CN107848887B - 通过温度升高促进硬化的长期可加工的铝酸钙水泥及相关用途 - Google Patents

通过温度升高促进硬化的长期可加工的铝酸钙水泥及相关用途 Download PDF

Info

Publication number
CN107848887B
CN107848887B CN201680044233.9A CN201680044233A CN107848887B CN 107848887 B CN107848887 B CN 107848887B CN 201680044233 A CN201680044233 A CN 201680044233A CN 107848887 B CN107848887 B CN 107848887B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cement
calcium aluminate
composition
calcium
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201680044233.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107848887A (zh
Inventor
布鲁诺·埃斯皮诺萨
马克·温斯洛·菲茨杰拉德
查尔斯·沃尔特·阿尔特
菲利普·图约耶
拉塔纳·索思
米夏埃尔·利文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Imerys Aluminates SA
Original Assignee
Kerneos SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kerneos SA filed Critical Kerneos SA
Publication of CN107848887A publication Critical patent/CN107848887A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107848887B publication Critical patent/CN107848887B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/06—Aluminous cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/32—Aluminous cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/06—Quartz; Sand
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/10—Clay
    • C04B14/106—Kaolin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/06—Combustion residues, e.g. purification products of smoke, fumes or exhaust gases
    • C04B18/08—Flue dust, i.e. fly ash
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/14—Waste materials; Refuse from metallurgical processes
    • C04B18/141—Slags
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/14—Waste materials; Refuse from metallurgical processes
    • C04B18/146—Silica fume
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/02—Selection of the hardening environment
    • C04B40/0263—Hardening promoted by a rise in temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/42—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells
    • C09K8/46—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells containing inorganic binders, e.g. Portland cement
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2103/00—Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
    • C04B2103/0004—Compounds chosen for the nature of their cations
    • C04B2103/001—Alkaline earth metal or Mg-compounds
    • C04B2103/0012—Mg
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2103/00—Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
    • C04B2103/0004—Compounds chosen for the nature of their cations
    • C04B2103/0013—Iron group metal compounds
    • C04B2103/0014—Fe
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2103/00—Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
    • C04B2103/0004—Compounds chosen for the nature of their cations
    • C04B2103/0017—Refractory metal compounds
    • C04B2103/0019—Ti
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
  • Dental Preparations (AREA)

Abstract

本发明涉及一种包含铝酸钙的铝酸钙水泥，该铝酸钙具有对于两个氧化铝Al2O3包含一个氧化钙CaO的二铝酸钙CA2的第一结晶矿物学相和/或对于一个氧化铝Al2O3和一个二氧化硅SiO2包含两个氧化钙CaO的铝硅酸二钙C2AS的第二结晶矿物学相。根据本发明，所述第一和第二矿物学相作为整体在所述铝酸钙中的质量分数不小于80％。

Description

通过温度升高促进硬化的长期可加工的铝酸钙水泥及相关 用途
技术领域
本发明总体上涉及水泥领域，在水存在的情况下升高温度有利于其硬化。
具体涉及一种包含铝酸钙的铝酸钙水泥，该铝酸钙具有对于两个氧化铝Al2O3包含一个氧化钙CaO的二铝酸钙的第一结晶矿物学相CA2和/或对于一个氧化铝Al2O3和一个二氧化硅SiO2包含两个氧化钙CaO的铝硅酸二钙(dicalcium alumina silicate)的第二结晶矿物学相C2AS。
还涉及包含与水以及可能与其他化合物诸如飞灰、粒状高炉渣、石英粉、硅粉、偏高岭土、石英、细粒石灰石、沙子和助剂混合的这种铝酸钙水泥的水泥组合物。
本发明在要求或经受温度升高的任何应用如例如油井的巩固中具有特别有利的应用。
背景技术
水泥是设计为与水混合以形成水泥组合物的矿物粉末，该水泥组合物具有硬化以形成硬化的最终材料的浆料或液体粘稠度。
市场上存在许多水泥，一方面通过它们各自与水的性质以及另一方面通过由它们可以得到的硬化的最终材料的机械和化学性质加以区分。
例如，铝酸钙水泥提供了硬化的最终材料，该最终材料具有对酸腐蚀的高耐性的特定化学性质和对高温和高压的高耐性的机械性质。
水泥与水混合时的反应性决定了通过这种水泥与水的混合物形成的水泥组合物的可加工性，即持续时间，也称为“开放时间(open time)”，其间该水泥组合物具有适于其应用的粘度，即例如低粘度以允许将其注射到裂缝中或中度粘度以允许其在样板中的成型。
这些反应性还决定在水泥与水的反应后期期间水泥组合物的硬化动力学。这些具体是水泥组合物的水凝的特征，其中水凝是由水加速的水泥的水合反应放热阶段以及在水凝之后发生材料的最终硬化的速度的特征，即硬化的最终材料达到期望的机械性质的时间。
此外，已知相对高的温度即大于约50℃、甚至大于30℃可以加速水泥组合物的硬化动力学，以及特别是通过有利于水泥组合物的增稠和通过触发更快的水凝显著降低其可加工性。
为了降低温度对水泥组合物的反应性的影响，常见地是将助剂添加到水泥组合物中，诸如缓凝剂。
然而，由于在相同的水泥组合物中可以使用若干阻滞剂，所以这些阻滞剂可以一起或与水泥组合物的其他添加剂相互作用，并且然后难以预测这种水泥组合物的硬化动力学。
另外，水泥组合物中存在阻滞剂可以导致硬化的最终材料的机械耐性降低。
此外，还已知由于可加工性和硬化动力学的这些问题，通常在现场制造具有铝酸钙基底的水泥组合物，即直接在应用水泥组合物的位置将水添加到水泥中。
同样经常出现的是在现场在正常用于制备具有波特兰(Portland)水泥基底的水泥组合物的生产线中制备具有铝酸钙水泥基底的水泥组合物。
生产线包括难以排空和/或清洁的盲区，少量水泥可以从一个生产活动保留到另一个生产活动。因而，在制备具有Portland水泥基底的水泥组合物的期间，这种Portland水泥被铝酸钙水泥残留污染的情况出现，或相反。
Portland水泥和铝酸钙水泥也彼此相互作用，并且这种相互相用加速得到的水泥组合物的硬化动力学。因而，具有Portland水泥和铝酸钙水泥的混合物的基底的水泥组合物的水凝比对于仅具有Portland水泥基底或铝酸钙水泥基底的水泥组合物所预期的水凝开始地早。当这种混合物导致无意的污染时，加速凝固可以导致堵塞设备，这是非常成问题的。
其中通常涉及高温以及必须控制水泥组合物的可加工性和硬化动力学的应用是钻井的巩固。
钻井，以及特别是油井，是主要包括钻孔岩石，同时将金属管身引入其中的复杂过程。
已知用水泥涂覆钻井的壁来增强这些井的模架(formwork)并保护嵌入其中的管身不受腐蚀，以及将这种管身密封在邻近的岩石中。
为此，产业工人使用通常称为浆料的水性悬浮液形式的水泥组合物，其主要包含分散在相对大量的水中的水泥、可能的凝聚体或特定的水泥添加剂，将它们注射到管身的底部。水性悬浮液然后升高到表面，在存在于岩壁和管身之间的空间中。
然后应该理解水性悬浮液的可加工性必须使得可以将该水性悬浮液注射到管身的底部，以及必须在上升到该水性悬浮液的表面之后在受控的时刻进行水性悬浮液的水凝，并且这考虑了高温和高压的地下条件。
例如由文件US20130299170已知水性悬浮液形式的复杂水泥组合物，其适用于巩固石油钻井，其包含铝酸钙水泥以及包含有机酸和聚合物的混合物的缓凝剂。
由文件US6143069和US20040255822还已知适用于巩固石油钻井的具有低密度的水性悬浮液形式的水泥组合物包含品牌SECAR-60TM或REFCONTM的商业铝酸钙、飞灰、水、阻滞剂诸如柠檬酸、葡萄糖酸或酒石酸和其他添加剂诸如发泡剂和防止流体损失的试剂。
然而，如此配制以降低温度对它们的可加工性和它们的硬化动力学的影响的水泥组合物是特别复杂的。此外它们导致使用许多不同的化合物，这对环境可能具有有害影响。
因此需要能够得益于铝酸钙水合所提供的性质，同时仍更容易地控制可加工性的周期，特别当温度高时，以及耐Portland水泥或Portland水泥中的某些污染。
发明内容
为了克服现有技术的上述劣势，本发明提出了一种新的铝酸钙水泥，甚至在与Portland水泥的偶然的混合的情况下，其具有这类水泥的有利的化学耐性和机械耐性以及在不添加阻滞剂的情况下的自然长的开放时间。
更具体地，根据本发明，提出了诸如在介绍中所描述的铝酸钙水泥，其中在所述铝酸钙中所有的所述第一和第二矿物学相的质量分数大于或等于80％。
这样，由于这些结晶矿物学相，根据本发明的铝酸钙水泥在不必须添加阻滞剂的情况下，具有受控的硬化动力学。
更精确地，申请人观察到包含这些矿物学相的铝酸钙水泥在周围温度下具有极长的可加工性，以及升高的温度有利于这些相与水的反应性。因而，在周围温度下，根据本发明的铝酸钙水泥与水的反应性低且水合反应的动力学非常缓慢。因此在不添加另外的化合物形式的缓凝剂的情况下，控制了具有这种水泥基底的水泥组合物的可加工性。
此外，由于通过升高温度可以引发和/或加速水凝，所以硬化动力学受到控制。
另外，这些矿物学相保证根据本发明的铝酸钙水泥与Portland水泥的相互作用降低，这降低了与Portland水泥和铝酸钙水泥之间的交叉污染有关的问题。
最后，根据本发明的铝酸钙水泥具有对高温和高压的机械耐性、以及对与现有技术中已知的铝酸钙水泥的那些类似的对酸腐蚀的化学耐性。
单独或根据任何技术容许的组合，根据本发明的铝酸钙水泥的其他非限制性和有利的特征如下：
-所述铝酸钙还包含非晶部分，其在所述铝酸钙中的质量分数小于或等于20％；
-所述铝酸钙进一步包含对于一个氧化铝Al2O3(根据水泥制造商标志标记为A)包含一个氧化钙CaO(根据水泥制造商标志标记为C)的铝酸单钙的第三结晶矿物学相CA和/或对于六个Al2O3包含一个氧化钙CaO的六铝酸钙(hexa-calcium aluminate)的第四结晶矿物学相CA6，在所述铝酸钙中所有第三矿物学相和第四矿物学相的质量分数都小于或等于20％；
-所述铝酸钙进一步包含磺基铝酸钙的其他矿物学相C4A3$，其对于三个氧化铝Al2O3和一个氧化硫SO3(根据水泥制造商标志标记为$)包含四个氧化钙CaO；
-其相对于所述铝酸钙的总重量，按重量计包含：0％至5％的氧化铁Fe2O3、0％至5％的氧化钛TiO2、0％至5％的氧化硫SO3、0％至5％的氧化镁MgO、0％至2％的碱性化合物；
-其具有粉末形式，该粉末具有根据NF-EN-196-6标准测量的2200平方厘米/克和4500平方厘米/克之间的、优选地2900和3900平方厘米/克之间的布莱恩比表面积(Blainespecific surface area)；
-其相对于所述铝酸钙的总重量，按重量计包含：50％至60％的第一结晶矿物学相CA2、26％至32％的第二结晶矿物学相C2AS(根据水泥制造商标志，S表示二氧化硅SiO2)、2.5％至3.5％的第三结晶矿物学相CA、0.5％至1.5％的铁铝酸四钙的第五结晶矿物学相C4AF(根据水泥制造商标志，F表示氧化铁Fe2O3)、10％至15％的其他结晶矿物学相；
-相对于所述铝酸钙的总重量，根据本发明的铝酸钙水泥按重量计包含0.5％至15％的磺基铝酸钙的其他矿物学相C4A3$。
本发明还提出了水泥组合物，其至少包含与水混合的根据本发明的铝酸钙水泥，并可能包含水泥添加剂诸如飞灰和/或粒状高炉渣和/或石英粉和/或硅粉和/或偏高岭土、颗粒诸如石英和/或细粒石灰石和/或沙子以及助剂。
本发明还提出了诸如在上文中所描述的铝酸钙水泥的应用，根据该应用：
a)通过混合至少所述铝酸钙水泥与水实现水泥组合物，
b)原位凝固所述水泥组合物，
c)以有利于所述水泥组合物凝固的方式将所述水泥组合物加热至50℃和300℃之间、优选地80℃和280℃之间的温度。
水泥组合物可以进一步包含本领域技术人员已知的凝聚体(例如沙子)和/或助剂(例如阻滞剂、加速剂或其他的)。
在步骤c)的温度条件下，优选地选择高压，即大于或等于饱和水汽压，以这种方式水以液态或至少饱和蒸汽的形式存在。
具体地，铝酸钙水泥的这种应用在巩固钻井中、特别是在石油钻井中特别有利。
为此，在根据本发明的应用的步骤a)中，水泥组合物是以水性悬浮液的形式，以及在步骤b)中，将水泥组合物放置在石油钻井中。
附图说明
作为非限制性实施例提供的相对附图的以下描述应该解释本发明的构成以及如何实现本发明。
在附图中：
-图1是以石灰、氧化铝和二氧化硅的质量分数表示的三元石灰-氧化铝-二氧化硅框图；
-图2是感兴趣的图1的[II-II]区域的放大图，以描述根据本发明的铝酸钙的组成范围。
具体实施方式
在本发明中，以及除非另外指定，否则值的区间“X至Y”或“X和Y之间”的表示在本发明中应被理解为包含值X和Y。
本发明涉及适于与水混合以形成水泥组合物的铝酸钙水泥，该水泥组合物的可加工性自然地长且升高温度有利于其反应性。
在其余描述中，术语“水泥”应该表示设计为与水混合以形成水泥组合物的粉末，该水泥组合物能够硬化以形成硬的最终材料。
术语“水泥组合物”应表示水泥与水和可能的其他额外的化合物的混合物。
最后，如在下文中明确解释的，水泥的“反应性”或“反应性质”表征这种水泥与水反应的能力。
从化学角度出发，根据本发明的铝酸钙水泥包含至少一种铝酸钙，即包含氧化钙和氧化铝两者的化合物。
更精确地，此处，根据本发明的水泥的铝酸钙包含通常称为石灰CaO的氧化钙、通常称为氧化铝Al2O3的氧化铝和通常称为二氧化硅SiO2的二氧化硅。
以简化符号的这种方式，如由水泥制造商用它们的符号常规进行的，我们将在下文中通过字母C简化表示石灰CaO、字母A简化表示Al2O3以及字母S简化表示二氧化硅SiO2。
这三种化合物即石灰C、氧化铝A和二氧化硅S构成存在于根据本发明的铝酸钙中的主要化合物。
根据本发明的铝酸钙相对于所述铝酸钙的总重量还可以按重量计包含：
-0％至5％的氧化铁Fe2O3(根据水泥制造商的符号，缩写为F)，
-0％至5％的氧化钛TiO2(根据水泥制造商符号缩写为T)，
-0％至5％的氧化硫SO3(根据水泥制造商符号缩写为S)，
-0％至5％的氧化镁MgO(根据水泥制造商符号缩写为M)，
-0％至2％的碱性化合物。
这些其他化合物是根据本发明的水泥的铝酸钙的次要化合物。它们构成通常来自于用于制造铝酸钙的原材料的杂质。
从矿物学角度出发，根据本发明的铝酸钙水泥包含结晶部分和非晶部分。
这些结晶和非晶部分表征根据本发明的铝酸钙水泥的微观状态：该铝酸钙水泥的结晶部分在结晶矿物学相中包含根据特定的几何形状排序的原子和/或分子，而该铝酸钙水泥的非晶部分包含彼此之间以无序的方式排列的原子和/或分子，即没有任何特别的顺序。
此处，根据本发明的水泥的铝酸钙主要是晶体。
更精确地，有利地，在根据本发明的铝酸钙水泥中，所述结晶部分在所述铝酸钙中的质量分数大于或等于80％。
换句话说，结晶部分的质量相对于根据本发明的水泥的铝酸钙的总重量是大于或等于80％。
因而，在根据本发明的铝酸钙水泥中，非晶部分的质量分数小于或等于20％。
结晶部分具有结晶矿物学相，其使得可以更具体地描述根据本发明的水泥的铝酸钙。
事实上，存在于根据本发明的水泥中的结晶矿物学相的量和性质解释了所述铝酸钙的化学组成。
在其余描述中，这些“结晶矿物学相”有时应称为“矿物学相”。
此处，具体地，由于它们涉及若干不同的化合物，所以结晶矿物学相描述了原子级别的结构和铝酸钙的化学组成两者。
具体地，此处，根据本发明的水泥的铝酸钙的矿物学相涉及石灰C、氧化铝A和二氧化硅S。
通常，铝酸钙的结晶矿物学相是多样的。在它们中，可以提到以下各项：
·仅包含石灰C和氧化铝A的相，使得：
-标记为CA的铝酸单钙CaAl2O4的相，其晶格对于一个氧化铝A的分子包含一个石灰C的分子，
-标记为CA2的二铝酸单钙CaAl4O7的相，其晶格对于两个氧化铝A的分子包含一个石灰C的分子，
-标记为CA6的六铝酸单钙的相，其晶格对于六个氧化铝A的分子包含一个石灰C的分子，
-标记为C3A的铝酸三钙的相，其晶格对于一个氧化铝A的分子包含三个石灰C的分子，
-标记为C12A7的七铝酸十二钙的相，其晶格对于七个氧化铝A的分子包含两个石灰C的分子；
·仅包含石灰C和二氧化硅S的相，使得：
-标记为CS的硅酸单钙的相，其晶格对于一个二氧化硅S的分子包含一个石灰C的分子；
-标记为C2S的硅酸二钙的相，其晶格对于一个二氧化硅S的分子包含两个石灰C的分子，
-标记为C3S的硅酸三钙的相，其晶格对于一个二氧化硅S的分子包含三个石灰C的分子；
-标记为C3S2的二硅酸三钙的相，其晶格对于两个二氧化硅S的分子包含三个石灰C的分子；
·仅包含氧化铝A和二氧化硅S的相，使得：
-标记为A3S2的三铝酸盐二硅酸盐的相，其晶格对于两个二氧化硅S的分子包含三个氧化铝A的分子，
·包含石灰C、氧化铝A和二氧化硅S的相，使得：
-标记为C2AS的铝硅酸二钙的相，其晶格对于一个氧化铝A的分子和一个二氧化硅S的分子包含两个石灰C的分子，
-标记为CAS2的铝二硅酸单钙的相，其晶格对于一个氧化铝A的分子和两个二氧化硅S的分子包含一个石灰C的分子；
该列表不是完整的列表。
通常根据向铝酸钙水泥提供的性质、具体就硬化的最终的材料的反应性和机械性质选择这些矿物学相。
通常以三元框图图解表示各种矿物学相，根据所述铝酸钙中三种化合物石灰C、氧化铝A和二氧化硅S的相对比例可以采用铝酸钙。
图1示出了这种三元框图，该框图示出了根据包含在所述铝酸钙中的石灰C、氧化铝A和二氧化硅S的质量比可以共存在于铝酸钙中的一些不同的矿物学相。
在该框图中，可以在三角形的位于顶点A和C之间的侧读取包含在铝酸钙中的石灰C的质量分数，该质量分数表示相对于包含在所述铝酸钙中的石灰C、氧化铝A和二氧化硅S的总重量包含在铝酸钙中的石灰C的重量。
石灰C的这种质量分数位于三元框图内，所有都沿着平行于与顶点C相对的三角形的侧面的线。
类似地，可以在位于顶点S和A之间的三角形侧读取包含在铝酸钙中的氧化铝A的质量分数，并且该氧化铝A的质量分数位于三元相图内，所有都沿着平行于相对顶点A的三角形的侧面的线。
同样地，可以在位于顶点C和S之间的三角形侧读取包含在铝酸钙中的二氧化硅S的质量分数，并且该二氧化硅S的质量分数位于三元相图内，所有都沿着平行于相对顶点S的三角形的侧面的线。
此外，在三元框图中，出现的特定点表示纯的矿物学相。换句话说，如果铝酸钙的结晶部分的组成精确对应于该特定点的石灰C、氧化铝A和二氧化硅S的摩尔分数，那么铝酸钙的所述结晶部分包含100％的该特定结晶矿物学相。例如点C2AS、或点CA或点CA2或CA6正是这种情况。
实际上，铝酸钙包含单一的纯相是罕见的，更常见地是包含共存的若干相。
此处，在根据本发明的铝酸钙中，主要的结晶矿物学相如下：
-相CA2，称为第一结晶矿物学相，
-相C2AS，称为第二结晶矿物学相。
更具体地，明显地，所有的所述第一和第二矿物学相CA2、C2AS在所述铝酸钙中的质量分数大于或等于80％。
换句话说，第一和第二矿物学相CA2、C2AS的累计重量表示根据本发明的铝酸钙水泥中的铝酸钙的总重量的至少80％。
因而，与现有技术中所描述的主要矿物学相是相CA的铝酸钙相反，在本文中，一个或多个主要矿物学相是第一和第二矿物学相CA2、C2AS。
相对于所述铝酸钙的总重量，根据本发明的水泥的铝酸钙的剩余20％可以包含次要矿物学相诸如：
-相CA，称为第三结晶矿物学相，和
-相CA6，称为第四结晶矿物学相。
事实上，如图1和2的三元框图所示，这些第三和第四矿物学相CA、CA6位于第一和第二矿物学相CA2、C2AS的附近，以这种方式在制造根据本发明的水泥的铝酸钙期间，很可能形成这些第三和第四矿物学相CA、CA6。
优选地，所有的第三和第四结晶矿物学相CA、CA6在根据本发明的铝酸钙水泥的所述铝酸钙中的质量分数都小于或等于20％。
根据本发明的水泥的铝酸钙的剩余20％还可以包含上文提到的构成根据本发明的铝酸钙的杂质的次要化合物：氧化铁Fe2O3(F)、氧化钛TiO2(T)、氧化硫SO3($)、氧化镁MgO或碱性化合物。
具体地，次要化合物可以形成具有铝酸钙的至少一种次要化合物的矿物学相，其是氧化铝A、石灰C和二氧化硅S。
具体地，根据本发明的铝酸钙水泥的铝酸钙的剩余20％可以包含磺基铝酸钙的其他的矿物学相C4A3$，其对于三个氧化铝Al2O3和一个氧化硫SO3包含四个氧化钙CaO。
具有对于三个氧化铝A的分子和一个氧化硫的分子$包含四个石灰C的分子的晶格的这种其他矿物学相C4A3$还称为Ye'elimite。
根据本发明的铝酸钙水泥因此相对于所述铝酸钙的总重量，可以包含按重量计0.5％至15％、优选地0.5％至12％的这种磺基铝酸钙的其他矿物学相C4A3$。
有利地，次要相Ye'elimite对水泥组合物的反应性具有影响。具体地，次要相Ye'elimite C4A3$在水泥组合物中的比例升高越多，则这种水泥组合物在周围温度下的粘度升高越多。当水泥组合物周围的温度升高时，这种效果更加明显。
次要相Ye'elimite在高温下对水泥组合物的反应性也具有影响。具体地，次要相Ye'elimite C4A3$在水泥组合物中的比例升高越多，则在高温下延长的凝固时间越多。
在适合应用于石油钻井的水泥的制造框架中，选择包含非零比例的次要相Ye'elimite的铝酸钙组合物似乎是特别有利的。具体地，在3和5％之间、例如等于3％、4％或5％的相Ye'elimite C4A3$的比例是适当的。
如果存在，则这剩余的20％还包含根据本发明的水泥的铝酸钙的非晶部分。
在图1和2的三元框图中，存在连接表示第一和第二矿物学相CA2、C2AS的特定点的特定直线D。
如果根据本发明的水泥的铝酸钙属于该特定直线D，那么其包含在100％之间的第一矿物学相CA2和100％之间的第二矿物学相C2AS之间。
换句话说，如果根据本发明的水泥的铝酸钙属于该特定直线D，那么该铝酸钙是晶体，以及所有的所述第一和第二矿物学相CA2、C2AS在根据本发明的水泥的铝酸钙中的质量分数等于100％。
因此，为了使所有的所述第一和第二矿物学相CA2、C2AS在所述铝酸钙中的质量分数大于或等于80％，则这种铝酸钙必须位于接近该特定直线D的区域Z。
在图1和2中图解示出了该区域Z。图中的点v、w、x和y对应于以下矿物组成：
-点v包含80％的第一矿物学相CA2和20％的第四矿物学相CA6，
-点w包含80％的第一矿物学相CA2和20％的第三矿物学相CA，
-点x包含80％的第二矿物学相C2AS和20％的第三矿物学相CA，以及
-点y包含80％的第一矿物学相C2AS和20％的第四矿物学相CA6。
因此，连接点的通过轮廊划界的三元相图的表面[v-CA2-w-x-C2AS-y-v]对应于区域Z，其中第一和第二相CA2、C2AS的和大于或等于80％。
此外，可以通过知道其在三元框图中的位置重新得到铝酸钙的化学组成。
例如，图1和2的三元框图的点Y的组成是石灰C 34.4％、氧化铝A48.1％和二氧化硅S17.5％。
因此，根据相同的原理，还可以使用图2在三元框图上图解确定属于区域Z的任意铝酸钙的石灰C、氧化铝A和二氧化硅S化学组成的范围。
当然，当次要化合物存在于铝酸钙中时，通过确定石灰C、氧化铝A和二氧化硅S相对于包含在该铝酸钙中的石灰C、氧化铝A和二氧化硅S的总重量的相对比例可以在三元矿物中定位该铝酸钙。
此外，出乎意料地，当在水存在的情况下，第一和第二矿物学相CA2、C2AS具有特殊的反应性。
事实上，这些第一和第二矿物学相CA2、C2AS在周围温度下与水反应很少。在其他方面，它们适于在周围温度下与水缓慢反应。
此处应理解当与水水合时，矿物学相与水反应，并且可以通过矿物学相的称为“水合程度”的量值表征该反应性。
水合程度转换为矿物学相由水水合的能力，即构成所述矿物学相的晶格的分子进入离子形式的水中的溶液，换句话说，水合程度评估存在于构成矿物学相的分子之间的键通过与水相互作用被打碎的能力。
但是，如实施例中表明的，第一和第二矿物学相CA2、C2AS适于在升高温度的影响下与水有效反应。
换句话说，这些第一和第二矿物学相的水合程度随着温度升高。
具体地，当固化温度在50摄氏度(℃)和300℃之间、优选地80℃和280℃之间而不是周围温度时，这些第一和第二矿物学相CA2、C2AS能够更快速地与水反应。
有利地，此外可以调节包含在根据本发明的铝酸钙水泥中的第一和第二矿物学相CA2、C2AS中的每个的相对量以调节该温度下根据本发明的铝酸钙水泥的反应性，从给定温度下第一和第二结晶矿物学相CA2、C2AS的水合程度开始。
与第一和第二矿物学相CA2、C2AS相反，已知当在水存在的情况下第三矿物学相CA在周围温度下反应性非常强，这是根据本发明的水泥的铝酸钙的质量分数保持小于或等于20％以保持根据本发明的水泥的长可加工性的特征的原因。
无论经受室温或高温的温度，第四矿物学相CA6完全是惰性的。因而，甚至在升高温度期间，其不会水合。
在另一方面，当存在于铝酸钙中时，因为包含大量的氧化铝，导致了生产所述铝酸钙的显著高的成本，氧化铝是所述铝酸钙的最昂贵的部分。这是其在根据本发明的水泥的铝酸钙中的质量分数保持小于或等于20％的原因。
因此，非常有利地，由于根据本发明的水泥包含很少的这些第三和第四相CA、CA6，所以当在周围温度下与水混合时，在不需要添加阻滞剂的情况下，其反应缓慢，从经济角度这是有利的。
例如，相对于所述铝酸钙的总重量，特别感兴趣的根据本发明的铝酸钙水泥包含按重量计：
-50％至60％的第一结晶矿物学相CA2；
-26％至32％的第二结晶矿物学相C2AS；
-2.5％至3.5％的第三结晶矿物学相CA；
-0.5％至1.5％的铁铝酸四钙的第五结晶矿物学相C4AF；
-10％至15％的其他结晶矿物学相。
因而，根据本发明的该组合物具有主要的第一和第二结晶矿物学相CA2、C2AS和次要的结晶矿物学相CA、CA6。
更精确地，可以考虑根据本发明的铝酸钙水泥的实例相对于所述铝酸钙的总重量精确地包含按重量计：
-55％的第一结晶矿物学相CA2；
-29％的第二结晶矿物学相C2AS；
-3％的第三结晶矿物学相CA；
-1％的铁铝酸四钙的第五结晶矿物学相C4AF；
-12％的其他结晶矿物学相。
其他的结晶矿物学相具体包括例如相Ye'elimite C4A3$。根据本发明的铝酸钙水泥的这种实例相对于所述铝酸钙的总重量包含例如按重量计0.5％和12％之间的这种相Ye'elimite C4A3$。
更精确地，在上文给出的实施例中，铝酸钙水泥包含例如4％的这种相Ye'elimite，Ye'elimite包含在12％的其他结晶矿物学相中。
在图2的框图中，在点I处找到这种具体的组成。在图2中，其非常接近于具体直线D且甚至看起来属于该具体直线D。
此外，为了制造根据本发明的铝酸钙水泥，操作员在一个操作中共同研磨、即混合和研磨矾土和石灰石直至提供包含最大直径小于或等于100微米(μm)的颗粒的粉末。
可以使用球磨机或本领域技术人员已知的任何其他研磨机进行共同研磨操作。
然后用水粒化在该共同研磨操作的最后得到的粉末，即粉末的精细颗粒由于水凝聚以形成直径超过粉末的那些的细粒。
然后将这些细粒引入到由氧化铝制成的坩埚中，然后将坩埚本身引入到电烘箱中。根据600℃/小时的温度梯度将包括坩锅的电烘箱升至1400℃的温度。当烘箱达到1400℃时，应用6小时的烘干阶段(cooking stage)。
在电烘箱的出口，精细研磨铝酸钙的细粒以形成粉末，该粉末形成根据本发明的铝酸钙水泥。
有利地，根据本发明的铝酸钙水泥粉末具有根据NF-EN-196-6标准测量的2200平方厘米/克和4500平方厘米/克之间的布莱恩比表面积。
优选地，根据本发明的铝酸钙水泥的布莱恩比表面积在2900和3900平方厘米/克之间。
布莱恩比表面积越高，构成粉末的细粒越精细。
此外，有利地，根据本发明的具有这种布莱恩比表面积的水泥在其与水混合期间适应为具有与这种水的最佳接触表面。
此外，根据本发明的具有这种布莱恩比表面积的水泥适应为与大量的水均匀混合，即水泥适应为在混合物的所有点等同地分散在大量水中。
换句话说，甚至在存在显著大量的水的情况下，根据本发明的水泥不会渗出。
可以将根据本发明的铝酸钙水泥与水混合以形成水泥组合物。
更精确地，根据本发明的水泥组合物可以包含除根据本发明的铝酸钙水泥之外的化合物，诸如：
-选自飞灰和/或粒状高炉渣和/或石英粉和/或硅粉和/或偏高岭土的水泥添加剂，
-选自石英和/或细粒石灰石和/或沙子的具有或大或小直径的颗粒，和
-本领域技术人员已知的任何种类的助剂，例如稀释剂或缓凝剂。
可能包含在水泥组合物中的其他化合物的这些列表不是限制性的。
飞灰对应于在高压和高温下燃烧粉煤期间得到的灰烬。
可以具体添加称为粉状飞灰的非常细的飞灰或称为炉底灰的具有较大尺寸的飞灰。其实例是Scotash公司的商业产品EN4750"N"(EN4750"N"fly/>)或FlyAshDirect公司的F类/>(class F bottom/>)。
以下表1给出了这些飞灰的主要的物理-化学特性。
表1
飞灰 EN450"N"飞灰 F类底灰
公司 Scotash FlyAshDirect
布莱恩比表面积(cm2/g) 3110 2000
d50(μm) 14.0 23.1
密度 2.27 2.49
LOI 1000℃(％) 4.8 未获得
此处，LOI(灼烧减量)将挥发性组分组合在一起。
粒状高炉渣来自在鼓风炉中熔化铁期间形成的表层，所述表层在熔化中与铁分离，然后冷却为细粒形式形成所述炉渣。
其实例是来自Ecocem公司的商业产品
以下表2给出了这种炉渣的主要的物理-化学特征。
表2
炉渣 炉渣
公司 Ecocem
布莱恩比表面积(cm2/g) 4500
d50(μm) 12.7
密度 2.93
石英粉是包含无定形二氧化硅的火山灰质材料。其通常是在电弧炉中生产硅和/或硅铁的合金的二次产物。其可以具有不同的方面：可以找到非常精细的粉末形式或直径几毫米的硬的细粒。
其实例是Elkem公司的商业产品和Norchem公司的Dray Powder />
以下表3给出了这些石英粉的主要物理-化学特征。
表3
石英粉 971U 干粉S
公司 Elkem Norchem
布莱恩比表面积(cm2/g) 16400 1640
d50(μm) 10.3 ～560
密度 2.24 2.29
偏高岭土是通过在高温下脱羟基化高岭土生产的无水的和少量结晶的硅酸铝。
其实例是Soka(Kaolinière Armoricaine Company)公司的商业产品Metasial
以下表4给出了这种偏高岭土的主要的物理-化学特征。
表4
偏高岭土 Metasial V800
公司 Soka
布莱恩比表面积(cm2/g) 14100
d50(μm) 4.0
密度 2.75
实际上，水泥组合物可以例如包含：
-相对于水泥组合物的干重，按重量计0％至50％的水泥添加剂，和/或
-相对于水泥组合物的干重，按重量计50％至100％的根据本发明的铝酸钙水泥；
水泥组合物的干重对应于除了水之外包含在所述水泥组合物中的所有化合物的总重量。
因此，水泥组合物可以例如包含相对于水泥组合物的干重按重量计0％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％的水泥添加剂，和/或相对于水泥组合物的干重按重量计50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或100％的铝酸钙水泥。
不考虑包含在水泥组合物中的化合物，存在的铝酸钙水泥与水反应，即铝酸钙水泥和水之间产生化学反应，通常称为“水合”，其间构成根据本发明的水泥的结晶和/或非晶部分的分子和水水合，即它们以离子形式进入到水溶液中。
常规地，由于该化学反应，通过水和根据本发明的水泥之间的混合形成的水泥组合物的粘稠度能够随时间改变。
更精确地，可以检测到所述水泥组合物中的三阶段变化，这三阶段构成水泥组合物的“整体硬化”：
-第一阶段，称为增稠阶段，其间水泥组合物的粘度缓慢升高，而不妨碍它们的实施；
-第二阶段，称为凝固阶段或水凝阶段，其间水泥组合物快速硬化；以及
-第三阶段，称为最后的硬化阶段，其间水泥组合物继续更缓慢地硬化。
增稠阶段的持续时间可以在水泥与水泥之间不同，因为其很大程度上取决于使用的水泥的反应性。
开放时间整体对应于这种增稠阶段的持续时间。一般而言是约几小时。
实际上，增稠阶段的持续时间根据所考虑的应用、可能添加的水泥和助剂可以从几分钟到几小时不等。
在油井应用的情况下，增稠阶段通常持续几个小时。
增稠阶段的持续时间还取决于外部参数诸如压力、温度以及水和水泥之间的相对比例。
在水凝阶段，水泥组合物从液态快速过渡到固态，这些状态在术语的机械含义中进行了限定，即液态是当经受变形时水泥组合物不可逆地变形的状态，而固态是当经受变形时水泥组合物弹性变形的状态。
实际上，认为当经受在实施例部分根据在下文所描述的ASTM C91标准的维卡测试时，水泥组合物达到其固态，维卡针不能完全穿过水泥组合物。相反，认为当经受该相同的维卡测试时，维卡针完全穿过水泥组合物，则水泥组合物是液态。
因而，在水凝阶段的最后，水泥组合物已经具有硬化特征，这样可以将其视为是硬化的最终的材料。然而，在最终的硬化阶段，其继续硬化。
实际上，此处，本发明提出了根据本发明的铝酸钙水泥的应用，根据该应用，
a)通过混合所述铝酸钙水泥与水实现水泥组合物，
b)放置所述水泥组合物，
c)以有利于凝固所述水泥组合物的方式将所述水泥组合物加热至50℃和300℃、优选地80℃和280℃范围内的温度。
在步骤a)中，用户通过混合铝酸钙水泥与可能包含在水泥组合物中的所有所述其他化合物以及水形成水泥组合物。
最初，即当水、水泥和可能的所述其他化合物混合时，形成的水泥组合物的粘稠度根据其相对于所述水泥组合物包含的水的重量或多或少是流体。
添加到根据本发明的水泥和所述可能的其他化合物中的水的量主要取决于预期的水泥组合物的应用。
例如，用户可以选择非流体浆料形式的水泥组合物。
根据本发明的铝酸钙水泥的具体应用，在步骤a)中，用户可以形成水泥的水性悬浮液。
更精确地，在水泥组合物是通过水和根据本发明的水泥唯一地形成的水性悬浮液的情况下，水在所述水性悬浮液中的质量分数在15％和45％之间。
水在该水性悬浮液中的质量分数包括在15％和45％之间，水/水泥比值在20％和70％之间，所述比值是形成水性悬浮液的水的重量和干燥水泥的重量之间的比值。
在水泥组合物是水性悬浮液并包含水、根据本发明的铝酸钙水泥和水泥添加剂的情况下，水在所述水性悬浮液中的质量分数在20％和60％之间，例如等于29％、31％、33％、37％、52％或55％。
水在该水性悬浮液中的质量分数在20％和60％之间，水/干燥化合物比值在25％和150％之间，所述比值是水的重量和包含水泥和水泥添加剂的水泥组合物的干重之间的比值。例如，水性悬浮液的水/干燥化合物等于41％、48％、60％、80％、110％或120％。
这些一般问题是本领域技术人员已知的，以及不在下文中更详细地讨论添加到水泥和可能其他化合物中以得到粘稠度适于各种应用的水泥组合物的水的比值。
在步骤b)中，只要水泥组合物处于增稠阶段，则用户可以在原位凝固水泥组合物。
例如，如果水泥组合物具有水性悬浮液的形式，那么用户可以将水泥组合物倾倒到狭槽中。
具体地，根据本发明的铝酸钙水泥以水性悬浮液形式的具体应用，在步骤b)中，将所述水性悬浮液注射到石油钻井中。
通过一个或若干个泵进行这种注射，一个或若干个泵将水性悬浮液推送到钻井底部的管身中。一旦达到该钻井的底部，则这种悬浮液可以自然移动返回到岩壁和管身之间的表面处。
当水泥组合物是以浆料的形式时，用户可以以预制造束或厚片类型的对象的方式将其成型。
在步骤c)中，通过将水泥组合物加热到50℃和300℃、优选地80℃和280℃之间的温度有利于触发水泥组合物的水凝阶段。
更精确地，水泥组合物的这种加热可以是自愿的或被动经受的。
因此，实际上，根据水性悬浮液形式的水泥组合物用于石油钻井的具体应用，在移动返回到表面之后，通过周围岩石天然地将水泥的这种水性悬浮液加热到50℃和300℃之间。
例如，在位于地面下3000m和5000m之间的深度，温度通常在120℃和180℃之间，然后进行水泥组合物的加热。
因此，有利地，根据本发明的铝酸钙水泥的具体应用，水性悬浮液在周围温度下具有令人满意的可加工性，即其在周围温度下的粘度足够低以通过泵注入，以及当环境温度上升时，注入到井中之后所述水性悬浮液产生硬化。
有利地，这样没有必要将阻滞剂添加到水性悬浮液中。
用户还可以选择通过将所述水泥组合物加热到选择的50℃和300℃之间的温度激活根据本发明的水泥组合物的水凝现象。因此这是自愿的加热。
有利地，用户可以因此通过选择加热水泥组合物的时刻选择触发水凝阶段的时刻。
当加热是自愿或被动经受时，整体对应于开放时间的增稠阶段在加热时刻结束。
实施例
在接下来的部分中，实施实施例以评估根据本发明的铝酸钙水泥的性质，以及将其与其他现有的水泥比较。
为此，由各种铝酸钙水泥形成了各种水泥组合物，已经使用若干测试表征了根据本发明的水泥和这些水泥组合物。
两个主要方面使得表征水泥组合物成为可能：改变水泥组合物具有适于其应用的开放时间的其可加工性，及其硬化动力学。
硬化动力学反映水泥组合物的增稠速度和水凝开始的时刻以及在水泥组合物与可添加的水反应之后在根据应用的期望时间由水泥组合物得到的硬化的最终材料达到的机械耐性。
可以通过不同的测试方法及根据不同标准以不同的方式量化可加工性和硬化动力学特征。因此，诸如下文中所限定的，可以通过测量的不同的特征时间来量化可加工性和硬化动力学的这些特征，例如凝胶化时间、初始凝固的时间或增稠时间。
当然，根据计划的水泥组合物的应用，可加工性和硬化动力学可以改变。
I.初步测试
1/比较的水泥
实际上，此处，使用第一、第二和第三铝酸钙水泥(Cement1、Cement2、Cement3)来形成不同的水泥组合物，比较不同水泥组合物的性质。
更精确地，第一和第二水泥(Cement1、Cement2)是在商业名称Ciment 和71下已知的现有技术的铝酸钙水泥。
第三水泥(Cement3)是根据本发明的铝酸钙水泥。
根据下文描述的工业方法，通过共同研磨相对于共同研磨的材料的总重量按重量计63.5％的矾土和36.5％的石灰石得到。
下表“组成”示出了针对根据本发明的第三种水泥Cement3测量的化学组成，以及用于得到它的原材料的化学组成(矾土和石灰石)。以重量百分比(％)给出这些组合物，即它们表示化合物相对于使用的水泥或原材料的总干重的重量。
表“组成”
Cement3 矾土 石灰石
SiO2(％) 7.02 7.67 0.30
Al2O3(％) 58.90 77.59 0.20
Fe2O3(％) 2.85 2.30 0.08
CaO(％) 26.62 3.69 55.52
MgO(％) 0.52 0.39 0.28
SO3(％) 0.20 0.16 0.03
K2O(％) 0.55 0.91 0.02
Na2O(％) 0.07 0.16 0.00
TiO2(％) 2.78 3.72 0.00
P2O5(％) 0.17 0.15 0.00
Mn2O3(％) 0.01 0.02 0.00
Cr2O3(％) 0.03 0.08 0.00
LOI(％) 0.28 2.78 43.54
此处的LOI线(灼烧减量)将挥发性要素诸如矾土情况下的残余水份或石灰石情况下的二氧化碳CO2组合在一起。
下表5给出了包含在这些第一、第二和第三水泥(Cement1、Cement2、Cement3)中的矿物学相。通过已知的X射线衍射(经常缩写为DRX)测量矿物学相。
表5：
CA CA2 C2AS C2S 铁氧体 其他
Cement1 55％ na 3％ 9％ 11％ 22％
Cement2 60％ 40％ na na na na
Cement3 3％ 55％ 29％ na 1％ 12％
符号na是指水泥不包含对应的矿物学相或存在非常低的不可测量量的这些相。
矿物学相铁氧体基本上包含铁铝酸四钙的矿物学相C4AF，以下称为第六结晶矿物学相。该第六结晶矿物学相的晶格针对于一个氧化铝A的分子和一个氧化铁Fe2O3(缩写为字母F)包含四个石灰C的分子。
“其他”列将包含在这些水泥中的杂质组合在一起，即以下化合物中的至少一种：氧化铁Fe2O3、氧化钛TiO2、氧化硫SO3、氧化镁MgO和碱性化合物。
具体地，现有技术的水泥Cement1的“其他”列包含矿物学相CA6和C4A3$。更精确地，水泥Cement1相对于包含在所述Cement1中的所有相的总重量包含按重量计0％的相CA6和约0.7％的C4A3$。
相对于包含在所述Cement3中的所有矿物学相的总重量，水泥Cement3包含3％的相CA6和4％的相C4A3$。
在根据本发明的这种第三铝酸钙水泥的工业制造中，包含的矿物学相的比例可以在一个制造操作与另一个制造操作之间稍微变化。
因此，在与得到根据本发明的第三水泥Cement3的条件类似的条件中也得到了具有表6中描述的矿物学相比例的根据本发明的另一种水泥Cement3bis。
表6
根据本发明的这种其他铝酸钙水泥因此相对于仅两种矿物学相CA2、C2AS包含72.5％的矿物学相CA2和27.5％的矿物学相C2AS。
还将参照水泥(CementRef)用于比较第一、第二和第三铝酸钙水泥Cement1、Cement2、Cement3。
这种参照水泥CementRef是本领域技术人员常规已知的和经常用于石油钻探类型的应用的G类Portland水泥。
参照水泥CementRef具有约3010cm2/g的布莱恩比表面积。
2/增稠时间
使表征研究的水泥成为可能的第一测试包括测量通过混合这些水泥与水得到的不同水泥组合物的增稠时间。
增稠时间是可以评估水泥组合物的可加工性的信息，特别当其具有水性悬浮液的形式时。
在此处指定的含义中，增稠时间是在不能再泵入水泥组合物的持续时间的估值。换句话说，这是最后水性悬浮液太过粘稠而不能借助于泵位移的持续时间。
更精确地，增稠时间对应于水和水泥混合形成水性悬浮液形式的水泥组合物的时刻以及水泥组合物的称为Bearden粘稠度(Bc)的黏稠度达到使得这种水泥组合物不能再泵入的值的时刻之间所经历的时间，其中，使用没有单位的量值表达Bearden黏稠度。
此处，根据文件“Petroleum and natural gas industries-Cement andmaterials for well cementing”的标准“ISO 10426-1，第10.3条”实现增稠时间的测量，其中第一部分NF-EN-ISO-10426-1标题为“Part 1-Specifications”且是基于ISO 10426-1:2005标准，以及增稠时间是在23℃下在1大气压(atm)的大气压力下达到100Bc的Bearden粘稠度的时间。
实际上，例如借助于适于在水泥组合物中旋转同时测量转矩的调制叶片进行这种增稠时间的测量。这种测量的转矩使得可以评估叶片施加到水泥组合物上以能够旋转的力。因此该转矩与水泥组合物的的Bearden粘稠度有关。
以下表7示出了使用三种铝酸钙水泥Cement1、Cement2、Cement3和Portland水泥CimentRef形成的不同的水泥组合物，以及在周围温度(23℃)下与它们有关的增稠时间。
实际上，在23℃下通过在4000转/分(rpm)的搅拌下混合水泥与适当量的水(表1中指出)15秒形成这些水泥组合物。然后进行12,000转/分的另外搅拌35秒。
在该表7中，水/水泥比值表示引入以形成水泥组合物的水相对于干燥水泥的重量的重量。
表7：
水泥组合物的名称 使用的水泥 水/水泥比 增稠时间(小时：分钟)
Compo1 Cement1 0.5 1:21
Compo2 Cement2 0.5 0:48
Compo3 Cement3 0.38 10:26
CompoRef CimentRef 0.44 5:38
在表7中，可以看出使用现有技术的铝酸钙水泥Cement1和Cement2形成的水泥组合物Compo1和Compo2在周围温度(23℃)下具有相对短的增稠时间(小于2小时)。如果用户需要比这些增稠时间更长的时间以能够使用包含两种水泥Cement1和Cement2的水泥组合物，则必须将缓凝剂添加到它们中。
包含CimentRef的水泥组合物CompoRef确认Portland水泥在周围温度(23℃)下具有平均增稠时间(约5小时)。这是这些水泥经常用于要求相当长的执行时间的应用的原因。
包含根据本发明的铝酸钙水泥Cement3的水泥组合物Compo3具有大于10小时的增稠时间，这向用户提供了使用的可能性，例如运输、倾倒、注射、泵入等，这种水泥组合物Compo3长时间增稠，且不必须向其中添加阻滞剂。
此外，其在周围温度(23℃)下具有比水泥组合物CompoRef的那些几乎长两倍的增稠时间，即使其包含少量水且因此比水泥组合物CompoRef更具反应性。
根据本发明的水泥Cement3因此在不添加缓凝剂的情况下具有很高的可加工性。因此，特别适用于要求非常长的开放时间的应用，并且不会产生与使用缓凝剂相关的化学污染。
3/粘度
使得可以表征研究的水泥的第二测试包括测量某些水泥组合物的粘度。
3a. 35粘度计
粘度使评估这些水泥组合物的硬化动力学和可加工性成为可能。
此处是关于测量水泥组合物的流变学，即它们的流动和/或变形的能力。
在此处指出的含义中，根据ISO 10426-2标准第12条进行粘度的测量。该标准出自"Petroleum and natural gas industries-Cement and materials for wellcementing"的第二部分，所述部分标题为“Part 2-Testing of well cements”且是基于1997年12月的公开API RP 10B，第22版本，1999年10月的附录1。
更精确地，如下进行粘度测试的执行：将水泥与选择量的水混合以形成水泥组合物(上文详细描述了操作方法)，然后将该水泥组合物放置在品牌模型35的旋转粘度计中。
旋转粘度计35是“具有直接指示的”。实际上，将两个同轴圆柱体竖直插入到水泥组合物中。外圆柱体-也称为套筒以由操作员选择的速度由电机驱动旋转。内套筒通过扭力弹簧连接至框架。设置为通过外圆柱体移动的水泥组合物对内套筒施加转矩，并且该转矩与所述弹簧的扭转角成比例。
弹簧的扭转角的直接读数(以度计)与水泥组合物的剪切力(以帕斯卡计)相关，其转换为所述水泥组合物的粘度。这种测量通常称为“35读数”。
实际上，外圆柱体通过电位计以操作员选择的3至300转/分范围的旋转速度旋转，以及十字线使在视觉上测量连接至内套筒的弹簧的旋转角的刻度盘成为可能，其中该扭转角与通过水泥组合物在内套筒上的移动产生的转矩成比例。
然后根据外圆柱体的旋转速度，可以跟踪连接至内套筒的弹簧的扭转角的变化。
此外在23℃、50℃或80℃的温度下，以及在约1大气压(atm)的大气压下，在3转/分(rpm)的粘度计旋转速度下，可以测量一次性水泥组合物来评估直接混合水泥和水之后的粘度(初始粘度V1)或在10分钟的静置期之后的粘度(粘度V2)。
实际上，如上文指出的，读取的值是连接至粘度计35的内套筒的弹簧的扭转角的值。
下表8示出了测试的各种水泥组合物并给出了表示它们在23℃下的各自粘度V1和V2的内套筒的扭转角的值，表9示出了类似的水泥组合物和表示它们在50℃下的粘度的内套筒的扭转角的值，以及表10示出了与表9的那些相同的水泥组合物和表示它们在80℃下的粘度的内套筒的扭转角的值。
在这三个表格8、9和10中，测试的水泥组合物取决于使用的水泥和选择的水泥的布莱恩比表面积以及选择的水/水泥比值。
此处针对粘度V1和V2指出的值是测量的扭转角的值。
表8
因此，包含现有技术的铝酸钙水泥Cement2的水泥组合物Compo5具有能够操作的可接受的最初粘度V1(即例如通过泵设置)，但是其在10分钟之后的粘度是凝胶化的水泥组合物的那些。因此，一旦水泥组合物Compo5不能移动过长的时间，则不再能进行操作。当期望使用泵移动这种水泥组合物时，这是特别有害的，将增加临时停工之后启动时的损坏风险。
相反，根据本发明的水泥组合物Compo6至Compo10是特别有利的，因为它们的最初粘度V1低(小于20)，这有助于通过泵运输它们。放置一段时间之后它们的粘度V2仍保持充分低使得可以泵入它们。
因此，包含根据本发明的铝酸钙水泥Cement3的水泥组合物的硬化动力学在周围温度下比现有技术的水泥组合物缓慢得多，这对于要求长期操作的应用是一个优势。
此外，表8还给出了根据本发明的铝酸钙水泥Cement3的根据布莱恩比表面积的反应性的指示。确实应注意布莱恩比表面积增加越多，最初粘度和静置之后的粘度增加越多。因此，当布莱恩比表面积增加时，硬化动力学加速，这解释了粉末中的细小颗粒更容易由水水合的事实，因为它们具有较大的反应表面。
表9
通过比较表8和9，观察到当温度升高时，表9中的包含现有技术的铝酸钙水泥Cement2的水泥组合物Compo11的初始粘度增大，即使包含比表8中的类似水泥组合物Compo5更多的水。
此外，如在水泥组合物Compo5的情况下，一段时间之后水泥组合物Compo11的粘度V2也明显过大，而在没有添加缓凝剂的情况下这种水泥组合物Compo11不能在泵中使用。
此外，根据本发明的水泥组合物Compo12至Compo14具有低的初始粘度V1和在间歇时间之后的粘度V2，仍允许将它们良好地用于通过泵运输。
此外，在该温度(50℃)下，布莱恩比表面积对粘度起到重要作用：布莱恩比表面积增加越多，粘度增加越多。
表10
水泥组合物 初始粘度V1 粘度V2
Compo11 >300 >300
Compo12 7 138
Compo13 14 195
Compo14 28 270
表10示出了在80℃下，不能使用包含现有技术的铝酸钙水泥Cement2的水泥组合物Compo11，因为一旦其与水混合，粘度过高。
包含根据本发明的水泥Cement3的水泥组合物的初始粘度V1在80℃与在50℃具有相同的数量级。
然后，升高温度影响间歇时间之后水泥组合物Compo12至Compo14的粘度V2。事实上，在50℃至80℃之间，一段时间之后的粘度明显升高，且如果布莱恩比表面积越大，升高越多。这确认了温度有利于水和根据本发明的水泥Cement3之间的反应。
3b.Anton Paar粘度计
此外，可以通过Anton Paar粘度计(或流变计)进行粘度的其他测量。
实际上，对于Anton Paar流变计，参考其设置有杯子CC27和围绕直径4mm的轴具有16毫米(mm)高超过9mm长的6个直的矩形叶片的混合导流片。
Anton Paar粘度计使得当叶片以选定的速度旋转时，可以在给定的温度下作为时间的函数跟踪粘度变化。
为此，流变计实际上测量所述水泥组合物中的水泥组合物对旋转叶片施加的转矩。
测量的转矩是水泥组合物的粘度的表示。
此外，在80℃下，当叶片施加了500s-1的剪切速率时，跟踪了这种转矩作为时间函数的变化。
得益于得到的曲线，可以返回到凝固开始，即所谓的“凝胶”(或凝胶化)时间，其对应于曲线的斜率变化位置，代表作为时间的函数转矩。
以下表1平行示出了在静置10分钟之后由35粘度计测量的粘度(V2)，以及包含根据本发明的水泥Cement3bis的两种水泥组合物的凝胶化时间，以及包含Portland水泥CementRef的现有技术的水泥组合物的凝胶化时间。
表11
此外，实验结果示出包含根据本发明的水泥Cement3bis的水泥组合物在短时间内粘度比包含Portland参照水泥的那些低。
此外，根据本发明的水泥组合物compo15和compo16相比组合物CompoRef示出了干净和快速的凝固。然后明显标记了增稠阶段和凝固阶段之间的实验曲线的斜率的断裂。
最后，可以注意到凝胶化时间取决于应用于根据本发明的水泥的水/水泥比。
4/渗出测量
测量渗出包括在将这种水性悬浮液固定2小时之后确定出现在给定量的水性悬浮液的表面上的水的质量。
以相对于添加到水性悬浮液中的水的总重量的重量百分比(％)给出出现在表面上的水。
从“美国石油组织(API)”的标准的角度，为了使水性悬浮液可接受，允许渗出的水的最大百分比是5.9％。
实际上，此处在23℃下在容量为250毫升(ml)的圆柱体容器中进行渗出测量。
下表12给出了上文研究的三种组合物Compo15、Compo16和CompoRef的渗水百分比。
表12
此处应注意甚至在较高的水/水泥比值下，根据本发明的水泥渗出比参照水泥少，这有利于保证符合API标准。
5/机械耐性
在另一方面，还可以通过测量由硬化的最终材料达到的机械耐性评估水泥组合物的硬化动力学，硬化的最终材料在水和水泥之间的反应之后得到。
实际上，通过混合水和水泥形成水泥组合物，然后在根据ISO 10426-1标准第9.2条测量之前允许在选定的温度和选定的压力下将水泥组合物放置24小时。
表13示出了在37℃和在大气压力下24小时之后(R1)、在60℃和在大气压下24小时之后(R2)以及在110℃和在20.7兆帕的压力下24小时之后(R3)三种水泥组合物Compo1、Compo2和Compo3的机械耐性。
以兆帕(MPa)给出机械耐性R1、R2和R3。
表13
从37℃，由包含根据现有技术的铝酸钙水泥Cement1和Cement2的水泥组合物Compo1和Compo2发展的机械耐性是显著的，这确认了这些水泥组合物Compo1和Compo2在低温下反应的事实。
相反，包含根据本发明的水泥Cement3的水泥组合物在37℃具有零机械耐性，以及在60℃下几乎为零的机械耐性，这表明这种水泥在60℃下仅非常少量的反应。因此，这支持了在不添加阻滞剂的情况下，据本发明的水泥与水在小于60℃的温度下的反应自然延迟的事实。
在110℃下24小时之后，水泥组合物Compo1和Compo2的机械耐性更高，这证明了这些水泥组合物在小于37℃温度的温度下更快速地反应。
在110℃下，水泥组合物Compo3还发展了约二十兆帕的机械耐性。因此，高温有利于根据本发明的水泥和水之间的反应。
因此，根据本发明的铝酸钙水泥具有由温度自然控制的硬化动力学，不需要添加阻滞剂。
此外，在110℃下，由包含根据本发明的铝酸钙水泥Cement3的水泥组合物Compo3发展的机械耐性与常用的和迄今为止已知的铝酸钙水泥的那些类似(约20MPa)。
因此其示于类似的应用。
6/凝固时间和污染
6a.用维卡针测试
另一个测试处理根据本发明的水泥对Portland水泥的污染的效果。
为此，采集包含Portland水泥和铝酸钙水泥两者的各种水泥组合物的凝固时间的测量数据。
在此处预期的含义中，根据ASTM C91标准使用维卡针测量凝固时间。
维卡测试由混合水与水泥以形成水泥组合物，然后以规律的时间间隔允许维卡针落入静态的水泥组合物中组成。只要针头落入水泥组合物的底部，则认为没有达到凝固时间，一旦其不能达到水泥组合物的底部，则达到了凝固时间。
实际上，凝固时间因此对应于水泥和水混合以形成液态水泥组合物的时刻和水泥组合物进入充分固化的状态的时刻之间所经历的时间，充分固化的状态使得维卡针在23℃和大气压(1atm)下不能完全通过而只能部分通过。
下表14示出了包含一定比例的混合有Portland水泥的铝酸钙水泥的不同水泥组合物以分钟计的凝固时间。使用的Portland水泥是H类的Portland水泥。
在该表14中，百分比给出了相对于使用的水泥的总干重添加的铝酸钙水泥的重量。因此，达到100％的补充剂对应于包含在总干重的水泥中的Portland水泥的重量。
水/水泥比值是0.38，即使用的水的重量代表使用的水泥的总干重的38％。
表14
使用的铝酸钙水泥 0％ 5％ 8％ 15％
Cement1 400 310 220 20
Cement2 400 190 45 10
Cement3 400 340 320 300
表14示出了铝酸钙水泥污染Portland水泥对凝固时间的影响。
根据表14，现有技术的铝酸钙水泥Cement1和Cement2对使用的Portland水泥的凝固时间具有显著影响。事实上，在对应于第一列的单独的Portland水泥具有400分钟的相对长的凝固时间时，针对与15％的铝酸钙水泥Cement1和Cement2的混合物观察到的凝固时间非常短(分别是20和10分钟)。这意味着包含Portland水泥和现有技术的铝酸钙水泥的水泥组合物反应特别迅速，防碍这种水泥组合物对要求长的执行过程的应用的用途。因此不能将这种水泥组合物用于例如钻井类型的应用。
相反，由根据本发明的水泥Cement3污染Portland水泥在周围温度下对水泥组合物的凝固时间仅具有非常少的效果。事实上，包含15％的Cement3和85％的Portland水泥的水泥组合物的凝固时间对应于包含100％的Portland水泥的水泥组合物的凝固时间的75％。
因此，与其他铝酸钙水泥相比，促进根据本发明的铝酸钙水泥Cement3的应用，因为在不需要完全清洁设施的情况下能够将这些设施用于Portland水泥。
6b.经由Anton Paar流变计的测试
此外，其他测试使得可以测量Portland水泥被根据本发明的水泥污染或根据本发明的水泥被Portland水泥污染的影响。
这些测试包括在20℃或在80℃下作为时间的函数跟踪水泥组合物对以500s-1的持续剪切速度旋转的Anton Paar流变计的叶片施加的转矩。
得到的曲线使得可以推导出凝胶化时间(如在上文的要点3b.Anton Paar粘度计中所解释的)。
得到的曲线还使得可以确定形成水泥组合物和转矩达到4mN.m的时刻所经历的持续时间。
该持续时间使得可以量化水泥组合物的“凝固时间”。该凝固时间的值不一定等于通过维卡测试测量的凝固时间的值。
对于该测量，如下制备水泥组合物：使用Rayneri Turbotest混合器在1000转/分下将100g的水泥与44g的水(即水/水泥比值0.44)15秒，然后在3300转/分下混合120秒。
下表15示出了得到的结果。
表15
在该表15中，相对于水泥的总重量给出按重量计的百分比。
当凝胶化时间和/或凝固时间的值是420分钟时，则意味着在材料经历凝胶化或凝固之前停止实验。在这些情况下，凝胶化和凝固时间实际上比420分钟高得多。
应注意当在20℃下用10％的根据本发明的水泥Cement3bis污染Portland水泥CimentRef时，凝胶化和凝固时间不受影响，即它们与针对单独的Portland水泥CimentRef得到的那些类似。
相反，当在20℃下用10％现有技术的水泥Cement2污染Portland水泥时，凝固和凝胶化时间剧烈下降：它们都是10分钟。
此外，当在20℃下用最高达10％的Portland水泥CementRef污染根据本发明的水泥Cement3bis时，凝胶化和凝固时间不受影响，即它们与针对单独的水泥Cement3bis得到的那些类似。
当用25％的Portland水泥CementRef污染根据本发明的水泥Cement3bis时，凝胶化和凝固时间保持令人满意地：它们分别是约190分钟和260分钟。
这样，根据本发明的铝酸钙水泥的应用在周围温度下相对于现有技术的水泥受到促进，因为在这些设施中使用Portland水泥之后或之前不需要清洁设施。
7/水合程度
最后测试包括评估温度对根据本发明的水泥Cement3的水合程度的影响。
该测试是基于在允许化学元素分析的扫描电子显微镜下的观察以及X-射线衍射的测量，衍射允许根据Rietveld方法量化矿物学相。
实际上，通过以0.44的水/水泥比值混合水与根据本发明的水泥Cement3形成水泥组合物Compo15，即，相对于水泥的总干重，以水代表按重量计44％的方式。
通过以0.44的水/水泥比值混合水与现有技术的水泥Cement2也形成了水泥组合物Compo16。
然后在形成(D1)之后，固化之后，即，在23℃下静置24小时之后(D2)，在高压釜中在120℃(D3)下24小时之后(D3)，以及在高压釜中在180℃下24小时之后(D4)使这些水泥组合物Compo 15和Compo 16经受X-射线衍射。
该X-射线衍射测试的结果使得可以根据它们经受的处理，评估存在于水泥组合物Compo15和Compo16以及剩余的游离水中的每种矿物学相相对于水泥组合物Compo15的总重量按重量计的百分比。
根据经历的不同处理，结果使得可以评估水与水泥Cement3和Cement2的水合反应期间形成的水合物的百分比。水合物是水(标为H)和来自最初包含在研究的水泥中的矿物学相的水合化合物之间形成的化合物。
换句话说，X-射线衍射测试的结果使得可以评估根据本发明的水泥Cement3或现有技术的水泥Cement2的矿物学相根据温度的水化程度。
“游离水”是指没有用于与来自各种水合矿物学相的离子键连的水，即，还不属于形成的水合物的水。换句话说，这是仍可以用来与仍存在的无水矿物学相反应(或水合)的水。
在表16和17中，“其他”相将可能的杂质(氧化铁Fe2O3、氧化钛TiO2、氧化硫SO3、氧化镁MgO和碱性化合物)组合在一起。
下表16给出了X-射线衍射测试的结果，即在水泥组合物Compo15经历各种处理之后，存在的每种水合物的每种矿物学相的百分比。
表17示出了水泥组合物Compo16经历每种处理之后X-射线衍射测试的结果。
表16
相 D1 D2 D3 D4
CA2 39％ 36％ 0％ 0％
C2AS 20％ 20％ 14％ 11％
其他 10％ 8％ 8％ 8％
游离水 31％ 26％ 16％ 19％
CAH10 0％ 6％ 0％ 0％
C3AH6加藤石 0％ 0％ 27％ 22％
C3AS(3-x)H4x Hibshite 0％ 0％ 0％ 7％
AH3三水铝石 0％ 4％ 14％ 0％
AH勃姆石 0％ 0％ 21％ 33％
在表16中，“其他”相还包括相CA。该相CA最初存在于Cement3和水的混合期间(列D1)，以及在反应24小时之后不存在于混合物中(列D2、D3和D4)，因为其与水完全反应，与温度无关。
“其他”列进一步包含相CA6。此处，相CA6表示在衍射D1时包含在组合物Compo15中的所有相的按重量计2.3％、在衍射D2时包含在该组合物中的所有相的按重量计2.6％、在衍射D3时包含在该组合物中的所有相的按重量计2.2％和在衍射D4时包含在该组合物中的所有相的按重量计2％。
如表16所示，第一和第二矿物学相CA2、C2AS在120℃下反应很少，甚至根本不反应。
然而，第一矿物学相CA2在120℃下充分反应。换句话说，从120℃开始，第一矿物学相CA2被水完全水合。
第二矿物学相C2AS从120℃开始反应，但是比第一矿物学相CA2反应性低。
因此，温度对第一矿物学相CA2的反应性的促进比对第二矿物学相C2AS的反应性的促进小。
不管温度如何，CA6不反应，组成的变化归因于测量方法所固有的不确定性。
表17
相 D1 D3 D4
CA 40％ 0％ 0％
CA2 27％ 0％ 0％
其他 2％ 0％ 0％
游离水 31％ 2％ 11％
C3AH6加藤石 0％ 45％ 44％
AH3三水铝石 0％ 41％ 0％
AH勃姆石 0％ 12％ 45％
通过比较表16和17，注意到由现有技术的铝酸钙水泥Cement2与水的水合反应形成的水合物C3AH6、AH3和AH也由根据本发明的铝酸钙水泥Cement3与水的水合反应形成。
此外，在根据本发明的铝酸钙水泥Cement3与水的水合反应期间，还形成了其他水合物C3AS(3-x)H4x。
因此，在由现有技术的铝酸钙水泥Cement2得到的硬化的最终材料中以及在由根据本发明的铝酸钙水泥Cement3得到的硬化的最终材料中存在相同的水合物示出了这些硬化的最终材料的耐化学性类似。
因此，根据本发明的水泥具有与已知的的铝酸钙水泥的那些类似的耐化学性。
因此，进行的所有实验示出了根据本发明的铝酸钙水泥在周围温度下具有缓慢的硬化动力学，这使得可以在没有缓凝剂的情况下使用它。
可以根据温度和通过选择第一和第二矿物学相CA2、C2AS的相对比例调节这种硬化动力学。
此外，在周围温度下，根据本发明的铝酸钙水泥具有对Portland水泥低的污染能力。
最后，由根据本发明的铝酸钙水泥得到的硬化的最终材料的机械性质与使用已知的铝酸钙水泥得到的硬化的最终材料的那些类似。
8/水泥组合物的密度
在石油钻探应用的情况下，密度决定用于油井来保持包含在所述井中的气体和石油的水泥组合物的容量。
通过将水性悬浮液的重量与其体积相关联评估密度。
实际上，此处是测量250ml水性悬浮液的重量。
以“磅/加仑(ppg)”表达密度，已知1ppg是0.12千克/立方分米(kg/dm3)或0.12克/立方厘米(g/cm3)。
以下表18呈现了包含根据本发明的Cement3bis和Portland水泥CementRef的水泥组合物的比重。
表18
水泥组合物 使用的水泥 水/水泥比 布莱恩比表面积(cm2/g) 密度(ppg)
Compo15 Cement3bis 0.41 3070 16.0
Compo16 Cement3bis 0.48 3070 15.3
CompoRef CimentRef 0.44 3010 15.8
因此，注意到根据本发明的水泥组合物Compo15和Compo16的密度与Portland参照水泥的那些类似，因此适于石油钻探的应用。
II.其他测试
1比较的水泥
使用根据本发明的第四、第五和第六铝酸钙水泥(Cement4、Cement5、Cement6)以形成不同的水泥组合物，比较其性质。
使用以下实际上纯净的原材料在实验室中得到第四、第五和第六水泥Cement4、Cement5、Cement6：二氧化硅来源Millisil 氧化铝来源/>和石灰石来源Calcite />在下表19中给出了这些原材料的精确组成。
实际上，根据以下操作方式得到水泥Cement4、Cement5和Cement6：
-称重原材料；
-在品牌Linatex的6升槽中在罐状旋转器中共研磨原材料直到得到包含最大直径小于或等于100微米(μm)的颗粒的粉末；
-根据本领域技术人员已知的技术用水粒化，称为“圆盘粒化”，以得到直径为约1cm至3cm的细粒；
-在110℃下蒸汽加工这些细粒至少15h；
-引入到电烘箱中在由氧化铝制成的坩锅中烘干；
-研磨；
-在钢球研磨机模型中鳍状研磨以得到接近3000cm2/g的布莱恩比表面积。
为了达到期望的烘干温度，应用的温度梯度是600℃/小时。
下表19总结了混合原材料以形成水泥Cement4、Cement5和Cement6的操作条件和重量。
表19
下表20给出了用于得到实验室水泥Cement4、Cement5、Cement6的原材料的化学组成以及有效得到的水泥Cement4、Cement5和Cement6的组成。
表20
下表21给出了包含在第四、第五和第六水泥(Cement4、Cement5、Cement6)中的矿物学相。
表21
“氧化铝”和“石灰”行表示没有形成矿物学相的剩余原材料。
在图2的框图中以直线D的点J、K和L分别示出了水泥Cement4、Cement6和Cement5。
下表22给出了得到的水泥Cement4、Cement5、Cement6的布莱恩比表面积、密度和直径d50(μm).
实际上，此处的密度对应于水泥相比于纯水的密度的密度。用比重瓶测量密度。
直径d50对应于任何组颗粒的中值粒径d50。这是这些颗粒的尺寸的统计学分布的量级，换句话说该组颗粒的粒度。
中值粒径d50是对直径定义的参照直径，在该中值粒径下相对于研究的所有所述颗粒的总体积存在按体积计研究的50％的颗粒。
换句话说，对于具有给定的中值粒径d50的一组颗粒，这些颗粒的按体积计50％具有小于该给定的中值粒径d50的直径，以及按重量计50％的这些细小颗粒具有大于该给定的中值粒径d50的直径。
“直径”在此处是指颗粒的最大尺寸，与形状无关。
表22
使用根据本发明的水泥Cement4、Cement5和Cement6形成水泥组合物。
在23℃下通过在4000转/分的搅拌下混合346克的水泥与142克的水(即水/水泥比为0.41)15秒，然后在12,000转/分下搅拌35秒形成这些水泥组合物。
2/流变测试
使用Anton Paar粘度计进行流变测试。
如上文，使用的Anton Paar流变计称为其设置有杯子CC27和围绕直径4mm的轴具有16毫米(mm)高超过9mm长的6个直的矩形叶片的混合导流片。
绘制80℃下通过各种水泥组合物对粘度计的叶片产生的转矩的作为时间函数的变化，粘度计施加500s-1的剪切速度。
各自包含水泥Cement4、Cement5和Cement6的三种水泥组合物具有相对短的凝胶化时间：对于包含水泥Cement4和Cement6的组合物为7分钟，以及对于包含水泥Cement5的组合物为9分钟。绘制80℃和23℃下由包含水泥Cement4的水泥组合物对粘度计的叶片产生的转矩的作为时间函数的变化，该粘度计的叶片施加500s-1的剪切速度。
在23℃下，在混合水和水泥Cement 4之后，组合物经历约30分钟的凝胶化。然而，在该温度下，在8小时实验中，组合物没有经受任何凝固。
相反，在80℃下，凝固相对快速：观察到的凝胶化时间是约7分钟，随后是凝固阶段。
因此，由于凝胶化时间较短以及凝固较快，包含根据本发明的水泥Cement 4的组合物的反应性由于温度增大。
3/渗出
对包含根据本发明的水泥Cement4、Cement5和Cement6的水泥组合物再次进行上文所描述的渗出实验。
下表23示出了该实验的结果。
应注意渗出的水的百分比非常低，且完全令人满意地满足PAI标准。
4/水泥组合物的密度
如要点I.8中解释的，测量水泥组合物Compo17至Compo19的密度。对应的结果示出下表24中。
表24
水泥组合物 使用的水泥 水/水泥比 布莱恩比表面积(cm2/g) 密度(ppg)
Compo17 Cement4 0.41 3110 16.6
Compo18 Cement5 0.41 3690 16.4
Compo19 Cement6 0.41 3070 16.1
因此，可以注意到根据本发明的水泥组合物Compo17至Compo19的密度与Portland参照水泥的那些类似，因此适于石油钻探的应用。
5/水合和机械耐性
5a.根据API RP 10B-2标准的超声波测试
这是非破坏性测试，包括测量在凝固和硬化过程中超声波通过已知尺寸的水泥材料样品的传播时间，此处通过的是初始的浆料。
通常，材料硬化越多，超声波穿过这种材料所需的时间越短。
因此，可以按照使材料经受选择的不同温度和压力条件的结构步骤。
然后将该传播时间与通过标准测试试样得到的传播时间比较，经由常规的破损测试来评估标准测试试样的机械耐性。
然后通过将其与对标准测试试样采集的测量值比较可以推导出材料的机械耐性的值，称为“超声波机械耐性”。
为了实施该测试，合适的是在第一步骤中制造水泥组合物。
实际上，制造水泥组合物与实施例的部分I.2中表示的类似，对应于根据API RP10B-2标准第5条的制造。
在上文的表23和24中给出了得到的组成。
根据API RP 10B-2标准第8条进行超声波通过样品的传播时间的测量，即，混合水和水泥，将水泥组合物引入到测量池中，其中将其置于26.6℃至121℃范围的温度梯度下4小时，然后置于121℃的恒温下20小时，以及一旦引入到测量池中应用3000psi的压力。在材料由于温度和压力升高变化的期间，评估超声波机械耐性。
此处，在开始热处理12小时之后，即在4小时温度梯度和第一个8小时温度步骤之后，以及在开始热处理小时之后，即在包括4小时温度梯度和20小时温度阶段的热处理的最后，测量各自水泥组合物Compo 15和Compo 17的机械耐性。
水泥组合物的机械耐性如下：
-12小时处理之后：对于Compo17为34兆帕(MPa)，对于Compo18为1.5MPa，对于Compo19为17MPa，以及对于Compo15为16MPa；
-24小时处理之后：对于Compo17为34MPa，对于Compo18为3MPa，对于Compo19为19MPa，以及对于Compo15为21MPa。
如这些结果示出的，在实验室中制造的包含Cement6的组合物Compo19具有与工业制造的包含Cement3bis的组合物Compo15的那些可媲美的超声波机械耐性，因为这些水泥具有等量的相CA2和C2AS。
此外，可以注意到包含Cement4的组合物Compo14的超声波机械耐性明显大于包含Cement6的组合物Compo19的机械耐性，其本身明显大于包含Cement5的组合物Compo18的机械耐性。
因此，可以推断出超声波机械耐性随着使用的水泥的质量比CA2/C2AS升高。
然而，包含Cement5的组合物Compo18的机械耐性仍非常低，在测量时(24小时)对应的组合物的水合可能没有充分进行。
5b.高压釜测试
根据与用于Anton Paar粘度计中的测试相同的流程进行水泥组合物的高压釜测试。
将水泥组合物引入到包含三个圆柱形单元(直径40mm，高度50mm)的模具中，然后放置在设置为180℃的高压釜中，通过蒸汽压产生压力10巴(145PSI)。
停留在高压釜中24小时之后，借助于压力组件测量水泥组合物的耐压缩性。压缩速度是2.4千牛顿/秒。
包含水泥Cement4的组合物Compo17具有2113PSI(14.6MPa)的机械耐压缩性，包含水泥Cement5的组合物(Compo18)为561PSI(3.9MPa)，以及包含水泥Cement6的组合物(Compo19)为2330PSI(16.0MPa)。
然后，在120℃的温度下固化之后，诸如上文所描述的在通过使用超声波进行的测试期间所经历的固化之后，包含根据本发明的水泥Cement5的组合物Compo18发展了等于包含水泥Cement4的组合物Compo17的那些的10％的超声波机械耐性，在高压釜中在180℃下处理之后包含Cement5的前述组合物Compo18的机械耐性等于包含Cement4(Compo17)的那些的25％。
因此，温度越高，包含根据本发明的水泥的水泥组合物富含C2AS以及包含根据本发明的水泥的水泥组合物富含CA2之间的机械耐性的差值降低越多。
根据本发明的水泥旨在用于不同的应用，在给定的时间寻求或大或小的耐性。
III次要相Ye'elimite C4A3$的效果
1/比较的水泥
此外，还制造了三种其他水泥Cement7、Cement8、Cement9。
当使用的原材料包含氧化硫SO3，或当通过工业方法引入氧化硫时，这些是在实验室中制造的水泥并旨在通过根据本发明的方法再现工业上得到的水泥。
实际上，由以下原材料得到水泥Cement7、Cement8、Cement9：石灰石、矾土A、矾土B和无水碳酸钙(缩写为C$)，在下文的表26中示出了各自的化学组成。
实际上，根据以下操作流程得到5kg的每种水泥Cement7、Cement8和Cement9：
-在110℃下蒸汽加工原材料24小时以干燥它们；
-在“Blue Circle”型的实验室球磨机中以1500转共研磨原材料，随后打开研磨机以清洁存料器(trap)并且在另外的400转下进行另外研磨。
-根据本领域技术人员已知的的称为“圆盘粒化”的技术用水粒化原材料以得到直径为约5mm至20mm的细粒；
-在110℃下蒸汽加工细粒24小时以干燥它们；
-在1375℃下在品牌的烘箱中在由氧化铝制成的三个坩锅中烘干12小时(一旦温度达到1,375℃)，10℃/分钟的温度梯度上升；/>
-经由烘箱中的惰性物冷却；
-研磨得到的材料以形成直径小于3.15mm的细粒；
-鳍状研磨在“Blue Circle”类型的球磨机中得到的细粒直到得到布莱恩比表面积为约3000cm2/g的粉末。
下表25总结了混合原材料以形成水泥Cement7、Cement8和Cement9的操作条件和重量。
表25
下表26给出了用于得到水泥Cement7、Cement8、Cement9的原材料的化学组成以及得到的水泥Cement7、Cement8、Cement9的化学组成。
表26
石灰石 矾土A 矾土B Cement7 Cement8 Cement9
SiO2(％) 0.13 7.66 0.93 6.5 4.9 4.9
Al2O3(％) 0.29 68.86 77.80 64.3 66.0 64.0
Fe2O3(％) 0.10 2.36 0.61 0.4 0.4 0.5
CaO(％) 56.21 0.54 0.02 25.9 25.7 26.0
MgO(％) 0.11 0.27 0.08 0.2 0.4 0.4
SO3(％) 0.05 0.12 0.07 0.2 0.6 1.1
K2O(％) 0.00 0.87 0.05 na na na
Na2O(％) 0.05 0.09 0.19 na na na
TiO2(％) 0.02 3.57 4.45 2.4 3.0 2.9
P2O5(％) 0.01 0.21 0.17 na na na
Mn2O3(％) 0.01 0.03 0.01 na na na
Cr2O3(％) 0.01 0.03 0.02 na na na
FeO na na na 0.1 0.1 0.1
H2O na na na 0 0 0
LOI(％) 43.02 15.39 15.61 na na na
下表27给出了包含在水泥Cement7、Cement8、Cement9中的矿物学相。通过已知的X射线衍射(经常缩写为DRX)测量矿物学相。
表27
Cement7 Cement8 Cement9
CA2 54 60 54
C2AS 30 23 22
CA6 9 7 8
CT正交 4 5 5
C4A3$ 1 4 8
MA 1 1 1
CA 0 0 0
铁氧体 1 0 1
相MA对应于针对一个氧化铝A的分子包含一个氧化镁MgO的分子(根据水泥制造商标志标记为M)的相。
相对于这两种矿物学相的总重量，水泥Cement7、Cement8、Cement9中的每个包含约70％的第一矿物学相CA2和30％的第二矿物学相C2AS。
因此，就这两种相的组成而言，它们等价于根据本发明的水泥Cement3、Cement3bis和Cement6。
从表27可以看出，水泥Cement7、Cement8和Cement9包含各种比例的次要相Ye'elimite C4A3$，即相对于铝酸钙水泥的总重量，对于Cement7、Cement8和Cement9分别是按重量计1％、4％和8％的矿物学相C4A3$。
因此，Cement8的矿物学相的比例使其与根据本发明的铝酸钙水泥Cement3和Cement3bis类似。
表28给出了得到的水泥Cement7、Cement8和Cement9的布莱恩比表面积和直径d50(μm)
表28
使用根据本发明的水泥Cement7、Cement8和Cement9形成水泥组合物。
在23℃下通过在4000转/分的搅拌下混合346克的水泥与152克的水(即水/水泥比为0.44)15秒，然后在12,000转/分下搅拌35秒形成这些水泥组合物。
2/流变测试
2a. 35粘度计
如上文在部分I.初步测试中解释中，得益于35粘度计，可以根据外筒的旋转速度跟踪由内套筒上的水泥组合物产生的转矩的变化，以及在23℃的温度下在一次性基础上测试组合物以评估混合水泥和水之后的直接粘度(最初粘度V1)或静置10分钟时间之后的粘度(粘度V2)。
表29示出了连接至内套筒的扣紧簧的扭转角的值表示包含水泥Cement7、Cement8、Cement9的水泥组合物的粘度V1和V2以及包含水泥Cement3bis的水泥组合物的那些。
表29
因而，如表29所示，包含水泥Cement7、Cement8、Cement9的水泥组合物20至22的粘度V1和V2是令人满意的，因为它们允许在周围温度下泵送这些水泥组合物。
在23℃下，粘度V1和V2稍微受到次要相Ye'elimite C4A3$的百分比的影响：粘度V1和V2随着相Ye'elimite的增加而升高。
下表30给出了当粘度计的外筒在300转/分旋转(在升高过程中)，然后在600转/分下旋转时，23℃下各种水泥组合物Compo16和Compo20至Compo22的粘度。
表30
再次，可以注意到在23℃下，高应力下粘度稍微受到次要相Ye'elimite C4A3$的影响：粘度随着相Ye'elimite增加而升高。
2b.Anton Paar粘度计
如上文解释的，Anton Paar粘度计使得当叶片以选定的速度旋转时，可以在给定的温度下作为时间的函数跟踪粘度变化。
此处，螺旋桨以500s-1旋转，以及温度是约80℃。
得益于得到的曲线，可以返回到凝固开始，即所谓的”凝胶化“时间对应于曲线斜率中的变化位置。
测量80℃下由水泥组合物Compo20至Compo22对Anton Par流变计的叶片产生的转矩的作为时间函数的变化。
在80℃下次要相Ye'elimite C4A3$对凝胶化时间(其标志凝固阶段的开始)以及组合物的总体粘度的效果是显著的。
事实上，凝胶化时间分别是对于包含1％相C4A3$的组合物Compo20为约30分钟，对于包含4％相C4A3$的组合物Compo21为5小时20分钟，以及对于包含8％相C4A3$的组合物Compo22为6小时30分钟。
因此，出乎意料地，次要相Ye'elimite的量在水泥组合物中增加越多，可加工性越大，即开放时间越长，或增稠阶段越长。
因此，看起来次要相C4A3$在高温下对根据本发明的水泥组合物的凝固具有延缓效果。
此外，水泥组合物在增稠阶段期间在500s-1下的剪切应力(与动态粘度有关)的比包含更多次要相C4A3$的水泥组合物都更大：对于Compo20为150Pa，对于Compo21为约250Pa，以及对于Compo22为约500Pa。
因此，在80℃下，增稠阶段的水泥组合物的动态粘度似乎受到次要相Ye'elimite的增加的高度影响。
3/渗出
再次对包含根据本发明的水泥Cement7、Cement8和Cement9的水泥组合物进行上文所描述的渗出实验。
表31示出了该实验的结果。
表31
应注意渗出的水的百分比非常低，且完全令人满意地满足PAI标准。
4/密度
如要点I.8中解释的，测量水泥组合物Compo20至Compo22的密度。下表32中示出了结果。
表32
水泥组合物 使用的水泥 水/水泥比 布莱恩比表面积(cm2/g) 比密度(ppg)
Compo20 Cement7 0.44 2950 15.8
Compo21 Cement8 0.44 3000 15.5
Compo22 Cement9 0.44 3080 15.6
因而，注意根据本发明的水泥组合物Compo20至Compo22的密度适于石油钻探中的应用。
存在次要相C4A3$因此对根据本发明的水泥组合物的密度不具有任何影响。
5/交叉污染
如上文中在要点I.6b中解释的，用Anton Paar粘度计评估根据本发明的水泥对Portland水泥的污染或Portland水泥对根据本发明的水泥的污染的影响。
回想在曲线的斜率变化的时刻测量对应的凝胶化时间(表示增稠阶段过渡到凝固阶段)，以及凝固时间对应于形成水泥组合物和转矩达到4mN.m的时刻所经历的持续时间。
对于该测量，如下制备水泥组合物：使用Rayneri Turbotest混合器在1000转/分下将100g的水泥与44g的水(即水/水泥比值0.44)15秒，然后在3300转/分下混合120秒。
上文表33示出了得到的结果。
表33
水泥CSA对应于可以在架子下发现的常规磺基铝酸钙水泥。
这可以是例如由Polar Bear公司销售的KTS 100水泥，具有4900cm2/g的布莱恩比表面积。相对于水泥的总重量，该商业水泥包含按重量计约55％的相C4A3$。
添加磺基铝酸钙水泥使得可以在水泥组合物中引入给定量的相C4A3$，以及评估这种相对根据本发明的水泥的Portland水泥的污染的影响和Portland水泥对根据本发明的水泥的污染的影响。
此处，相对于所述水泥混合物的总重量，根据本发明的水泥Cement3bis和水泥CSA的混合物包含按重量计约8％的相C4A3$。该水泥混合物经受了约25％的Portland水泥污染或将Portland水泥污染约25％。
当由Portland水泥污染水泥的混合物时，应注意凝胶化和凝固时间明显更长，且从190分钟和260分钟变化至240分钟和280分钟。
因此，增加次要相C4A3$使得可以进一步降低Portland水泥对根据本发明的水泥的污染的影响。
因此，在使用根据本发明的水泥和使用Portland水泥之间清洁设施是不必要的。

Claims (14)

1.铝酸钙水泥，包含铝酸钙，所述铝酸钙具有对于两个氧化铝Al2O3包含一个氧化钙CaO的二铝酸钙的第一结晶矿物学相CA2和对于一个氧化铝Al2O3和一个二氧化硅SiO2包含两个氧化钙CaO的铝硅酸二钙的第二结晶矿物学相C2AS，
其特征在于，在所述铝酸钙中所述第一结晶矿物学相和第二结晶矿物学相的全部的质量分数大于或等于80％；并且
其中，所述铝酸钙进一步包含对于三个氧化铝Al2O3和一个氧化硫SO3包含四个氧化钙CaO的磺基铝酸钙的其他结晶矿物学相C4A3$。
2.根据权利要求1所述的铝酸钙水泥，其中，所述铝酸钙水泥具有粉末形式，所述粉末具有根据标准NF-EN-196-6测量的在2200平方厘米/克和4500平方厘米/克之间范围的布莱恩比表面积。
3.根据权利要求1所述的铝酸钙水泥，其中，所述铝酸钙还包含非晶部分，在所述铝酸钙中所述非晶部分的质量分数小于或等于20％。
4.根据权利要求1所述的铝酸钙水泥，其中，所述铝酸钙进一步包含对于一个氧化铝Al2O3包含一个氧化钙CaO的铝酸单钙的第三结晶矿物学相CA和/或对于六个氧化铝Al2O3包含一个氧化钙CaO的六铝酸钙的第四结晶矿物学相CA6，在所述铝酸钙中所述第三结晶矿物学相和第四结晶矿物学相的全部的质量分数小于或等于20％。
5.根据权利要求1所述的铝酸钙水泥，相对于所述铝酸钙的总重量按重量计包含：
-0％至5％的氧化铁Fe2O3，
-0％至5％的氧化钛TiO2，
-0％至5％的氧化硫SO3，
-0％至5％的氧化镁MgO，
-0％至2％的碱性化合物。
6.根据权利要求1所述的铝酸钙水泥，相对于所述铝酸钙的总重量按重量计包含：
-50％至60％的第一结晶矿物学相CA2，
-26％至32％的第二结晶矿物学相C2AS，
-2.5％至3.5％的第三结晶矿物学相CA，
-0.5％至1.5％的铁铝酸四钙的第五结晶矿物学相C4AF，
-10％至15％的其他结晶矿物学相。
7.根据权利要求1所述的铝酸钙水泥，相对于所述铝酸钙的总重量，按重量计包含0.5％至15％的磺基铝酸钙的其他结晶矿物学相C4A3$。
8.水泥组合物，至少包含与水混合的根据权利要求1所述的铝酸钙水泥。
9.根据权利要求1所述的铝酸钙水泥的用途，根据所述用途：
a)通过至少混合所述铝酸钙水泥与水获得水泥组合物，
b)原位凝固所述水泥组合物，
c)以有利于凝固所述水泥组合物的方式将所述水泥组合物加热至在50℃和300℃之间范围的温度。
10.根据权利要求9所述的铝酸钙水泥的用途，根据所述用途，在步骤a)中，所述水泥组合物具有水性悬浮液的形式，以及根据所述用途，在步骤b)中，将所述水泥组合物放置在石油钻井中。
11.根据权利要求2所述的铝酸钙水泥，其中，所述铝酸钙水泥具有粉末形式，所述粉末具有根据标准NF-EN-196-6测量的在2900和3900平方厘米/克之间范围的布莱恩比表面积。
12.根据权利要求8所述的水泥组合物，还包含至少一种水泥添加剂、颗粒以及助剂。
13.根据权利要求12所述的水泥组合物，其中，所述水泥添加剂为飞灰和/或粒状高炉渣和/或石英粉和/或硅灰和/或偏高岭土，所述颗粒是石英和/或细石灰石和/或沙子。
14.根据权利要求9所述的用途，其中，加热至在80℃和280℃之间范围的温度。
CN201680044233.9A 2015-07-27 2016-07-27 通过温度升高促进硬化的长期可加工的铝酸钙水泥及相关用途 Active CN107848887B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1557167A FR3039538B1 (fr) 2015-07-27 2015-07-27 Ciment d'aluminates de calcium a longue ouvrabilite et a durcissement favorise par une elevation de temperature, et utilisation associee
FR1557167 2015-07-27
PCT/FR2016/051948 WO2017017376A1 (fr) 2015-07-27 2016-07-27 Ciment d'aluminates de calcium à longue ouvrabilité et à durcissement favorisé par une élévation de température, et utilisation associée

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107848887A CN107848887A (zh) 2018-03-27
CN107848887B true CN107848887B (zh) 2023-08-18

Family

ID=54145920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680044233.9A Active CN107848887B (zh) 2015-07-27 2016-07-27 通过温度升高促进硬化的长期可加工的铝酸钙水泥及相关用途

Country Status (13)

Country Link
US (2) US10647613B2 (zh)
EP (1) EP3328811B1 (zh)
JP (1) JP6803370B2 (zh)
KR (1) KR102597908B1 (zh)
CN (1) CN107848887B (zh)
BR (1) BR112018001711B1 (zh)
DK (1) DK3328811T3 (zh)
EA (1) EA036363B1 (zh)
ES (1) ES2796359T3 (zh)
FR (1) FR3039538B1 (zh)
HR (1) HRP20200865T1 (zh)
WO (1) WO2017017376A1 (zh)
ZA (1) ZA201800407B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3039538B1 (fr) * 2015-07-27 2017-08-25 Kerneos Ciment d'aluminates de calcium a longue ouvrabilite et a durcissement favorise par une elevation de temperature, et utilisation associee
US10759697B1 (en) 2019-06-11 2020-09-01 MSB Global, Inc. Curable formulations for structural and non-structural applications
CN111574214B (zh) * 2020-04-02 2022-03-01 北京科技大学 一种六铝酸钙复相材料及其制备方法
CN112521113B (zh) * 2020-12-04 2022-06-17 交通运输部公路科学研究所 一种低温水化硬化凝胶材料及其制备方法和应用
CN115144540B (zh) * 2022-06-29 2023-07-04 安徽理工大学环境友好材料与职业健康研究院(芜湖) 一种碱激发胶凝材料的化学成分检测装置及其使用方法
CN116103025A (zh) * 2023-02-20 2023-05-12 中国石油大学(华东) 适用于超高温地层固井的水热合成材料

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4204878A (en) * 1976-08-20 1980-05-27 Tashkentsky Nauchnoissledovatelsky I Proektny Institut Stroitelnykh Materialov "Niistromproekt" Raw mixture for the production of refractory high-alumina cement
JP4023916B2 (ja) * 1998-07-02 2007-12-19 電気化学工業株式会社 アルミナセメント、アルミナセメント組成物、その不定形耐火物、及びそれを用いた吹付施工方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US111672A (en) * 1871-02-07 Improvement in clock-pendulum rods
DE111672C (zh) *
US1348322A (en) * 1914-10-22 1920-08-03 Rohne Dishwasher Company Dish-washing machine
SU1348322A1 (ru) * 1986-04-22 1987-10-30 Украинский научно-исследовательский институт огнеупоров Сырьева смесь дл изготовлени безобжиговых легковесных теплоизол ционных изделий
JP3558730B2 (ja) * 1995-03-30 2004-08-25 太平洋セメント株式会社 結晶質高水和活性物およびこれを用いたセメント混和物、コンクリートの硬化を促進する方法
JP3348813B2 (ja) * 1995-12-18 2002-11-20 電気化学工業株式会社 アルミナセメント物質、それを含有してなるアルミナセメント、及びそれを用いた不定形耐火物
JP3392281B2 (ja) * 1996-01-16 2003-03-31 電気化学工業株式会社 アルミナセメント組成物及びそれを用いた不定形耐火物
US5900053A (en) 1997-08-15 1999-05-04 Halliburton Energy Services, Inc. Light weight high temperature well cement compositions and methods
US6796378B2 (en) 1997-08-15 2004-09-28 Halliburton Energy Services, Inc. Methods of cementing high temperature wells and cement compositions therefor
JP4166109B2 (ja) * 2003-03-31 2008-10-15 太平洋セメント株式会社 高耐久性コンクリート組成物
JP2005067930A (ja) * 2003-08-21 2005-03-17 Denki Kagaku Kogyo Kk アルミナセメント、アルミナセメント組成物及びそれを用いた不定形耐火物
JP2005154180A (ja) * 2003-11-25 2005-06-16 Denki Kagaku Kogyo Kk アルミナセメント組成物及び不定形耐火物
FR2873366B1 (fr) * 2004-07-20 2006-11-24 Lafarge Sa Clinker sulfoalumineux a haute teneur en belite, procede de fabrication d'un tel clinker et son utilisation pour la preparation de liants hydrauliques.
US8070878B2 (en) 2007-07-05 2011-12-06 United States Gypsum Company Lightweight cementitious compositions and building products and methods for making same
EP2105419A1 (en) * 2008-03-28 2009-09-30 Lafarge Additives for cement
US7863224B2 (en) 2009-03-17 2011-01-04 Halliburton Energy Services Inc. Wellbore servicing compositions comprising a set retarding agent and methods of making and using same
US8720563B2 (en) 2012-05-09 2014-05-13 Halliburton Energy Services, Inc Calcium aluminate cement composition containing a set retarder of an organic acid and a polymeric mixture
US8992824B2 (en) * 2012-12-04 2015-03-31 General Electric Company Crucible and extrinsic facecoat compositions
US9061350B2 (en) * 2013-09-18 2015-06-23 General Electric Company Ceramic core compositions, methods for making cores, methods for casting hollow titanium-containing articles, and hollow titanium-containing articles
FR3039538B1 (fr) * 2015-07-27 2017-08-25 Kerneos Ciment d'aluminates de calcium a longue ouvrabilite et a durcissement favorise par une elevation de temperature, et utilisation associee

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4204878A (en) * 1976-08-20 1980-05-27 Tashkentsky Nauchnoissledovatelsky I Proektny Institut Stroitelnykh Materialov "Niistromproekt" Raw mixture for the production of refractory high-alumina cement
JP4023916B2 (ja) * 1998-07-02 2007-12-19 電気化学工業株式会社 アルミナセメント、アルミナセメント組成物、その不定形耐火物、及びそれを用いた吹付施工方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
汪澜 主编.1.《水泥混凝土-组成·性能·应用》.中国建材工业出版社,2005,第62页. *

Also Published As

Publication number Publication date
US20200270176A1 (en) 2020-08-27
KR102597908B1 (ko) 2023-11-03
JP2018521951A (ja) 2018-08-09
DK3328811T3 (da) 2020-06-08
FR3039538A1 (fr) 2017-02-03
ZA201800407B (en) 2018-12-19
US10647613B2 (en) 2020-05-12
CN107848887A (zh) 2018-03-27
BR112018001711B1 (pt) 2022-02-15
JP6803370B2 (ja) 2020-12-23
EA201890385A1 (ru) 2018-08-31
FR3039538B1 (fr) 2017-08-25
EA036363B1 (ru) 2020-10-30
EP3328811A1 (fr) 2018-06-06
US20180208510A1 (en) 2018-07-26
ES2796359T3 (es) 2020-11-26
US11208353B2 (en) 2021-12-28
BR112018001711A2 (pt) 2018-09-18
KR20180034445A (ko) 2018-04-04
EP3328811B1 (fr) 2020-03-11
WO2017017376A1 (fr) 2017-02-02
HRP20200865T1 (hr) 2020-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107848887B (zh) 通过温度升高促进硬化的长期可加工的铝酸钙水泥及相关用途
Yang et al. Properties of cementless mortars activated by sodium silicate
JP5850865B2 (ja) セメント急結剤
TWI534117B (zh) Repair cement composition and cement mortar for repair
CN110467385A (zh) 一种利用固废材料的生态友好复合胶凝材料及其制备方法
CN106573841A (zh) 水泥混合料及其生产方法
Koutnik et al. Low viscosity metakaolinite based geopolymer binders
CN111362656A (zh) 一种固井的油井水泥组合物及其制备方法
JP5052778B2 (ja) 膨張材、セメント組成物、及びそれを用いたセメントコンクリート
EP3286156B1 (en) An adjuvant for a cement or a refractory concrete composition, the uses thereof, and cement and refractory concrete compositions
JP4107825B2 (ja) スラグ系注入材スラリー
Assaad et al. Rheological properties of cement pastes containing amine-and glycol-based grinding aids
Zhang et al. Isothermal calorimetric study on heat evolution an d of apparent activation energy of alkali-activated slag/fly ash pastes
JP5160762B2 (ja) グラウト用セメントモルタル組成物
EP3421571A1 (en) Precast-block refractory for coke oven
JP7348475B2 (ja) 高温養生用セメント組成物を用いた硫酸塩劣化を抑制されたセメント組成物硬化体の製造方法
CN107667081B (zh) 包含无定形铝酸钙的组合物以及相关的生产方法
JP5935916B1 (ja) セメント組成物
JP2014129212A (ja) 速硬性混和材及び速硬性グラウト組成物
JPH11322380A (ja) アルミナセメント及びそれを用いた不定形耐火物
JP5515901B2 (ja) 自己流動性水硬性組成物
JP7037878B2 (ja) 二次製品用早強混和材および二次製品用早強コンクリート
ADESANYA et al. Effect OF fine grinding ON the properties OF alkali activated ladle slag
JPH10167791A (ja) アルミナセメント用添加剤、それを含有してなるアルミナセメント組成物、及びそれを用いた不定形耐火物
JP2024071847A (ja) 蒸気養生用膨張組成物、プレストレストコンクリート、およびプレストレストコンクリートの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant