DE2423674C2 - Verfahren zum Zementieren eines Bohrlochs - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zementieren eines eine gashaltige Erdformation durchsetzendem
Bohrlochs, bei dem eine eine Verschäumungsmittel enthaltende Zementmilch in das Bohrloch eingebracht -»5
und unter dem Einfluß von Gas eine gegen diffundierendes Formationsgas resistente Zementierung entlang der
Bohrlochwand hergestellt wird.
Bekannt ist es (US-PS 28 00 963; US-PS 27 96 131), einen Zementbrei durch einen Bestandteil der Lagerstatte,
nämlich das Formationswasser, beeinflussen zu lassen. Dabei muß der Zement in einer wasserfreien
Lösung, meistens öl, zur abdichtenden Formation hin verbracht werden; erst anschließend gerät er in Kontakt
mit dem Wasser, was sein Aushärten zur Folge hat. Weiterhin ist es bekannt (US-PS 32 72 765 und GB-PS
05 623), dem Zement neben Bestandteilen, die sein Gewicht herabsetzen, auch oberflächenaktive Mittel
beizugeben, um die Bildung des Leichtbetons zu verbessern. eo
Schließlich ist es bekannt (US-PS 33 93 738 und GB-PS 8 19 229), ein schaumartiges Abdichtungsmittel
bzw. einen Schaumzement mit Verschäumer, im letzteren Fall in Verbindung mit dem Zementieren von
Bohrlöchern, einzusetzen, wobei jedoch stets das Gas zum Verschäumen des verwendeten Abdichtungsmittels
ebenfalls von über Tage her in das Bohrloch eingebracht wird.
In den bekannten Fällen, wenn Lagerstättenbestandteile
oder das von über Tage zugeführte Gas in Kontakt mit der Zementmilch treten, ist stets die gesamte
Zementmilch von den einleitenden Maßnahmen betroffen und nicht bloß im wesentlichen der Formation
zugewandte Teil des eingebrachten Zements.
Es soll nun verhindert werden, daß das Gas quer durch den Zement oder in Kontakt mit der Verrohrung
oder der Wandung des Bohrlochs diffundiert. Die oben zu erwartenden Nachteile sollen vermieden, die Qualität
der Zementierung der Bohrlöcher verbessert werden. Die Zementmilch soll sich noch pumpen lassen. Die
mechanischen Eigenschaften des eingebrachten Zements sollen sich nicht verändern.
Gelöst wird diese Aufgabe überraschend dadurch, daß die Zementmilch zunächst im wesentlichen gasfrei
zu der gashaltigen Formation hin in das Bohrloch eingeführt und sodann bei Kontakt der Zementmilch
mit in der Erdformation enthaltenen Gas ein schaumartiger Schutzschirm ausgebildet wird, der den Gasdruck
der Erdformation während der Aushärtephase der Zementmilch von dem aushärtenden Zementmantel
fernhält.
Durch die Maßnahme nach der Erfindung wird die obige Aufgabe voll gelöst. Die Zementmilch läßt sich
pumpen. Der Schaum bildet sich gerade im Innern der ZementDoren während des Abbindens, wenn das Gas
versucht, quer durch diesen Zement vor seinem vollständigen Abbinden zu diffundieren.
Vorzugsweise besteht das Verschäumungsmtttel aus
einer wäßrigen einphasigen Lösung, welche wenigstens eine ionogene Oberflächenaktivierungsverbindung und
wenigstens eine nicht-ionogene Oberflächenaktivierungsverbindung enthält.
Der Schaum mitten in den Poren sorgt für eine starke Verminderung der Permeabilität gegen Gas und führt so
dazu, daß die imergranulare Verschiebung des Wassers durch das Gas verhindert wird und eine Schaumbarriere
erzeugt wird, die wesentlich wirksamer als die nach dem
Stand der Technik erhaltene ist.
Vorteilhaft kann man die Abbindezeit des Zements vermindern, indem man in die Zementmilch einen an '5
sich bekannten Abbindebeschleuniger einbaut.
Die dichte Zementierung eines Bohrloches, unter Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung läßt sich
am Ort und oberhalb der das Gas enthaltenden Schicht über eine ausreichende Höhe des Bohrlochs realisieren,
derart, daß ein dichter Zementring ausreichender Höhe sich dem Aufsteigen des Gases längs des Bohrlochs in
der zementierten Ringzone zwischen der Wandung des Bohrlochs und der Verrohrung widersetzt
Als ionogene Oberflächenaktivierungsverbindungen können anionische oder kationische Verwendung
finden. Eine anionische Oberflächenaktivierungsverbindung, verwendbar im Gemisch mit einer nicht-ionogenen
Oberflächenaktivierungsverbindung zur Bildung des dem Zement einverleibten Verschäumungsmittels,
kann unter den folgenden Verbindungen gewählt werden:
— den Fettalkoholsulfaten,
— den polyäthoxylierten Fettalkoholsulfaten, J5
— den äthoxylierten Alkylphenolsulfaten, oder
— den Phosphorsäureestern äthoxylierter Fettalkohole.
Eine kationische Oberflächenaktivierungsverbindung kann ein quaternäres Ammoniumsalz sein.
Das in Lösung befindliche nicht-ionogene Oberflächenaktivierungsmittel,
welches im Gemisch mit einer oder mehrerer der oben genannten Zusammensetzungen verwendet werden kann, kann unter den folgenden 4)
Familien nicht-ionogener Oberflächenaktivierungsmittel gewählt werden:
— den äthoxylierten Alkylphenolen,
— den äthoxylierten Fettalkoholen, >0
— den Kondensationsprodukten des Äthylenoxyds mit Propylenglycolen oder
— den äthoxylierten Sorbitestern.
Das Gemisch der gewählten Oberflächenaktivie- ^5
rungsmittel darf nicht unter der Wirkung der in der Zementmilch und im Filtrat des verwendeten Bohrschlamms
zur Schachtabteufung enthaltenen Ionen ausfallen.
Sehr günstige Ergebnisse wurden mit Verschäumungsmitteln erhalten, welche aus Gemischen wenigstens
einer oxyäthylenierten aliphatischen Verbindung und wenigstens einem polyäthoxylierten Fettalkoholsulfat
gebildet sind.
Die Gewichtskonzentration an Verschäumungsmitteln
in der wässerigen Phase der Zementmilch liegt im allgemeinen zwischen 0,1 und 5%; ausgezeichnete
Ergebnisse wurden mit Gehalten von 0,5 bis 2 Gewichtsprozent erhalten.
Für den Einsatz der Verschäumungsmittel auf der
Baustelle sind gewisse Vorkehrungen zu treffen; sobald nämlich einmal das Verschäumungsmittel in Lösung
gebracht ist, muß jede heftige Durchrührung in Anwesenheit von Luft derart vermieden werden, daß
nicht die Dichte der Zementmilch durch Einschlüsse von Luftblasen vermindert wird.
Hierzu führt man vorzugsweise das Verschäumungsmittel mit Hilfe einer Dosierpumpe in die bereits
vorbereiten Zementmilch ein, d. h. hinter der Stelle, wo der von einem Beschickungstrichter 7 .,geführte Zement
mit dem Anrnach-A-asscr vermischt wird
Mehrere Versuche am Ort wurden entsprechend dem vorgenannten Verwirklichungsverfahren durchgeführt.
Die Verschäumungsmittelkonzentration lag bei 1%.
Eine Diagraphie der Haftung des erfindungsgemäß verwendeten Zements ermöglicht es (Fig. 1) die
Qualität der Zementierung, insbesondere am Ort der gasimprägnierten Schicht zu beurteilen. Die Diagraphie
einer klassischen Primärzementierung -:ines Bohrlochs
in der gleichen Formation wird als Bezugsgröße (F i g. 2) gegeben.
Die benachbarten in die gleiche geologische Formation gebohrten Bohrlöcher, an denen die Versuche
durchgeführt wurden, durchsetzten eine gasimprägnierte Schicht 1, die sich oberhalb einer wasserführenden
Schicht 2 befand und über der eine tonhaltige Deckschicht 3 vorgesehen war, welche selbst von
permeablem tonhaltigem Sand 4 überdeckt var.
Die Diagraphie wird mittels einer Schallwellen abgebenden Sonde durchgeführt, wobei die Schallwellen
-Jm so besser absorbiert werden, je höher die
Haftung des Zementes liegt.
Aus den Aufzeichnungen der F i g. 1 und 2 ergibt sich die Amplitude A in Millivolt des Signals, welches durch
den Empfänger der Sonde auf den verschiedenen Niveaus des Bohrlochs empfangen wird.
In der Diagraphie der F i g. 2 ist diese Amplitude am Ort der Schicht 1, der Tonschicht 3 und der Basis der
tonsandhaltigen Schicht 4 erhöht, was eine Diffusion des Gases durch den Zement bezeugt.
Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung dagegen erhält man eine gasimpermeable Zementierung,
v/ie die geringste am Ort der gleichen Zonen aufgezeichnete Amplitude bezeugt. Diese geringe
Amplitude entspricht einer sehr starken Abrorption der Schallenergie längs dieses gesamten zementierten Teils
des Bohrloches, was das gute Haftungsvermögen des Zements und somit seine Gasdichtigkeit beweist.
Claims (12)
1. Verfahren zum Zementieren eines eine gashaltige Erdformation durchsetzenden Bohrlochs, bei dem
eine ein Verschäumungsmittel enthaltende Zementmilch
in das Bohrloch eingebracht und unter dem Einfluß von Gas eine gegen diffundierendes
Formationsgas resistente Zementierung entlang der Bohrlochwand hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zementmilch zunächst im wesentlichen gasfrei zu der gashaltigen Formation
hin in das Bohrloch eingeführt und sodann bei Kontakt der Zementmilch mit dem in der Erdformation
enthaltenen Gas ein schaumartiger Schutzschirm ausgebildet wird, der den Gasdruck der is
Erdformation während der Aushärtephase der Zementmilch von dem aushärtenden Zementmantel
fernhält
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in die Zementmilch ein Abbindebeschleunigpreingearbeitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch i oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Verschäumungsmittel aus
einer wäßrigen einphasischen Lösung gebildet wird, welche wenigstens eine ionogene Oberflächenaktivierungsverbindung
und wenigstens eine nicht-ionogene Oberflächenaktivierung&verbindung enthält
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß als ionogene Oberflächenaktivierungsverbindung
eine anionische verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dati als ionogene Oberflächenaktivierungsverbindung
eine kationische verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als nicht-iorcogens Oberflächenaktivierungsverbindung
äthoxylierte Alkylphenole, äthoxylierte
Fettalkohole, Kondensationsprodukte des Äthylenoxyds mit Propylenglycolen oder äthoxylierte
Sorbitester verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet,
daß als anionische Oberflächenaktivierungsverbindung Fettalkoholsulfate, polyäf hoxylierte
Fettalkoholsulfate, äthoxylierte AJkylphenoIsuIfate oder Phosphorsäureester von äthoxylierten
Fettalkoholen verwendet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß als kationische Oberflächenaktivierungsverbindung
quaternäre Ammoniumsalze verwendet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß die Zementmilch
hergestellt wird, indem man zunächst ein Gemisch aus Zement und Wasser herstellt und dann das
Verschäumungsmittel dem erhaltenen Fluid einverleibt
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß das Verschäumungsmittel
aus einem Gemisch wenigstens einer oxyäthylenierten aliphatischen Verbindung und wenigstens
einem polyäthoxylierten Fettalkofcolsulfat besteht
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die wässerige Phase der Zementmilch 0,1 bis 5 Gewichtsprozent
Verschäumungsmittel enthält.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet
daß die wässerige Phase der Zementmilch 0,5 bis 2 Gewichtsprozent Verschäumungsmittel
enthält.
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