JP2002526604A - 油井等をセメント化するセメンティング組成物およびそのような組成物の使用 - Google Patents

油井等をセメント化するセメンティング組成物およびそのような組成物の使用

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Abstract

(57)【要約】 油井などのためのセメンティング組成物は、４０〜６０メッシュ範囲の粒度を有する（セメントの重量に基づいて）３０〜１００％のゴム粒子を包含する。本発明にしたがってゴム粒子を添加すると、セメントの透過率を低く保ちながら低密度のスラリーが得られる。本発明の組成物は、穿孔領域および多側道井の分岐線の接合部などの極限動応力を受けるセメンティング領域に特に有利である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、油、ガス、水、地熱または同様な井戸の穿孔技術に関するものであ
る。さらに、明確に言えば、厳しい動的応力を受ける領域のセメント化に適切な
セメンティング組成物に関するものである。
【０００２】 一般的に、何百メートルを超える深さの井戸にはケーシングが施され、地下地
質とケーシングの間の環状空間は、その深さの全部または一部にわたりセメント
化される。セメント化の不可欠な機能は、穿孔される異なった地質層間での流体
交換を防止し、また井戸への流体の侵入を制御し、特に水の侵入を制限すること
である。産出領域において、ケーシング、セメントおよび地質層は数センチの深
さにわたって全て穿孔される。
【０００３】 油井に於ける環状空間にあるセメントは、油井の寿命の間に多くのストレスを
受ける。流体充填の変化により、またはボーリング用流体が完成時の流体と、ま
たは模擬操作時に使用される流体と置き換わる時のように、付加的な圧力が井戸
に加えられる場合、ケーシングの中の圧力は、増加したり減少したりする。また
、少なくとも鋼鉄およびセメントの温度が平衡になる前の期間中、温度の変化が
セメントにストレスを与える。ただ、上記の大部分の場合、このストレスを与え
る工程は十分に遅く、静的工程として処理可能なほどである。
【０００４】 しかしながら、セメントは、動的な性質の他の幾つかのストレスを受ける。な
ぜならばこれらストレスは非常に短期間にわたって起こり、または多かれ少なか
れ周期的または反復的に起こるからである。穿孔の際、井戸内に何百バールの過
剰な圧力を引き起こすことはなく、この圧力は衝撃波の形で分散される。さらに
、穿孔の際、推進体がセメントを貫通する時に衝撃を発生し、この衝撃により穴
を包囲する領域は、数メートルの長さにわたって大きな力を受ける。 セメント中に動的ストレスを作り出し、かつ油井の操作において非常に一般的
な他の工程は、側道を作るためにセメント化されたケーシングに窓を切込み形成
する場合である。側道の穿孔に続き、数メートルの深さにわたって鋼鉄を切削す
ることは、セメントに衝撃および振動を与え、取り返しがつかない程にセメント
を損傷することがしばしばある。
【０００５】 本発明の目的は、特に穿孔領域および側道の分枝用の連結点のような極端な動
的ストレスを受ける油井または同様な井戸のセメントの領域のために新規な処方
を提供することである。
【０００６】 １９７７年のＳＰＥ（Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｎｇｉ
ｎｅｅｒｓ）の年会議および公演１９９７（ＳＰＥ３８５９８、５−８、 Ｏｃ
ｔｏｂｅｒ １９９７）並びにフランス特許出願（ＦＲ９７ １１８１２、２３ ｒｄ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９７）に発表された論文に於いて、Ｍａｒｃ
Ｔｈｉｅｒｃｅｌｉｎ等は、セメント被覆管の破壊の危険性はケーシングの熱弾
性特性、セメントおよび井戸を包囲する地質層に依存していることを示している
。セメント被覆管の破壊を引起こすメカニズムの詳細な分析結果によれば、井戸
内の圧力および／または温度の上昇にともなうセメント被覆管の破壊の危険性は
、セメントの引張強度に直接関連すること、およびセメントのヤング率Eに対す
る引張強度ＲＴの比率が増加したときに減少することが判明した。
【０００７】 ヤング率は、物質の柔軟性を示す特徴を示すものとして知られている。従って
ＲＴ/Eの比率を上昇させるためには、低いヤング率を有する物質、言い替えれば
高い柔軟性のある物質を選択すべきである。
【０００８】 固化したセメントの柔軟性を上昇させる１つの公知の方法は、セメントスラリ
ーを水で希釈して密度を減少させることである。しかしながら、この場合には、
スラリーの安定性の低下、特に液体および固体相の分離を招くことになる。その
ような現象は、もちろんケイ酸ナトリウムのような物質を加えることにより部分
的に制御できるが、固化したセメントの浸透性は依然として大変高く、このこと
は、各領域を隔離して流体の移動を防ぐ主たる機能、または少なくともそのよう
な隔離の耐久性を保証する機能を満足することができないことを意味している。
さらに、軽量セメントは、機械特性、特に耐衝撃性が低く、穿孔領域のような極
端な機械的ストレスを受ける領域のために意図されるセメントとしては明らかに
不十分なものである。
【０００９】 本発明の目的は、再生ゴムで強化した軽量油井用セメントを提供することであ
る。粉砕したゴム粒子はスラリーの密度を低下させ、それゆえ二次的に、その系
の柔軟性に影響を与える。本来的に、ゴム粒子はセメントの機械的特性を改良す
るものではない。
【００１０】 建築業界に於いて、コンクリートにゴム粒子を含有させることにより、強靭性
、耐久性および回復性を改善させることが知られている［例えば、Ｎ．Ｎ．Ｅｌ
ｄｉｎ ａｎｄＡ．Ｂ．Ｓｉｎｏｕｃｉ，コンクリート骨剤としてのゴムタイヤ
粒子。Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇ
ｉｎｅｅｒｉｎｇ、５、４、４７８−４９７（１９９３）を参照］。ゴム粒子を
含め調合したコンクリートには、例えば次の如き応用例がある。すなわち衝撃を
吸収する自動車道路の建築、音吸収材としての騒音防止壁、地震の際地震波吸収
用ビルデイング建築材等である。従って、これら応用例では、ゴム粒子の目的は
コンクリートの機械特性を主に改善するためである。
【００１１】 衝撃強さおよび曲げ強さを改良するために、（４〜２０メッシュ範囲の粒度を
有する）粉砕ゴム粒子を添加することは、油井セメント工業において公知である
（Ｗｅｌｌ ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ １９９０，Ｅ．Ｂ．Ｎｅｌｓｏｎ，Ｓｃｈｌｕ
ｍｂｅｒｇｅｒ Ｅｄｕｃａｉｔｏｎａｌ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）。そのような機械
的性質の改良は、ロシア特許ＵＳ−１３８４７２４号および同ＳＵ−１３２３６
９９号にも示唆されている。極く最近、米国特許ＵＳ−Ａ５７７９７８７号は、
硬化セメントの機械的性質、特に、レジリエンス、延性および膨脹性を改良する
ために、１２／２０メッシュまたは２０／３０メッシュの粒度を有するリサイク
ル自動車タイヤ由来の粒子の使用を提案した。この米国特許で開示されたスラリ
ーの密度は、１．７２〜２．２８ｇ／ｃｍ３の範囲であったことに留意されたい
。
【００１２】 従来技術の開示とは対照的に、本発明は、１．７０ｇ／ｃｍ３以下の密度、例
えば、１．４４ｇ／ｃｍ３もの低さであってよい密度を有するスラリーを提供す
ることを目的とする。言いかえれば、本発明は、混合水の一部を水の密度に近い
密度（１．２ｇ／ｃｍ３）のゴム粒子と取り換えることにより低密度スラリーを
製造することにある。このようにして、低透過率および改良された衝撃強さを有
するセメントが生産される。また、ゴム粒子は、二次的に、系のヤング率を低下
させることにより系に柔軟性を付与する。これによって、本来、ゴム粒子はセメ
ントの機械的性質を改善しないにしても、透過率が低下し、系の圧縮性が低下し
、かつ耐衝撃性が増大する。 本発明のセメントスラリーは、事実上、セメントと、水と、例えば、リサイク
ル自動車タイヤを粉砕して得た４０〜６０メッシュ（２５０〜４２５μｍ）の範
囲の粒度を有する（セメントの重量に基づいて）３０〜１００％のゴム粒子とか
らなる。使用されるゴム粒子は、自動車工業からリサイクルされたタイヤから得
たものである。ゴム粒子は、タイヤを粉砕または低温砕解して得る。２５０〜４
００μｍの範囲の直径を有する粒子が特に好ましい。そのような粒度のものから
、適当なレオロジーを有するポンプ圧送可能なスラリーが得られる。
【００１３】 本発明の調合品はアメリカの石油協会（ＡＰＩ）の規格のセクション１０に規
定されているクラスＡ、Ｂ、Ｃ、Ｇおよび、Ｈのポートランドセメントに基づく
ものが好ましい。クラスＧのポートランドセメントが特に好ましいが、この分野
で知られる他のセメントも同様に、有益に使用できる。低温での応用品には、ア
ルミナセメントが、特に好ましい。同様に、ポートランド／石膏の混合物は、低
い温度の井戸（例えば、深い水の井戸）向けに、特に適しており、またセメント
／シリカの混合物は、例えば、温度が１２０℃以上の井戸向けに特に好ましい。
スラリーを構成するために使用する水は、好ましくは、例えば水道水の如く低ミ
ネラル水である。他の水、例えば海水は選択的には用いられるが、一般的には好
ましくない。
【００１４】 本発明の組成物は、大多数のセメンティング組成物に日常的に用いられている
添加剤、例えば、分散剤、泡止め剤、沈殿防止剤、セメント遅延剤または促進剤
、および流体損失抑制剤（ｆｌｕｉｄ ｌｏｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｇｅｎｔｓ
）をさらに含んでいてよい。
【００１５】 変形例において、セメンティング組成物は、鋳造非晶質金属繊維を添加するこ
とによりさらに強化される。鋳造非晶質金属繊維は、例えば、ＵＳ−Ａ−４５２
０８５９号から公知であり、常温ドラム上に溶融金属の薄いリボンを鋳造するこ
とにより得られる。急速冷却して結晶化を阻止し、金属を非晶質材料形態で固化
する。用いられる繊維、すなわち、より正確に言えば、ストリップの長さは、典
型的には、１０ｍｍのオーダー、好ましくは５〜１５ｍｍの範囲である。
【００１６】 鋳造非晶質金属繊維は、本発明のセメントスラリーに、セメントの重量に関し
て１〜２５重量％の量で、典型的には５０〜２００ｋｇ／ｍ３のオーダーの繊維
濃度で添加する。
【００１７】 鋳造非晶質金属繊維を添加することにより、ゴム粒子の添加に起因する圧縮強
さの低下が有利に補償されると同時に、曲げ破壊係数および破壊係数対ヤング率
比を増大させることができる。
【００１８】
【実施例】
本発明を以下の実施例で説明する。
【００１９】 実施例１ 本発明の基本原理を示すために、最適化されていない配合物を用いた。これら
の配合物は、分散剤を例外として、セメンティング添加剤を含んでいなかった。
この実施例において、リサイクルゴムは、米国、ジャクソンビル所在のアメリカ
ン タイヤ リサイクラーズ社（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｔｉｒｅ Ｒｅｃｙｃｌｅｒｓ
，Ｉｎｃ．，Ｊａｃｋｓｏｎｖｉｌｌｅ，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａ
ｍｅｒｉｃａ）から得た。このリサイクルゴムの商品名はＧｒｏｕｎｄ Ｒｕｂ
ｂｅｒ ４０ ｍｅｓｈである。その密度は、１．２ｇ／ｃｍ３であり、粒度測定
は４０メッシュである。 セメントスラリーは、クラスＧのポルトランド ディッカーホフ ノース（Ｐｏ
ｒｔｌａｎｄ Ｄｙｃｋｅｒｈｏｆｆ Ｎｏｒｔｈ）セメントと、リサイクルゴム
粒子と、水と、分散剤とからなるものであった。これらの配合物を表１に示す。
これらの配合物はすべて同じ温度（１７０°Ｆ、すなわち、７６．７℃）で研究
した。分散剤は、液体ポリナフタレンスルホネートであった。
【００２０】
【表１】
【００２１】 セメントスラリーおよび遊離水の粘性の測定には、ＡＰＩ １０で推奨されて
いる方法を用いた。粘性は、混合した直後に測定し、その後研究室の温度で条件
温度に達した２０分後に測定された。測定結果を第２表に示す。ＰＶは塑性粘度
を、ＴＹは降伏点を示す。
【００２２】
【表２】
【００２３】 曲げ試験は、７６．７℃で、２０．６８ＭＰａ（３００ｐｓｉ）の圧力下で３
日間保持して得られた３ｃｍ×３ｃｍ×１２ｃｍの柱状セメント泥状体を用いて
行われた。圧縮試験は、７６．７℃で、２０．６８ＭＰａの圧力下で３日間保持
して得られた１辺５ｃｍの立方体を用いて行われた。
【００２４】 曲げ強度（破壊係数Ｍｒと曲げに於けるヤング率Ｅｆ）および圧縮強度（圧縮
強度Ｃｓと圧縮に於けるヤング率）に対する結果を第３表にしめす。 曲げ強度は引張強度より容易に測定できる。経験的には、曲げ強度は引張強度の
２倍であると推定される。
【００２５】
【表３】
【００２６】 前述の結果は、セメント泥状体に於けるゴム粒子の濃度の増加は、同時に下記
のことを生じることを示している。 − 破壊係数の減少 − 圧縮強度の減少 − 曲げおよび圧縮に於けるヤング率の減少 − 曲げ時の破壊係数の曲げ時のヤング率に対する比率の減少 これら異なった系を比較するために、たわみ性判定法が定められた（ＭＴの記
号で示したもの）。曲げ時の破壊係数の、曲げ時のヤング率に対する比率が高い
程、そのセメントは良いと考えられる。たわみ性判定法は、例えば第１図に示さ
れており、そこではセメントの曲げ時のヤング率を関数として、セメントの引張
強度が示されている。この図は次の仮定の基に得られたものである。即ち、ケー
シングは、外径８．５インチ（２１．６ｃｍ）、内径７インチ（１７．８ｃｍ）
であり、鋼鉄のグレードは３５ｌｂ／ｆｔ（５２Ｋｇ／ｍ）である。尚、井戸の
中の圧力は５０００ｐｓｉ（３４．５ＭＰａ）迄上がると仮定された。
【００２７】 この図は三つのタイプの岩（硬い岩、中間の岩、固まりの弱い岩）に対して要
求される最低条件を示している。得られた各曲線は、幾何配置に対しての良好な
セメント強度およびこれらサンプルに対して選ばれた圧力上昇についての最低条
件を示している。与えられた岩に対して、セメントの特性（引張強度、曲げ時の
ヤング率）が曲線の上部に位置するなら、セメントは満足できるものと思われる
。ＡからＥの調合品は、どのような岩に拘わらず、たわみ性判定基準を満足させ
ている。
【００２８】 しかしながら、これらの傾向は、ゴム粒子濃度の上昇、即ちこの配合系の多孔
度の上昇からくる密度の減少に直接繋がって来ている。７６．７℃、２０．６８
ＭＰａ（３０００ｐｓｉ）で、３日間固定した後に得られた、異なった調合組成
のセメントサンプルの多孔度が測定された。
【００２９】 多孔度測定の原理は次の通りである。定められた温度と圧力の下で固められた
セメントから１２．７ｍｍ（１／２ｉｎｃｈ）径で長さが１ｃｍのシリンダーが
、切り取られた。これらは凍結乾燥器で約２週間乾燥された。またこの間、重量
損失が時間を関数として測定された。サンプルが、時間に対し一定重量になるま
で乾燥された時、その真の体積または骨格の体積Ｖｓが、ヘリウムピクノメータ
を用いて測定された。平均体積Ｖｂは、シリンダー外部寸法から得られた。二つ
の体積の差（Ｖｂ−Ｖｓ）は空げき容積、即ちヘリウムを受け入れる材料の多孔
度Φを与えるものである。スラリーの多孔度Φは、調合組成に於ける水と液体添
加物の体積％である。各々の調合組成について、ゴムの容積％が計算された、ま
た有効多孔度Φは材料の多孔度にゴムの容積％を加えたものと、定義された。そ
の結果を第４表に示す。
【００３０】
【表４】
【００３１】 図２および図３は、曲げヤング率と曲げ破壊係数が有効多孔度の関数としてど
のように変動するかを示している。ヤング率が、７０％多孔度後の飽和しきい値
に対応して、有効多孔度の関数としてほぼ線形に低下することがわかる（図２）
。同じことが曲げ破壊係数についても言える（図３）。
【００３２】 結論として、粉砕ゴム粒子は、スラリー密度を低下させ、それによって、二次
的に系の柔軟度に影響を与え得るようである。本来、ゴム粒子はセメントの機械
的性質を改善しない。
【００３３】 実施例２ 完全配合物の実施例を示す。セメントスラリーは、クラスＧのポルトランド
ディッカーホフ ノース セメントと、リサイクルゴム粒子と、水と、種々の添加
剤（泡止め剤および遅延剤；遅延剤は、温度に応じて異なっていた）とからなる
ものであった。表５に配合物を列挙する。配合物１および７は、ゴム粒子を含ん
でいなかった。配合物２および５は、先行実施例のものと同じ４０メッシュゴム
を含んでいた。配合物６は、オランダ、マストリヒト所在のフレデンシュタイン
ラバー リソーシス（Ｖｒｅｄｅｎｓｔｅｉｎ Ｒｕｂｂｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ
ｓ，Ｍａａｓｔｒｉｃｈｔ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）からＥＣＯＲＲ ＲＮＭ
４５として入手可能な４５メッシュのゴムを用いた（密度１．２ｇ／ｃｍ３）。
スラリー密度および最適化温度などのパラメータの影響を研究した。１２０℃以
上の温度の場合、後屈強さ問題のためにシリカ粉末を用いた。
【００３４】
【表５】
【００３５】 「他の添加剤」の詳細な組成を以下の表に示す。
【表６】
【００３６】 配合物１および５の場合、増量剤はベントナイトであった。配合物７の場合に
は、ケイ酸ナトリウムを用いた。配合物はすべて、２〜６時間の範囲の増粘時間
を得るように最適化したことに留意されたい。セメントスラリーと自由水のレオ
ロジーは、ＡＰＩ １０〔米国石油協会（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）〕で推奨されている方法を用いた。結果を表６に示す。
【００３７】
【表７】 ＊ 配合物３および４の場合、技術的な理由で、レオロジーは、表５に示されて
いるような温度Ｔｍではなく８５℃で測定した。
【００３８】 実施例３ ３２メッシュ（５００μｍ）の粒度の粉砕ゴム粒子を試験した。
【００３９】 この実施例では、既に先行実施例に記載した２種のスラリー配合物：実施例１
の配合物Ｄおよび実施例２の配合物２を用いた。これらの配合物はどちらも、４
５％のスラリー多孔度で１４ｐｐｇに配合され、３１ｂｗｏｃ％のゴム粒子を含
んでいた。唯一異なっていたのは、ゴム粒子の製造業者および粒度であり、４０
メッシュサイズの粒子を３２メッシュサイズの粒子に取り換えた。
【００４０】 新規ゴム供給源を有する配合物ＤはＡＰＩ混合性ではなく、ゴムの一部が表面
に残った。この現象は、例えば、分散剤（ポリナフタレンスルフェート）の添加
濃度を２倍にしても存続した。
【００４１】 配合物２に関しては、スラリーが不良ＡＰＩ混合物であり、状態調整後のセメ
ントスラリーは、極めて濃厚であり、かつ鋳造に不都合であることが観測された
。沈殿防止剤を除去し、遅延剤を残してスラリーの粘度を低下させるためには、
ブレンド時に、粒子が表面に全く認められなくなるまで１２０００ｒｐｍ（毎分
回転数）で１０分間混合する必要があり、混合し、温度下に状態調整した後に得
られた流体は、極めて濃厚であり、かつ鋳造に不都合であった。
【００４２】 実施例４ リサイクルされ、粉砕されたゴム粒子を含有するセメントスラリーの曲げおよ
び圧縮機械的性質を測定した。実施例１に正確な配合物が示されている。さらに
、先の配合物と比較するために、１．８９ｇ／ｃｍ３の密度を有し、唯一の添加
剤として４．０１ ｌ／ｍ３の泡止め剤を含み、ゴム粒子は含んでいないＮＥＴ
（配合物８）を加えた。
【００４３】 油井で遭遇する条件をシミュレートするために、高圧・高温チャンバ内の圧力
・温度下に数日間維持した系で、硬化セメントの機械的性質に及ぼす粉砕ゴム粒
子の影響を研究した。
【００４４】 実施例１と同じ条件下に、以下の表５に示されている状態調整温度で曲げ試験
および圧縮試験を実施した。以下の表７には同じ略語が用いられている。曲げ試
験および圧縮試験から、荷重の０から（破断時に対応する）最大変位までの範囲
の変位にわたる荷重-変位曲線を積算して、破断時に放出されるエネルギー量を
得た。
【００４５】
【表８】
【００４６】 １．６８ｇ／ｃｍ３（１４ ｐｐｇ）の密度を有する配合物の場合、ゴム粒子
を添加すると、曲げ破壊係数だけでなくヤング率も低下した。しかし、曲げ破壊
係数対ヤング率比は高率に維持され、先に定義した柔軟度基準を満足した。ゴム
粒子を添加した系を遅延させることは可能であり、研究した全温度範囲で、得ら
れたセメントは柔軟度基準を満足した。
【００４７】 ゴム粒子を添加すると、圧縮強さは低下したが、その値は許容可能な範囲内に
留まった。
【００４８】 種々のセメントスラリー配合物について硬化材料の多孔度を測定した。材料の
多孔度測定原理は実施例１で定義した。多孔度結果を表８に示す。予測したよう
に、これらの結果は、（例えば、配合物１と配合物２を比較すると）ゴム粒子を
添加することにより、最終材料の多孔度Φが低下することを示している。実施例
１におけるように、曲げヤング率は、７６．７６℃で最適化した配合物すべてに
関して７０％多孔度後の飽和しきい値に対応して有効多孔度の関数としてほぼ線
形に低下することが観測された（図４）。同じことが曲げ破壊係数にもあてはま
る（図５）。
【００４９】 最適化配合物に関して、実施例１の結論が立証される：粉砕ゴム粒子はスラリ
ーの密度を低下させ、それによって、二次的に系の柔軟度に影響を与える。本来
、ゴム粒子はセメントの機械的性質を改善しない。
【００５０】
【表９】
【００５１】 実施例５ １４ｐｐｇの密度を有するベーススラリーは、ポルトランドセメントと、ゴム
粒子と、水とからなっていた（先行実施例の配合物２）。このベーススラリーに
、フランス、シャロン＝シュール＝ソーヌ所在（Ｃｈａｌｏｎ−ｓｕｒ−Ｓａｏ
ｎｅ，Ｆｒａｎｃｅ）のＳＥＶＡから商標名Ｆｉｂｒａｆｌｅｘ ５ｍｍとして
入手可能な非晶質金属鋳造繊維すなわちストリップを加えた。種々の濃度の繊維
を研究した。
【００５２】 先行実施例と同じ条件を用い、１７０℃で曲げ試験を実施した。結果を表９お
よび表１０に示す。表９は、曲げ強さ（破壊係数Ｍｒおよび曲げヤング率Ｅｆ）
に関する。表１０は、圧縮強さ（圧縮強さＣｓおよび曲げヤング率Ｅｃ）に関す
る。
【００５３】
【表１０】
【００５４】
【表１１】
【００５５】 繊維を添加すると、曲げ破壊係数および破壊係数対ヤング率比が増大すること
がわかる。同じ傾向が、曲げ試験から得られた破断エネルギーについても観測さ
れた。ゴム粒子と繊維との混合物を配合したセメントで良好な圧縮強さが得られ
た。
【００５６】 さらに、図６は、曲げ試験中に及ぼされた荷重の関数としての変位のグラフで
ある。ゴム粒子を添加しなかったセメントと粉砕ゴム粒子を添加したセメントと
の間に荷重の増大は認められなかった。しかし、ゴム粒子を添加したセメントで
は、破断後挙動がゴム粒子を含有していないセメントとは極めて異なっていた。
粉砕ゴム粒子を添加すると、セメントの破断応力が向上し、この破断後挙動は、
ゴムと繊維との混合物を添加するとさらに向上した。
【００５７】 破断応力は多側道井においては重要なパラメータである。
【００５８】 実施例６ 曲げ試験および圧縮試験に用いたものと同じ条件下に、同じ時間、圧力（３０
００ｐｓｉ）および温度（１７０°Ｆ）下にセメント試料を生産した。得られた
硬化材料を以下の寸法に穿孔した：直径５１．４ｍｍ、長さ２５ｍｍ。
【００５９】 湿り試料をハスラー型（Ｈａｓｓｌｅｒ ｔｙｐｅ）セルに入れ、試料に１０
〜１００バールの閉じ込め圧力を加えた。クロマトグラフィーポンプを用いて試
料全体に（０．０１０〜０．８０ｍｌ／分の範囲の）小定流量の水をかけた。試
料の側面における差圧を測定し、記録した。記録された値は平衡に相当するもの
であった。
【００６０】 ダルシーの法則： Ｑμｌ Ｋ＝１４７００ ＡＰ （ここで、Ｑはｍｌ／秒で表される流量、μはｍＰａ．ｓで表される水の粘度、
Ｌはｃｍで表される試料の長さ、Ａはｃｍ２で表される試料の表面積、Ｐはｐｓ
ｉで表される差圧である） を用い、透過率Ｋをミリダルシー（ｍＤａ）で計算した。
【００６１】 種々の配合物に関する結果が表１７に示されており、これらの結果は、ゴム粒
子を添加すると、セメントの透過率が低下することを示している。
【００６２】
【表１２】
【００６３】 実施例７ セメント試料に関して衝撃試験を行った。これらの試験は、長さ１ｍの投射物
を硬化セメントディスク上に落下させるものであった。ディスクは、円形で、直
径７０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのものであった。経時的に動荷重を測定、記録した。
【００６４】 ゴム粒子を含まないセメント（配合物１および７）は、脆性材料として挙動し
、この試料によって吸収されたエネルギーは、１０ジュール未満であると予測さ
れた。表１１に示されているように、ゴム粒子配合セメントにより吸収されたエ
ネルギーははるかに高かった。
【００６５】
【表１３】
【００６６】 この良好な衝撃挙動は、多側道井をセメンティングする場合に特に重要である
。
【００６７】 実施例８ 輪形膨脹鋳型（ａｎｎｕｌａｒ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｍｏｌｄ）中で井条件を
シミュレートする温度下に硬化時のセメントスラリーの線膨脹を測定した。この
鋳型は、端に２つのピンを有する伸縮性リングの両側に配置された２つの平円板
からなっていた。このアンサンブルは、薄い（２２ｍｍ）直径１００ｍｍのシリ
ンダーを構成していた。２つのディスクはスクリューで互いに固定されていた。
研究すべきセメントスラリーを鋳型に注入し、鋳型を７６．７６℃のサーモスタ
ット式水浴に入れた。試験中、スラリーと水とを接触状態に保った。
【００６８】 硬化時に、セメントが膨脹すると、伸縮性リングの外径も拡大し、リングの２
ピン間の距離も増大した。
【００６９】 以下の関係式： Ｌ＝（Ｄ２-Ｄ１）×１０．９５ （ここで、Ｌは百分率で表され、Ｄ１はインチで表される硬化開始前の測微法測
定値、Ｄ２はインチで表される硬化後の側微法測定値、１０．９５は鋳型の形状
寸法を勘定に入れた定数である） を用いて、セメントスラリーの線膨脹Ｌを得た。
【００７０】 膨脹結果が表１２に示されており、これらの結果は、ゴム粒子を含有するスラ
リーが有利な膨脹性を有することを示している。
【００７１】
【表１４】
【００７２】 実施例９ 密度１．６７ｇ／ｃｍ３を有し、３１ｂｗｏｃ％のゴム粒子を含有する配合物
２を含むスラリーを用いて、混合性およびポンパビリティー試験を行った。
【００７３】 ゴムをセメントとドライブレンドし、次いで混合水が入っているタンクに加え
た。得られた混合物は均一であり、油田で日常的に問題なく用いられているＴｒ
ｉｐｌｅｘ型ポンプで循環させた。
【００７４】 ゴムを後添加した他の試験では混合問題が観測された。したがって、ゴム粒子
を油田でセメントスラリーに混和するためには、ドライブレンドが好ましい方法
である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年１１月２９日（２０００．１１．２９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】 衝撃強さおよび曲げ強さを改良するために、（４〜２０メッシュ範囲の粒度を
有する）粉砕ゴム粒子を添加することは、油井セメント工業において公知である
（Ｗｅｌｌ ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ １９９０，Ｅ．Ｂ．Ｎｅｌｓｏｎ，Ｓｃｈｌｕ
ｍｂｅｒｇｅｒ Ｅｄｕｃａｉｔｏｎａｌ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）。そのような機械
的性質の改良は、ロシア特許ＵＳ−１３８４７２４号および同ＳＵ−１３２３６
９９号にも示唆されている。極く最近、米国特許ＵＳ−Ａ５７７９７８７号は、
硬化セメントの機械的性質、特に、レジリエンス、延性および膨脹性を改良する
ために、１２／２０メッシュ（８５０〜２０００μｍ）または２０／３０メッシ
ュ（６００〜８５０μｍ）の粒度を有するリサイクル自動車タイヤ由来の粒子の
使用を提案した。この米国特許で開示されたスラリーの密度は、１．７２〜２．
２８ｇ／ｃｍ３の範囲であったことに留意されたい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１９】 実施例１ 本発明の基本原理を示すために、最適化されていない配合物を用いた。これら
の配合物は、分散剤を例外として、セメンティング添加剤を含んでいなかった。
この実施例において、リサイクルゴムは、米国、ジャクソンビル所在のアメリカ
ン タイヤ リサイクラーズ社（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｔｉｒｅ Ｒｅｃｙｃｌｅｒｓ
，Ｉｎｃ．，Ｊａｃｋｓｏｎｖｉｌｌｅ，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａ
ｍｅｒｉｃａ）から得た。このリサイクルゴムの商品名はＧｒｏｕｎｄ Ｒｕｂ
ｂｅｒ ４０ ｍｅｓｈである。その密度は、１．２ｇ／ｃｍ３であり、粒度測定
は４０メッシュ（４２５μｍ）である。 セメントスラリーは、クラスＧのポルトランド ディッカーホフ ノース（Ｐｏ
ｒｔｌａｎｄ Ｄｙｃｋｅｒｈｏｆｆ Ｎｏｒｔｈ）セメントと、リサイクルゴム
粒子と、水と、分散剤とからなるものであった。これらの配合物を表１に示す。
これらの配合物はすべて同じ温度（１７０°Ｆ、すなわち、７６．７℃）で研究
した。分散剤は、液体ポリナフタレンスルホネートであった。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３３】 実施例２ 完全配合物の実施例を示す。セメントスラリーは、クラスＧのポルトランド
ディッカーホフ ノース セメントと、リサイクルゴム粒子と、水と、種々の添加
剤（泡止め剤および遅延剤；遅延剤は、温度に応じて異なっていた）とからなる
ものであった。表５に配合物を列挙する。配合物１および７は、ゴム粒子を含ん
でいなかった。配合物２および５は、先行実施例のものと同じ４０メッシュゴム
を含んでいた。配合物６は、オランダ、マストリヒト所在のフレデンシュタイン
ラバー リソーシス（Ｖｒｅｄｅｎｓｔｅｉｎ Ｒｕｂｂｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ
ｓ，Ｍａａｓｔｒｉｃｈｔ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）からＥＣＯＲＲ ＲＮＭ
４５として入手可能な４５メッシュ（３５５μｍ）のゴムを用いた（密度１．２
ｇ／ｃｍ３）。スラリー密度および最適化温度などのパラメータの影響を研究し
た。１２０℃以上の温度の場合、後屈強さ問題のためにシリカ粉末を用いた。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３９】 この実施例では、既に先行実施例に記載した２種のスラリー配合物：実施例１
の配合物Ｄと実施例２の配合物２を用いた。これらの配合物はどちらも、４５％
のスラリー多孔度で１４ｐｐｇ（１．６８ｇ／ｃｍ３）に配合され、３１ｂｗｏ
ｃ％のゴム粒子を含んでいた。唯一異なっていたのは、ゴム粒子の製造業者と粒
度であり、４０（４２５μｍ）メッシュサイズの粒子を３２（５００μｍ）メッ
シュサイズの粒子に取り換えた。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５８】 実施例６ 曲げ試験および圧縮試験に用いたものと同じ条件下に、同じ時間、圧力（３０
００ｐｓｉ、２０．６８ＭＰａ）および温度（１７０°Ｆ、７６．７６℃）下に
セメント試料を生産した。得られた硬化材料を以下の寸法に穿孔した：直径５１
．４ｍｍ、長さ２５ｍｍ。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６０】 ダルシーの法則： ＱμＬ Ｋ＝１４７００ ＿＿＿＿ ＡＰ 〔ここで、Ｑはｍｌ／秒で表される流量、μはｍＰａ．ｓで表される水の粘度、
Ｌはｃｍで表される試料の長さ、Ａはｃｍ２で表される試料の表面積、Ｐはｐｓ
ｉ（１ｐｓｉ＝６．８９ｋＰａ）で表される差圧である〕 を用い、透過率Ｋをミリダルシー（ｍＤａ）で計算した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ， ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，Ｃ Ｚ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ， ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，Ｌ Ｒ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ， ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，Ｔ Ｒ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ジャン‐フランソワ、バレ フランス国パリ、リュ、ポール、ド、コッ ク、７ (72)発明者 マルク、チェルスラン フランス国ビル、ダブレイ、リュ、ド、マ ルヌ、34 Ｆターム(参考） 4G012 PA32 PB24

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セメントと、水と、４０〜６０メッシュ範囲の粒度を有する（セメントの重量
    に基づいて）３０〜１００％のゴム粒子とを含んでなり、１．７０ｇ／ｃｍ３未
    満のスラリー密度を有する、油井などのためのセメンティングスラリー組成物。
  2. 【請求項２】 前記ゴム粒子の直径が２５０〜４００μｍの範囲である、請求項１に記載のセ
    メンティング組成物。
  3. 【請求項３】 前記ゴム粒子が、自動車工業由来のタイヤをリサイクルすることにより得られ
    るものである、請求項１または２に記載のセメンティング組成物。
  4. 【請求項４】 セメントの重量に関して１〜２５重量％の割合の鋳造非晶質金属繊維をさらに
    含んでなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のセメンティング組成物。
  5. 【請求項５】 以下のタイプの添加剤：沈殿防止剤、分散剤、泡止め剤、遅延剤、セメント硬
    化促進剤、および流体損失抑制剤の１種以上をさらに含んでなる、請求項１〜４
    のいずれか一項に記載のセメンティング組成物。
  6. 【請求項６】 穿孔領域および多側道井の分岐線の接合部などの極限動応力を受けるセメンテ
    ィング領域に対する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のセメンティング組成
    物の使用。
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