert.
Bei der Anwendung für Erdölsonden wird derart vorgegangen, dar. das fertig angeführte Kunstharz-Härtergemenge, welchem das reduzierbare Metallsalz im Wege über den Härter zugesetzt wurde, in die Sonde eingebracht und unter Druck in die Sonde eingepresst wird, wobei das Kunstharz in die zu verfestigenden Sande eindringt. Wenn es sich um eine Verfestigung von Sanden in der nroduktiven Zone der Sonde handelt, so wird sofort nachher eine Druckflüssigkeit nachgepumpt, um das zwischen den Sandkörnern befindliche Kunstharz zu verdrängen.
Es soll hiebei lediglich ein dünner Kunstharzfilm auf den Sandkörnern verbleiben, welcher die gegenseitige Verankerung dieser Sandkörner gewährleistet, jedoch den freien Durchgang zwischen diesen Sandkörnern nicht sperrt, und gerade für die Bildung eines solchen dünnen Oberflächenfilmes oder -überzuges ist das erfindungsgemässe Veifahren vorteilhaft, da es eben die Verbindung des Kunstharzes über die ganze Oberfläche des Sandkornes gewährleistet. In analoger Weise ist das Verfahren auch im Brunnenbau anwendbar.
Ausführungsbeispiel: Bei der Verfestigung von Sanden in der produktiven Schicht einer Erd- ölsonde kann wie folgt vorgegangen werden :
Als Kunstharzlösung wird eine Phenolformaldehvdkunstharzlösung verwendet. Kurz vor der Einführung in die Erdölsonde wird der Kunstharzlösung ein Härter, bestehend aus Alkylsulfonsäure und Alkohol 1m Verhältnis l : 5 im Ausmass von 10 bis 15 Gew. -0/0 der Kunstharzlösung zugesetzt, wobei vorher im Härter Ferrichlorid (FeCl im Ausmass von 5 ! des Gewichtes der Kunstharzlösung aufgelöst wurde.
Hierauf wird die mit dem Härter versehene Kunstharzlösung in einer Menge von 100 bis 150 Liter pro Meter Perforationsintervall in die Sonde unter einem PumDendruck von etwa 100 bis 250 at eingepresst. Un- ter Perforationsintervall ist hiebei die Länge des mit Perforationen versehenen Abschnittes des die Sonde auskleidenden Mantelrohres (casing) zu verstehen. Durch diese Perforationen hindurch dringt das Kunstharz in die die Sonde umgebende Zone ein und überzieht die Sandkörner im Bereich der Sonde mit einer Kunstharzschicht, wobei allerdings auch Kunstharz in den Zwischenräumen zwischen den Sandkörnern verbleibt.
Hierauf wird nun eine Flüssigkeit, u. zw. beispielsweise Petroleum, Gasöl oder leichtes Rohöl
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unter einem Pumpendruck von 100 bis 250 at und in einer Menge von etwa 300 bis 450 Liter pro Meter Perforationsintervall nachgepumpt. Durch diese Flüssigkeit wird das überschüssige Kunstharz aus den Zwischenräumen zwischen den Sandkörnern verdrängt, während der die Oberflächenhaftung begünstigende Zusatz des reduzierenden Metallsalzes gewährleistet, dass jedes Korn mit einem Kunsthaizfilm überzogen bleibt, welcher an den Berührungsstellen eine Verkittung der einzelnen Körner miteinander bewirkt.
Nach Ablauf der 6 - 48 Stunden währenden Härtezeit kann die Sonde in Betrieb genommen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenverbindung von Kunstharzen mit silikat- oder quarzhaltigem Material. dadurch gekennzeichnet, dass dem in Lösung befindlichen härtbaren Kunstharz vor seiner Verwendung ein reduzierbares Metallsalz, insbesondere ein reduzierbares Metallhalogenid, wie Ferrichlorid (FeCl) zugesetzt wird.