DE1070539B - Hydrau lischer Zementschlamm - Google Patents
Hydrau lischer ZementschlammInfo
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Classifications
-
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- 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
-
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
kl. 80 b 1/05
INTERNAT. KL. C 04 b
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT 1070 539
33(433
S 43723 IVc/80 b
ANMELDETAG: 2 8. APRIL 1955
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 3. DEZEMBER 1959
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 3. DEZEMBER 1959
Bei der Anwendung von hydraulischem Zementschlamm auf poröse Körper führt die Neigung des
Schlammes, Flüssigkeit zu verlieren, zu Schwierigkeiten. So tritt z. B. beim Zementieren von Bohrlöchern
durch Verlust von Flüssigkeit aus dem wäßrigen Zementschlamm an poröse, unter der Erde
befindliche Formationen oft ein Versteifen oder vorzeitiges Verfestigen des Zementes auf, was die Vollendung
des Zementierungsvorganges schwierig oder unmöglich machen und zu einer Herabsetzung der
Durchlässigkeit der Formation, einer Quellung oder Erosion von Schieferformationen, einer verringerten
Festigkeit des Zementes oder anderen unerwünschten Ergebnissen führen kann. Es ist erwünscht, daß der
Verlust an Flüssigkeit aus hydraulischem Zementschlamm möglichst niedrig ist.
Bei der Anwendung von hydraulischem Zementschlamm ist es ferner erwünscht, daß die für die
Verfestigung des Zementes erforderliche Zeit genügend lang ist, um den Zementschlamm an Ort und
Stelle bringen zu können. Bei dem Zementieren von Erdbohrlöchern ist oft eine verhältmäßig lange Zeit
erforderlich, um den Zementschlamm an Ort und Stelle zu pumpen. Ferner sind oft hohe Temperaturen
in Betracht zu ziehen, welche die Verfestigungszeit des Zementes herabsetzen. Demgemäß soll die Verfestigungszeit
des Zementes so sein, daß genügend Zementschlamm von der Erdoberfläche zu der gewünschten
Stelle in dem Bohrloch gepumpt werden kann.
Die Erfindung bezweckt, einen Zementschlamm zum Abdichten von Erdbohrlöchern zu schaffen, der einen
verringerten Flüssigkeitsverlust und eine verlängerte bzw. regelbare Verfestigungszeit besitzt, so daß ein
vorzeitiges Verfestigen des Zementes in dem Bohrloch auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden kann
und auch eine Schädigung der durchbohrten Erdformationen praktisch vermieden wird.
Der Zementschlamm gemäß der Erfindung besteht aus einer Mischung aus hydraulischem Zement und
einer Wasser-in-öl-Emulsion, die einen Emulgator für solche Emulsionen enthält, als flüssige Phase.
Bei diesem Schlamm ist der Flüssigkeitsverlust gering. Praktisch ist dabei der Flüssigkeitsverlust
über einen weiten Temperaturbereich im wesentlichen Null. Das Öl in der Emulsion ist die kontinuierliche
Phase, und das Wasser wird in Form kleiner Tröpfchen in Suspension gehalten. Ferner tritt keine Verfestigung
des Zementes ein, solange das Öl in der Emulsion als kontinuierliche Phase erhalten bleibt.
Beim Brechen oder Umkehren der Emulsion, d. h. bei der Umkehrung der Wasser-in-ÖI-Emulsion in eine
Öl-in-Wasser-Emulsion, die das Wasser als kontinuierliche Phase enthält, beginnt die Verfestigung des
Hydraulischer Zementschlamm
Anmelder:
Socony Mobil Oil Company, Inc.,
New York, N. Y. (V. St. A.)
New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter: Dr. E. Wiegand, München 15,
und Dipl.-Ing. W. Niemann, Hamburg 1, Ballindamm 26,
Patentanwälte
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. Juni 1954
V. St. v. Amerika vom 30. Juni 1954
Irving Ray Dunlap und Freeman Doyle Patchen,
Dallas, Tex. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden
sind als Erfinder genannt worden
Zementes. Die Stabilität der Wasser-in-Öl-Emulsion
mit Bezug auf die Zeit ist eine Funktion der Temperatur, der Menge und der Eigenschaften des Emulgators,
des Verhältnisses von Wasser zu öl und des Verhältnisses von Emulsion zu hydraulischem Zement.
Durch entsprechende Wahl dieser Faktoren kann man die Zeit, um welche die Verfestigung des Zementes
verzögert wird, regeln.
Es ist bekannt, für die Abdichtung von Erdbohrlöchern hydraulischen Zement mit den verschiedensten
Zusätzen, wie Schleimsäure, oxydiertem Paraffin, Celluloseesteräther, zu versehen. Mit den bekannten
Zementschlammen lassen sich jedoch nicht die Vorteile erzielen, die bei Anwendung des Zementschlammes
gemäß der Erfindung erzielbar sind. Das Wasser, das in den bekannten Zementschlammen enthalten ist,
führt zu einer Schädigung der durchbohrten Erdformationen. Außerdem läßt sich bei Anwendung der
bekannten Zementschlamme keine solche Verzögerung der Verfestigungszeit erreichen, wie sie bei Anwendung
des Zementschlammes gemäß der Erfindung erhalten wird, um den Zementschlamm bei erhöhten
Temperaturen unverändert an die Stelle bringen zu können, wo er zum Abdichten des Erdbohrloches
benötigt wird.
Es ist ferner bekannt, Massen aus Zement mit durch abgebautes Casein stabilisierten Polyvinylpolymerisaten
oder Kautschuklatex für Fußbodenbeläge od. dgl. zu benutzen, wo es insbesondere auf eine
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3 4
rasche Verfestigung ankommt. Derartige Massen sind in das Calciumsalz der Sulfonsäure umzuwandeln,
für das Abdichten von Erdbohrlöchern nicht geeignet. Die Wirkung des durch das Calcium verdrängten
Bei der praktischen Ausführung der Erfindung kann Kations auf andere Eigenschaften des Zementschlam-
irgendeine Art von hydraulischem Zement verwendet mes kann bei verschiedenen Derivaten verschieden
werden. Unter hydraulischem Zement wird ein Zement 5 sein.
verstanden, der sich unter der Einwirkung von Wasser Der Emulgator kann in einer Menge bis zu 10 Geverfestigt.
Vorzugsweise wird Portlandzement ver- wichtsprozent der Emulsion zur Anwendung gelangen,
wendet. Es ist jedoch auch eine Mischung, die Kalk, Vorzugsweise wird das Emulgiermittel in Mengen
Kieselerde und Tonerde enthält und gewöhnlich als zwischen 2 und 6 Gewichtsprozent der Emulsion verhydraulischer
Zement benutzt wird, geeignet. io wendet. Zufriedenstellende Ergebnisse sind bei Ver-
Das in der flüssigen Phase des Zementschlammes, wendung von Emulgiermittelmengen von ungefähr
nämlich in der Wasser-in-Öl-Emulsion verwendete Öl 3 bis 4 Gewichtsprozent der Emulsion erzielt worden,
besteht vorzugsweise aus einem Kohlenwasserstofföl. Bei der Herstellung des Schlammes können das
Geeignete Kohlenwasserstofföle sind z. B. Rohöl, Wasser und öl zusammen mit dem Emulgator geDieselöl,
Petroleum, Gasöl, Destillatöl und andere 15 mischt werden, und danach kann der hydraulische
Erdölprodukte. Wenn Kohlenwasserstofföle verwendet Zement hinzugefügt werden. Der hydraulische Zement
werden, wird zweckmäßig eine solche Zusammen- kann auch mit dem Öl gemischt werden, und danach
Setzung des Öls gewählt, daß eine übermäßige Ver- können das Wrasser und der Emulgator zugesetzt
dampfung unter den Anwendungsbedingungen ver- werden. Der Schlamm kann auch so hergestellt werhindert
wird. Gewünschtenfalls können auch Pflanzen- 20 den, daß der hydraulische Zement mit dem Wasser
öle, wie Baumwollsaatöl, Rizinusöl, Rapsöl, Tungöl, gemischt wird und daß danach das Öl und der Emul-Leinensaatöl
od. dgl., zur Anwendung gelangen. gator zugesetzt werden. Die letztgenannte Arbeits-Tierische
Öle, wie z. B. Spermöl und andere Fischöle, weise ist gewöhnlich nicht vorzuziehen, wenn eine
können ebenfalls verwendet werden. Verzögerung des Zusatzes des Öles und des Emul-
Die Wasser-in-Öl-Emulsion kann zwischen unge- 25 gators in Frage kommt.
fähr 10 Volumprozent und ungefähr 75 Volumprozent Wenn Emulgatormengen von weniger als 3 Ge-
Öl enthalten. Bei Ölmengen, die wesentlich unter wichtsprozent der Emulsion verwendet werden, ist
ungefähr 10 Volumprozent der Mischung von Wasser es mitunter schwierig, eine Emulsion zu erhalten, in
und Öl liegen, treten Schwierigkeiten bei der Her- welcher das Öl die kontinuierliche Phase ist. Schwie-
stellung einer Wasser-in-Öl-Emulsion auf. Anderer- 30 rigkeiten in dieser Richtung können dadurch vermie-
seits kann bei Mengen von Öl über ungefähr den werden, daß zuerst der gesamte Emulgator mit
75 Volumprozent der Mischung von Wasser und Öl dem gesamten Öl gemischt wird. Danach werden der
das große Volumen des chemisch inaktiven Öles in hydraulische Zement und das Wasser abwechselnd
dem Schlamm die Festigkeit des verfestigten Zementes in Teilmengen zu dem den Emulgator enthaltenden-Öl
wesentlich herabsetzen. Vorzugsweise enthält die 35 zugesetzt. Gewöhnlich brauchen die Teilmengen nicht
Emulsion zwischen ungefähr 20 und 40 Volum- kleiner als ungefähr ein Viertel der Gesamtmenge
prozent öl. des hydraulischen Zementes oder des Wassers zu sein,
Die Menge der Emulsion mit Bezug auf die Menge obwohl auch kleinere Teilmengen zur Anwendung
an hydraulischem Zement kann schwanken. Der gelangen können.
Schlamm kann z. B. ungefähr 301 Gewichtsteile bis 40 Wie oben angegeben, ist die Stabilität der Wasser-
70 Gewichtsteile Emulsion auf 100 Gewichtsteile in-Öl-Emulsion und daher die Zeit, um welche die
hydraulischem Zement enthalten. Vorzugsweise ent- Verfestigung des Zementschlammes verzögert wird,
hält der Schlamm ungefähr 50 Gewichtsteile Emulsion eine Funktion der Temperatur, der Menge und der
auf 100 Gewichtsteile hydraulischen Zement. Eigenschaften des Emulgators, des Verhältnisses von
Die Emulsion enthält einen Emulgator für Wasser- 45 Wasser zu Öl und des Verhältnisses von Emulsion
in-Öl-Emulsionen. Diese Emulgatoren sind dadurch zu hydraulischem Zement. Im allgemeinen nimmt bei
gekennzeichnet, daß sie oberflächenaktiv sind, d. h. einem gegebenen Emulgiermittel die Stabilität der
das Bestreben haben, sich an einer Wasser-Öl-Grenz- Emulsion mit steigender Temperatur ab. Die Stabilifläche
zu konzentrieren, sie diffundieren rasch durch tat nimmt jedoch mit wachsenden Mengen an Emuleine
flüssige Phase zu der Wasser-Öl-Grenzfläche, 50 giermittel zu. In ähnlicher Weise erhöht sich die
sind hydrophob und haben an der Wasser-Öl-Grenz- Stabilität mit dem Anteilverhältnis von Öl zu Wasser
fläche eine solche Orientierung, daß sie die niedrigst- und mit dem Anteilverhältnis von Emulsion zu
mögliche freie Grenzflächenenergie ergeben. Sie sind hydraulischem Zement. Die Wirkungen der Tempeim
allgemeinen auch mehr öllöslich als wasserlöslich. ratur, der Emulgiermittelmenge und des Verhältnisses
Als Emulgator kann eine öllösliche Sulfonsäure 55 von Öl zu Wasser sind untereinander verknüpft,
oder ein öllösliches Derivat davon verwendet werden. Ferner beeinflussen die Bedingungen des Mischens des
Zu den geeigneten öllöslichen Derivaten einer Sulfon- Öles, des Wassers und des hydraulischen Zementes,
säure sind auch die einwertigen, zweiwertigen und der später auf den Schlamm ausgeübte Druck und
dreiwertigen Salze einer Sulfonsäure zu rechnen. die Gegenwart fremder Oberflächen die Stabilität der
Gewünschtenfalls können Mischungen zur Anwendung 60 limulsion. Dementsprechend kann keine quantitative
gelangen. Unter Sulfonsäure wird eine organische Regel mit Bezug auf die Zeit gegeben werden, wäh-
\^erbindung verstanden, die das Radikal -SO2OH rend welcher die Emulsion in irgendeinem Schlamm
oder —SO3H enthält. Die öllöslichen Sulfonsäuren stabil bleibt. Sie kann jedoch durch Versuch entweder
können Alkyl-, Aryl-, Aralkyl- oder Alkarylsulfon- unter den tatsächlichen Gebrauchsbedingungen oder
säure sein. 65 unter diese nachahmenden Bedingungen bestimmt
Die verschiedenen Sulfonsäuren zeigen auch ver- werden.
schiedene Wirkungen. Dies ist auf den Umstand zu- Die Erfindung wird an Hand von Beispielen näher
rückzuführen, daß hydraulischer Zement Calcium- erläutert.
ionen enthält und diese Calciumionen mit der Sulfon- Es wurden sieben Zementschlammengen aus Portsäure
oder deren Derivaten reagieren können, um sie 70 landzement, Wasser-in-Öl-Emulsion und Emulgator
hergestellt. Vier dieser Schlammengen enthielten zwei Emulgatoren, und drei Schlammengen enthielten einen
einzigen Emulgator, wobei die Emulgatorantriebe in jedem Schlamm verschieden waren. Als Emulgatoren
wurden Petroleumsulfonat und Alkylarylsulfonat verwendet. Die vier Schlammassen unterschieden sich
von den drei anderen Schlammassen mit Bezug auf das Volumenverhältnis von Öl zu Wasser in der
Emulsion. Das Gewichtsverhältnis von Emulsion zu Portlandzement war aber in jedem Schlamm das
gleiche. In jedem Fall wurde der Schlamm durch Mischen von Dieselöl mit Wasser und dem Emulgator
bzw. den Emulgatoren zur Bildung einer Wasser-in-Öl-Emulsion
bereitet. Danach wurde die Emulsion mit dem Portlandzement in dem Gewichtsverhältnis
von 50 kg Emulsion zu 100 kg Portlandzement gemischt. Die folgende Tabelle 1 gibt die Schlammnummer,
das Volumenverhältnis von Öl zu Wasser in der Emulsion und die Art und Menge des bzw.
der verwendeten Emulgatoren an. Die Emulgatormenge ist in Gewichtsprozent der Emulsion angegeben.
Schlamm nummer |
Pumpen in m | Mindestpump- zeit in Minuten |
Pumpzeit in Minuten |
5 1 |
3000 | 65 | 180 |
2 | 3000 | 65 | 190 |
3 | 3600 | 74 | 160 |
4 | 3600 | 74 | 200 |
5 | 4200 | 84 | 148 |
6 | 4200 | 84 | 155 |
4800 | 91 | 96 | |
7 | 5400 | 100 | 106 |
Tabelle | 1 | Volumen- | Menge des | |
verhä'ltnis von öl zu |
Emulgators | |||
Schlamm | Emulgator | Wasser in der | ||
nummer | Emulsion | 1 | ||
1 | ||||
1 | Petroleumsulfonat | 0,33 | 1,25 | |
Alkylarylsulfonat | 0,38 | 1,25 | ||
2 | Petroleumsulfonat | 2 | ||
Alkylarylsulfonat | 0,33 | 1 | ||
3 | Petroleumsulfonat | 2 | ||
Alkylarylsulfonat | 0,33 | 2 | ||
4 | Petroleumsulfonat | 3 | ||
Alkylarylsulfonat | 0,33 | 4 | ||
5 | Petroleumsulfonat | 0,38 | 6 | |
6 | Petroleumsulfonat | 0,38 | ||
7 | Petroleumsulfonat | |||
Eine Anzahl von Teilmengen von jeder der Schlammsorten wurde dann auf verschiedene Temperatur
erwärmt und während verschiedener Zeiten auf diesen Temperaturen gehalten. Nach der Erwärmungszeitdauer
wurde die Zusammendrückfestigkeit jeder Teilmenge bestimmt. Die Tabelle 3 gibt die
Schlammnummer und die Zusammendrückfestigkeit für verschiedene Temperaturen und Zeiten an.
a5 Tabelle 3
Schlamm | Zusammendrückfestigkeit nach 24 Stunden in kg/cm2 |
Temperatur | 135°C | Zusammendrück festigkeit nach 3 Tagen in kg/cm2 |
820C |
nummer | 82° C | Temperatur | 76,0 | ||
6O0C | 50,0 | 6O0C | |||
1 | 31 | 30,7 . | 49,9 | ||
2 | 2,8 | 41,5 | 39,1 | ||
3 | 0 | 39,6 | 38,0 | 66,8 | |
4 | 0 | 47,3 | 21,5 | ||
5 | 0 | 45,7 | 50,9 | 56,3 | |
6 | 0 | 33,5 | |||
7 | 0 |
Eine Teilmenge jeder dieser Schlammassen wurde auf Flüssigkeitsverlust untersucht. Der Flüssigkeitsverlust der Schlammsorten Nr. 1 und 2 wurde bei
27 und 60° C gemessen, während der Flüssigkeitsverlust der Schlammsorten Nr. 5 bis 7 bei 27 und
82° C gemessen wurde. In jedem Fall war der Flüssigkeitsverlust im wesentlichen Null.
Eine andere Teilmenge jeder der Schlammassen wurde hinsichtlich der Pumpzeit als Maß der Stabilität
der Emulsion geprüft. Es wurde ein Hochdruckkonsistometer
verwendet. In dem Konsistometer wurden die Temperatur- und Druckbedingungen reproduziert, die den Bedingungen ähnelten, welche
ein Zement während des Einpumpens in ein Bohrloch in der Erde vorfindet. Gemäß allgemein bekannter
Regeln wird ein Zementschlamm so lange als pumpbar angesehen, bis seine Viskosität 100 Poisen überschreitet.
Verschiedene der Schlammsorten wurden hinsichtlich der Pumpzeit unter Verwendung von
verschiedenen Pumpwerten geprüft. Mit Ausnahme der Schlammsorten Nr. 5 und 7 wurden die Versuche
vor der Zeit unterbrochen, in welcher die Schlammmassen eine Viskosität von 100 Poisen annahmen. Die
nachstehende Tabelle 2 gibt die Schlammnummer, den Pumpwert, die Mindestpumpzeit, und die Pumpzeit
des Schlammes wieder.
Es ist aus den Beispielen ersichtlich, daß der Flüssigkeitsverlust der Zementschlamme im wesentlichen
Null war. Es ist auch ersichtlich, daß die Pumpzeit der Schlamme über die Zeit hinausging,
die als Minimum angesehen wird. Es ist ferner zu ersehen, daß die Zusammendrückfestigkeit der
Schlamme nach dem Verfestigen genügend hoch war. In diesem Zusammenhang zeigt die Zusammendrückfestigkeit
des Schlammes Nr. 2 von 2,8 kg/cm2 nach 24 Stunden bei 60° C an, daß eine Verfestigung gerade
begonnen hatte, und die Zusammendrückfestigkeit der Schlamme Nr. 3 bis 7 vom Wert Null nach derselben
Zeit bei derselben Temperatur zeigen an, daß die Verfestigung noch nicht begonnen hatte. Die Beispiele
veranschaulichen auch die Regelung der Pumpzeit und die Zusammendrückfestigkeit in Abhängigkeit
von der Emulgatormenge.
Claims (1)
- Patentanspruch :Hydraulischer Zementschlamm zum Abdichten von Erdbohrlöchern, gekennzeichnet durch eine Mischung aus hydraulischem Zement und einer Wasser-in-Öl-Emulsion, die einen Emulgator für !solche Emulsionen enthält, als flüssige Phase.In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 982 740;
USA.-Patentschriften Nr. 2 601 274, 2 621 132, 2 655 004.© 909 687/359 11.59
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1070539B true DE1070539B (de) | 1959-12-03 |
Family
ID=595415
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DENDAT1070539D Pending DE1070539B (de) | Hydrau lischer Zementschlamm |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1070539B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3540155A1 (de) * | 1985-09-03 | 1987-03-05 | Hoerling Ludwig Chem | Zusatzmittel fuer beton- und moertelmischungen und verfahren zu seiner herstellung |
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- DE DENDAT1070539D patent/DE1070539B/de active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3540155A1 (de) * | 1985-09-03 | 1987-03-05 | Hoerling Ludwig Chem | Zusatzmittel fuer beton- und moertelmischungen und verfahren zu seiner herstellung |
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