DE3215480C2 - Verfahren zur Herstellung einer Abdichtungsmasse - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Bereitung einer Abdichtungsmasse auf der Basis von Tonerdezement durch mechanisches Mischen des Tonerdezementes mit in einem vorgegebenen Verhältnis genommenen, die physikalisch-mechanischen Kennwerte verbessernden Zusatzstoffen. Das Mischen wird unter den Bedingungen eines elektromagnetischen Wechselfeldes mit magnetisierten Arbeitskörpern durchgeführt, wonach die erhaltene Masse einer portionsweisen Formung durch Zusammendrücken bei einem Druck von 50 bis 120 MN/m ↑2 unterworfen wird.
Description
2o
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Abdichtungsmasse mit den Maßnahmen
gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs.
Man verwendet zweckmäßigerweise die nach der vorliegenden
Erfindung bereitete Abdichtungsmasse zur Durchführung von geologischen Erkundungs- und ingenieurtechnischen
Schürfarbeiten, bei der Erdöl- und Gasförderung zur Abdichtung von Komplikationszonen,
bei der Anlage künstlicher Bohrlochsohlen und Trcnnbrücken und der Abdichtung von Sonden nach dem Abschluß
ihrer funktioncllen Nutzung.
Bei der Durchführung derartiger Arbeilen ist die Fähigkeil
des Abdiehtungsmaterials. sich beim Erhärten räumlich auszudehnen, von großer Bedeutung, die sowohl
durch die chemische Zusammensetzung des Materials als j,
auch durch die Technologie seiner Bereitung bestimmt wird.
Bekannt ist ein Verfahren zur Bereitung von Abdichtungsmassen,
welches darin besteht, daß man die die Masse zusammensetzenden Komponenten in trockener
Form vermischt und diese gemeinsam in einem Desintegrator zerkleinert (A. I. Bereshnoj. P. Ja. Sclzer. A. G.
Mucha. Elektrische und mechanische Methoden der Einwirkung heim Zementieren von Höhlungen. Moskau.
Verlag »Nedia«. I97ft. Seiten 23-25. in Russisch).
Bekannt ist auch ein Verfahren zur Bereitung einer Abdichtungsmasse, welches im mechanischen Vermischen
von puKerförmigcm Tonerdezement mit in den erforderlichen Verhältnissen genommenen Zusatzstoffen,
die die Lebensdauer, die Adhäsions- und Fcsligkcits- w
werte der Masse erhöhen und die Abbindezeiten senken. Das Vermischen erfolgt unter den Bedingungen eines
elektromagnetischer. Wechselfcldes mit zum Teil oder vollständig aus dem Material der Zusatzstoffe gefertigten,
sich in diesem Feld unkontrolliert bewegenden magnetisierten Granalien, während die Zusatzstoffe
durch Abrieb dieser Granalien im Prozeß des Vermischens zugeführt werden (US-PS 42 42 141).
Die meisten wesentlichen Kennwerte der nach bekannten Verfahren bereiteten Massen genügen den an die mi
AbdiehUingsmaterialien gestellten Forderungen, ihre
räumliche Ausdehnung im Pro/eß der Erhärtung ist aber verhältnismäßig gering und nicht ausreichend für die 1 lersk'llung
qualitätsgerechter Abdichtungen in den Bohrungen bei deren Niederbringen. t,=,
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Bereitung einer Abdichlungsmasse zu entwickeln,
welches eine Verbesserung der physikalischmechanischen Eigenschaften der Masse, besonders des
Grades ihrer räumlichen Ausdehnung bewirkt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bereitung einer Abdichtungsmassc gestattet es. gegenüber den nach den
bekannten Verfahren erhaltenen Massen ein Ahdichtungsmaterial mit einem höheren Grad der räumlichen
Ausdehnung, einer größeren Druckfestigkeit und Haftkraft an den die Bohrwandungen bildenden Gesteinen zu
erhallen.
Das Wesen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in folgendem. Die Ausgangsmaterialien bringt man in
eine im Innenhohlraum einer elektromagnetischen Solenoidspule befindliche Kammer ein. welche an ein
Wechselstromnetz angeschlossen wird. Die in der Kammer befindlichen Arbeitskörper, vorher magnetisicrie
kugelförmige Teilchen aus Bariumhexaferrit. das als Zusatzstoff dient, werden unter der Wirkung des elektromagnetischen
Wechselfeldes in unkontrollierte Bewegungen gesetzt und teilweise abgerieben. Durch die hohe
Beweglichkeit der Arbeitskörper kommt es zu einem intensiven Vermischen der Komponenten der Masse. Aus
der Kammer der elektromagnetischen Solenoidspule führt man die behandelte Masse über einen Dosator dem
Innenraum der Preßkammer zu. wo sie mit Hilfe von Preßelementen (Stempeln) bei einem Druck von 50 bis
120 MN nr geformt wird.
Diese Grenzwerte des Druckes wurden durch experimentelle
Untersuchungen ermittelt.
Die untere Grenze des Formdruckes der Abdichtungsmasscn
auf der Basis von Tonerdezement entspricht 50 MN m: und ist durch die minimal notwendige mechanische
Festigkeit des erhaltenen Erzeugnisses (Tabletten. Briketts. G.analien) bedingt. Diesem Wert entspricht bei
der Prüfung des Erzeugnisses in Hochkantstcllung eine Bruchlast von 0,5 kN.
Bei einer Erhöhung des Preßdruckes von 50 MN nr auf 120 MN nr beobachtet man ein Anwachsen der
Festigkeit des Erzeugnisses (siehe Tab. 1).
Preßdruck.
MN nr 50 M) 70 80 KM) 120 150 200 250 300 350
Bruchlast
bei der
Prüfung in
Hoehkani-
stcllunii.
kN " 0.5 0.7 0.8 1.0 1.2 1.3 1.3 1.3 1.3 0.5 0.5
In dem Intervall der Preßdrücke 120 bis 250 MN/m2 wird kein Anwachsen der Festigkeit beobachtet. Bei
Preßdrücken von weniger als 50 MN/m2 kommt es zu einer Zerstörung des Erzeugnisses im Prozeß der Verpackung
und des Transportes.
Übermüßig hohe Preßdrücke (über 250 MN/m2) führen
zur Bildung von Spaltrissen, hervorgerufen durch die Kräfte der elastischen Nachwirkung und die inneren
Spannungen in der Tablette.
Im Ergebnis tier Prüfungen wurde das Intervall des
Preßdruckes für die Abdichtungsmasse auf 50 bis 120 MN nr beschränkt.
Beispiele für die Durchführung der Erfindung für Massen verschiedener Zusammensetzung.
Als Ausgangsmaicrialicn verwendete man
Tonerdezement der Marke 400
(Druckfestigkeit 400 kp/cm2) 50 g
Tonerdezement der Marke 400
(Druckfestigkeit 400 kp/cm2) 50 g
Gips-Halbhydrat 50 g
Die Ausgangsmaterialien brachte man in die Kammer einer elektromagnetischen Spule von 50 mm Durchmesser
ein. die mit elektrischem Wechselstrom von 220 Volt Spannung gespeist wird.
Der Unterteil der Kammer wurde mit einem Net/, mit
3 χ 3 mm großen Maschen abgedeckt. Die Kammer war mit KX) vorher magnetisierten Arbeitskörpern von 5 mm
Durchmesser aus Bariumhexaferrit gefüllt. Die Kontaktdauer
der Masse mit den Arbeitskörpern beträgt 5 Sekunden. Während dieser Zeit trat 1 g Banumhexaferrit im
Prozeß des Abriebs der Arbeitskörper in die Masse ein. Die erhaltene Masse führie man der Preßkammer einer
automatischen Tablettenpresse in Portionen von je 1 g Masse zu. wo sie bei einem Druck von 50 MN nr geformt
wurden. Dabei erhielt man Tabletten von 10 mm Durchmesser und 5 mm Höhe.
Beim Anmachen der nach dem bekannten und dem erfindungsgemüßen Verfahren bereiteten Masse wurden
Abdichtungslösungen erhalten. Die Ergebnisse der Vergleichsprüfungen
der erhaltenen Lösungen sind in Tab. 2 angeführt.
Als Ausgangsmatcrial verwendete man abgelagerten Tonerdezement der Marke 400. Den Zement brachte man
in die gleiche Kammer der elektromagnetischen Spule, gefüllt mit den gleichen Arbeitskörpern ein. dabei wurde
dieselbe Koniakldauer des Zementes mit den Arbeitskörpern von 5 Sekunden eingehalten. In der Kammer
befanden sich gleichzeitig 50 g der Masse. Den behandelten Zement führte man der Kammer derselben Presse
in Portionen von je 1 g Masse zu, wo sie bei einem Druck von 80 MN/nr geformt wurde. Dabei erhielt man Tabletten
von 10 mm Durchmesser und 4 mm Höhe.
Die Ergebnisse der Prüfung der Lösungen, erhalten aus dem konventionellen pulverförmigen Zement in
ίο Form von Tabletten, sind in Tab. 3 angeführt.
Als Ausgangsmaterialien verwendete man
- Tonsrdezemenl der Marke 400 70 g
- Tonsrdezemenl der Marke 400 70 g
Gips-Halbhydrat 30 g.
Nach einer in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen analogen Behandlung wurde die Masse in Portionen von
je 1 g Masse bei einem Druck von 120 MNm2 geformt.
Dabei erhielt man Ta bleuen von 10mm Durchmesserund 3.5 mm Höhe.
Beim Anmachen der Masse, bereitet nach dem bekannten
Verfahren und dem erfindungsgemäßen Verfahren. wurden Abdichtungslösungen erhalten. Die Ergebnisse
der Vergleichsprüfungen der erhaltenen Lösungen sind in Tab. 4 angeführt.
Die Anwendeng des erfindungsgemäßen Verfahrens
gestattet es. Abdichtungsmassen mit höheren physikalisch-mechanischen
Parametern zu erhalten, was eine κι qualitätsgerechte Durchführung solcher Arbeiten wie
Ausschaltung (Abdichtung) von Komplikationszonen. Anlage künstlicher Bohrlochsohlen und Trennbrücken,
und der Abdichtung von Sonden nach dein Abschluß ihrer funktioncllen Nutzung, gewährleistet.
| Tabelle | Geprüfte | Wasscr- | Abbinde/eil, mill | Ende | Riiumli | ehe | nach | Festigkeit gegen | einachsigen | Luft- | Haftkraft der | |
| Lfd. | Probe | Zemcnt- | Ausdehnung, % | ι 7 Tagen | Druck nach 24 Stunden. | erhärtung | Masse an Quarz- | |||||
| Nr. | Verhält- | Beginn | nach | kp/cm2 | 155 | listvenit*) | ||||||
| nis | 6 | 3 Tagcr | 7,0 | Wasscr- | 125 | nach 20 min. | ||||||
| I | 22 | 6.8 | erhiirtung | 80 | kp cirr | |||||||
| U | Masse, bereitet | 0,35 | 5 | 27 | 5.2 | 5,0 | 160 | 1.7 | ||||
| 1 | nach dem | 0,5 | 19 | 4.7 | 100 | 250 | 0.5 | |||||
| 2 | bekannten | 0,7 | 23 | 4 | 3.5 | 15,0 | 70 | 200 | 0.2 | |||
| 3 | Verfahren | 11 | 14,1 | 120 | ||||||||
| Masse, bereitet | 0,35 | 2 | 20 | 8.5 | 9,8 | 260 | ~> ~> | |||||
| 4 | nach dem | 0,5 | 10 | 6,8 | 170 | 1.4 | ||||||
| 5 | eiTindungsgem. | 0,7 | 17 | 4,2 | 105 | 0.8 | ||||||
| 6 | Verfahren | |||||||||||
| (Beispiel 1) | ||||||||||||
*) metasomatisches Gestein als Quarz. Carbonaten (Ankcril) Quarz und Muskowit oder Fuchsil und verschiedenen weiteren
Mineralien wie Talk. Chlorit, Aktinolith, Turmalin. Rutil. Tilanil u. a.
| Tabelle 3 | Wasser- Zement- Verhällnis |
Abbinde/eit Beginn |
l-indc | Räumliche Aus dehnung nach 24 Stunden. % |
Festigkeit gegen ι nach 24 Stunden. Wasscrerhärtung |
-■inachsigen Druck kp cm2 l.uftcrhärtung |
| Geprüfte Probe |
0.35 (15 0.7 |
7.5 16.0 20.0 |
8.0 16.5 22.0 |
2,0 1,5 0.2 |
150 120 25 |
180 150 30 |
| Zement, bereitet nach dem be kannten Verfahren |
||||||
| Geprüfte | Wasser- | /\bhinde/eit | l£nde | Räumliche Aus | Festigkeil gegen e | 24 Stunden, kp cm2 | inachsigen Druck |
| Probe | Zement- | 6.0 | dehnung nach | nach 24 Stunden. | Luft- | kp cnr | |
| Verhältnis | E'jginn | 14.5 | 24 Stunden % | Wasscrcrhärtung | crhärtunu | Lullcrhärlung | |
| Zement, bereitet | 0.35 | 5.0 | 19.0 | 3.0 | 190 | 220 | |
| nach dem | 0.5 | 13.5 | 2.4 | 160 | 200 | ||
| erfindungsgem. | 0.7 | 18.0 | 0.3 | 40 | 45 | ||
| Verfahri η | |||||||
| (Beispiel 2) | |||||||
| Tabelle 4 | |||||||
| Lfd. Geprüfte | Wasser- Abbindezeit | linde | Räumliche Fesiii>kcil geuen cinachsiucn | Haftkraft der | |||
| Nr. Probe | Zement- | Ausdeh- Druck nach | Masse an Quarz- | ||||
| Verhältnis Besinn | nuns; nach Wasscr- | listvenit nach | |||||
| 24 Std.. % erhärtung | 1 Stunde, kp cnr | ||||||
Masse, bereitet nach dem bekannten
Verfahren
Masse, bereitet nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
(Beispiel 3)
Verfahren
Masse, bereitet nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
(Beispiel 3)
0.35
0.5
0.7
0.35
0.5
0,7
1.2
2.0
2.0
2.5
0.7
1.4
2.0
1.4
2.0
1.2 0.8 0.3
1.8 1.3 0.5
125
90
40
170 130 60
120
95
50
165
140
80
140
80
0.4
0.2
1.9 1.0 0.3
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur I Icr^icllung einer Abdichtungsmasse auf der Basis von Tonerdezement, insbesondere für das Abdichten von Gesteinsbohrungen, bei dem der Zement in einem elektromagnetischen Wechselfeld und unter Verwendung von magnetisierten Arbeitskörpern in einem vorgegebenen Verhältnis mit die physikalisch-mechanischen Kennwerte der Masse verbessernden Zusatzstoffen gemischt wird, dad urch üekennzeichnet. daß die Masse nach dem Vermischen mit einem Druck von 50 bis 120 MN/nr portionsweise zu Formkörpern gepreßt wird.15
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