NL7907440A - Werkwijze voor het cementeren van boorputten, alsmede de daarbij te gebruiken cementen. - Google Patents

Description

f! * <*

Halliburton. Company te Duncan, Oklahoma. Ver.St.v. Amerika

Werkwijze voor het cementeren van boorputten, alsmede de daarbij te gebruiken cementen.

De uitvinding heeft betrekking op cementmaterialen en meer in het bijzonder op het gebruik van speciale hydraulische cement-samenstellingen voor het afdichten of cementeren van onderaardse zones die worden doordrongen door een boorgat, zoals het cementeren van de 5 ringvormige ruimte tussen een olie- en/of gas-bron-huis en de omgevende formatie. In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een verbeterde hydraulische cementsuspensie waarin een gestabiliseerd en gedisper-geerd gas wordt meegevoerd voor cementeerzones die gas onder druk bevatten, zodat emissie en stroming van gas uit de formatie in de annulaire 10 opening van het boorgat of de boorput wordt onderdrukt of beheerst door de tegenwerkende druk resulterend uit de insluiting van gas in de cement-brij voorafgaand aan het moment dat het cementmateriaal overgaat in een geharde toestand (to set).

Bij de produktie van koolwaterstoffen uit een 15 onderaards gebied worden de onderaardse formaties meestal gecementeerd of afgesloten door een waterige hydraulische cementbrij te pompen in de ringvormige ruimte tussen de buis en de formatie. Bij de vaak toegepaste aanbrenging van cement in de annulaire ruimte tussen het huis van een olieboorput en de omgevende onderaardse omgeving wordt de cementbrij 20 gewoonlijk benedenwaarts in het huis gepompt en komt zij weer omhoog in de ringvormige ruimte buiten het huis. Soms wordt de cement rechtstreeks geïntroduceerd in de annulaire ruimte aan de buitenzijde van het huis. Wanneer de cement aanvankelijk naar beneden gepompt is door het huis wordt eventuele cementbrij die achterblijft in het huis verdrongen 25 naar de ringvormige ruimte toe door een geschikt fluidum of geschikte fluidums.

In sommige gevallen bevatten de zones die grenzen aan de cementhoudende ringvormige ruimte bijbehorend gas onder aanzien- 790 7440 ί \ ' 2 lijke druk. In deze gevallen doet zich soms een ongewenst verschijnsel voor, dat in de techniek wordt aangeduid als gaslekkage, waarbij formatie-gas binnendringt in de annulaire ruimte die het boorputhuis omgeeft nadat de primaire cementeerbrij is aangebracht. Dit gas kan migreren naar het 5 oppervlak of naar andere onderaardse zones via de annulaire ruimte en de cement, onder vorming van een permanent stromingskanaal of een zeer doorlaatbare cement, en de lekkage van een dergelijk gas gaat voort zelfs nadat de cementbrij zijn uiteindelijke harding heeft ondergaan. Een dergelijke gaslekkage doet af aan de integriteit op lange termijn en de 10 afdichtingsdoeltreffendheid van de cement in de annulaire ruimte en een dergelijke lekkage is vaak zo groot dat een dure extra cementeerbehande-ling moet worden uitgevoerd om de gaslekkage te onderdrukken of te beëindigen. Dergelijke gaslekkages kunnen leiden tot uitblazingen van groot volume kort na het aanbrengen van de cement en voor de aanvanke-15 lijke harding van de cement.

Gaslekkage vindt plaats ondanks de aanvankelijke hydrostatische druk die aanwezig is in de gehele kolom van cementbrij die geplaatst is in de annulaire ruimte welke de druk van het gas in de formatie waaruit het lekkende gas voortkomt verre overschrijdt. Om dit te 20 verklaren wordt getheoretiseerd dat twee verschillende boorputomstandig-heden kunnen optreden welke zullen leiden tot gas binnendringing in de annulaire ruimte: (1) Partiële harding, gelering of dehydratering kan optreden in een specifiek of geïsoleerd gedeelte van de gecementeer-25 de annulaire ruimte. Dit kan zijn toe te schrijven aan partiële dehydra-tatie, blootstelling van cement aan hogere temperaturen gedurende langere perioden, enz. Dit voorkomt of beperkt daardoor de overdracht van hydrostatische druk naar de cement die zich in de annulaire ruimte bevindt beneden dit punt.

30 (2) Het onvermogen hydrostatische druk over te brengen kan ook optreden wanneer de gehele gecementeerde annulaire ruimte in dezelfde toestand van fysische dehydratering en chemische hydratering is zonder de partiële gelokaliseerde harding bedoeld onder (1). In deze situatie heeft de cement de vloeibare toestand verlaten ten gevolge van 35 de hydratering of gelering ervan maar heeft nog niet de vaste toestand bereikt en werkt derhalve niet als een echt hydraulisch systeem. Wanneer 790 7 4 40 ί * 3 dit punt van hydratering is bereikt zal de cementkolom geeir hydrostatische druk doorgeven op de wijze van een echte vloeistof of vloeibare suspensie. Na dit tijdstip zal elke vermindering van volume ten gevolge van vloeistofverlies of krimp van het eementvolume ten gevolge van che-5 mische hydratering drukvermindering veroorzaken binnen de annulaire ring en ten gevolge daarvan intrede van gas.

Elk van deze beide omstandigheden resulteert erin dat de hydrostatische druk van een deel van de kolom of van de gehele kolom zal worden verminderd, waardoor het gas in de annulaire ruimte 10 kan komen en de cementkolom kan doorlopen.

Het is van belang op te merken dat de gegeleerde of gedeeltelijk vast geworden cement, ofschoon deze niet in staat is hydrostatische druk te handhaven of door te geven, nog niet voldoende stijf of gehard is om de binnendringing van gas in de annulaire ruimte 15 te voorkomen. Volgens de meest gangbare theorieën vermindert een absolute volumevermindering die plaats vindt nadat de cementkolom niet meer druk kan doorgeven de poriëndruk in de nog half plastische brij. Wanneer de poriëndruk daalt beneden de druk van het formatiegas lekt formatiegas in de boorputboring. Twee hoofdmechanismen die er toe leiden dat de 20 poriëndruk afneemt zijn de hydrateringsreactie van cement en het verlies van filtraat naar de omgevende permeabele formatie.

Gaslekkage-problemen zijn opgemerkt na huiscemen-teerbehandelingen in diverse stadia (oppervlakte-geleiding, tussentijds, prodüktie en voering). Gasterugkeer naar het oppervlak is vaak waarge-25 nomen binnen 1 tot 7 uur na het aanbrengen van de cement. Vaak echter keert de gasstroom niet terug naar het oppervlak, maar stroomt in lage-drukzones waardoor interzonale gascommunicatie wordt veroorzaakt.

Diverse voorstellen om ongewenste gaslekkage in olie- en gasbronnen tegen te gaan zijn naar voren gebracht. Een voorstel, 30 dat voor zover aanvraagster weet tot nu toe niet in detail is onderzocht, is het verhogen van de dichtheid van het water dat gebruikt wordt bij het mengen van de cementbrij. Op grond van tests die aanvraagster heeft uitgevoerd is zij tot de overtuiging gekomen dat het gebruik van verdicht water er niet toe leidt dat het verlies van hydrostatische druk 35 dat verantwoordelijk is voor het vermogen van gas in de annulaire ruimte te komen vanuit de omgevende formatie op een tijdstip wanneer de brij 790 74 40 * % 4 **« chemische hydratering ondergaat effectief te voorkomen.

Een andere poging om gaslekkage te verminderen of te voorkomen is gebaseerd op het begrijpen van de rol die gespeeld wordt door fysische dehydratering of chemische hydratering in de brijkolom als 5 zijnde gedeeltelijk verantwoordelijk voor het verlies van het vermogen hydrostatische druk door te geven door de cementkolom heen. Om fysische dehydratering tegen te gaan en daardoor naar gehoopt wordt gasindringing in de annulaire ruimte beneden de gedehydrateerde sectie van de kolom te voorkomen is geprobeerd speciaal bedachte fluidumverliestoevoegsels 10 te gebruiken in de suspensie om waterverlies tegen te gaan en zo de nadelige dehydratering te besnoeien. Voorbeelden van werk dat is gericht op de rol van vloeistofverlies bij het vergemakkelijken van indringing van omgevend gas en het gebruik van vloeistofverliestoevoegsels bij het behsar-sen van met vloeistofverlies samenhangende gasindringing zijn het artikel 15 "Filtrate Control - A Key in Successful Cementing Practices", Cook and Cunningham, Paper No. SPE 5898, Society of Petroleum Engineers of ΑΙΜΕ, gepubliceerd in 1976 en het artikel "Gas Leakage in Primary Cementing -. A Field Study and Laboratory Investigation", Christian et al., Paper No. SPE 5517, Society of Petroleum Engineers of ΑΙΜΕ, gepubliceerd in 1975.

20 Deze pogingen, ofschoon ze gaslekkage enigszins hebben verminderd waar het probleem niet ernstig is, hebben echter niet een bevredigende oplossing verschaft in alle gevallen.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze welke gaslekkage naar een cementhoudende boorputboring uit een 25 onderaardse formatie elimineert of vermindert door verhoging van de samendrukbaarheid van de cementsuspensie onder feitelijke omstandigheden beneden in de put en voorafgaand aan uiteindelijke harding van de cement. Bepaald is dat het verhogen van de samendrukbaarheid van de brij door menging daarvan met een gas en gelijktijdig beheersen van fluidumver-30 lies uit de brij nadat deze op zijn plaats is leidt tot vermindering van de hoeveelheid drukval veroorzaakt door vloeistofverlies uit de brij naar lagedrukzones langs de boorputboring en ook door inwendige volume-vermindering veroorzaakt door chemische hydratering van de cement. In feite vermindert het meegevoerde gas door de samendrukbaarheid ervan de 35 grootte van de drukvermindering resulteert uit brijvolumevermindering. Derhalve wordt volgens de uitvinding de verhoogde samendrukbaarheid van 790 7440 5

* V

de brij bewerkstelligd door opneming van een effectieve hoeveelheid van een gestabiliseerd, meegevoerd of in situ gegenereerd gas in de brij op een tijdstip onmiddellijk voorafgaand aan of tijdens de beginfasen van de chemische hydratering van de cement.

5 Het was algemeen bekend aluminiumpoeder te ge bruiken en andere gasgenererende chemicaliën voor het ontwikkelen van een lichtgewicht- of opencellig karakter in beton-, specie- en mortel-samen-stellingen. Deze procedure werd echter toegepast teneinde een lichtgewicht produkt te verkrijgen of een geëxpandeerd of opencellig produkt met 10 een hoge permeabiliteit voor gebruik bij atmosferische of betrekkelijk lage drukomstandigheden. In de bouw doen zich bijvoorbeeld vaak situaties voor waarbij elke beduidende krimp van de cement in het verloop van de harding niet kan worden getolereerd in verband met resulterend te kort-schieten van structurele bindingen of verlies van noodzakelijke afdich-15 tingsintegriteit. Gashoudende, krimpbestendige cementmengsels zijn voorgesteld voor gebruik in zulke situaties. Er is echter geen bekend eerder gebruik van de inwendige gasmeevoering met het doel de samendrukbaarheid van een niet geharde eementbrij te verhogen onder betrekkelijk hoge drukomstandigheden, gekoppeld met beheersing van vloeistofverlies, ten-20 einde op te wegen tegen een ontoelaatbaar verlies in volume of inwendige poriëndruk onderhouden voor of tijdens de chemische hydrateringsperiode van het materiaal.

Bij een onderzoek uitgevoerd door het U.S. Army Corps of Engineers en gerapporteerd in hun Technical Report No. 6-607, 25 augustus 1962, getiteld "Investigation of Shrinkage Resistant Grout Mixtures", werden diverse types specie gemengd met 0,01 tot 0,1 gew.% fijn-verdeeld aluminiumpoeder. De expansie van deze species bij harding bij temperaturen van 10 tot 38°C en atmosferische druk werd geobserveerd. Geconcludeerd werd dat het gas gegenereerd door het ingesloten aluminium-30 poeder de krimp in het uiteindelijke produkt aanzienlijk verminderde.

Drie Amerikaanse octrooischriften (no. 3.197.323; 3.579.366 en 3.709.707) beschrijven het gebruik van aluminiummetaal-deeltjes in bouwbetonmaterialen om samentrekking te compenseren en om de normale neiging van species of betonmaterialen om uit te zakken tegen te 35 gaan. In de genoemde octrooischriften wordt voorgesteld de aluminium- deeltjes te bekleden met diverse materialen ter voorkoming dat ze opper- 79074 40 0. % 6 vlakte-oxydatie ondergaan voordat ze in de cementmaterialen zijn opgenomen.

In het Amerikaanse octrooischrift 3.551.174 wordt het gebruik beschreven van speciaal geprepareerde aluminiumpoeders en 5 -pasta’s bij de vervaardiging van schuimbeton.

Het Amerikaanse octrooischrift. 3.890.157 beschrijft het gebruik van gasabsorberende materialen., zoals geactiveerd aluminium-oxyde en geactiveerde kool, in cementhoudende mengsels met als doel gas vrij te maken tijdens het harden om de krimp tegen te gaan. In het ge-10 noemde octrooischrift wordt aangegeven dat het gebruik van aluminium- deeltjes voor dit doel het nadeel heeft dat zeer nauwkeurige beheersing van de omstandigheden van gasvrijmaking nodig zijn.

Het in situ genereren van acetyleengas door opneming van beschermd beklede deeltjes van calciumcarbide in bouwcement-15 materialen wordt voorgesteld in het Amerikaanse octrooischrift 1.882.810.

In het Amerikaanse octrooischrift 3.979.217 wordt voorgesteld lichtgewicht cellulaire cementbouwpanelen te fabriceren door in het cementmateriaal een schuimstabiliseermiddel·en lucht in hoeveelheden voldoende om de dichtheid van het cellulaire produkt tot een ge-20 wenst niveau te verlagen op te nemen. Om schuimgenererende middelen opgenomen in het materiaal doeltreffend te laten functioneren worden bepaalde andere toevoegsels uitgesloten uit het materiaal, waaronder cal-ciumchloride. Bij de bereiding van de brij welke uiteindelijk hardt tot een lichtgewicht cellulaire plaat wordt de cementbrij gemengd met een 25 schuim bereid door lucht te injecteren in een mengsel van schuimstabiliseermiddel en water.

In het Amerikaanse octrooischrift 4.119.476 wordt, na bespreking van de stand van de techniek die het gebruik van aluminium-poeder voor het ontwikkelen van meegenomen gas in de vervaardiging van 30 cellulaire betonnen inhoudt, een methode voorgesteld waarmee afvalslak-ken, verkregen als bijprodukt van de aluminiumfabricage, doeltreffend en zeer economisch kunnen worden gebruikt als gasgenererend middel in cellulaire betonmortels. In het genoemde octrooischrift is men beducht voor oxydatie van de aluminiumdeeltj es voor het gebruik daarvan en men 35 stelt bepaalde procedures voor, waaronder malen van de slak onder een inerte atmosfeer, om een dergelijke oxydatie tegen te gaan. De cellulaire 790 7440 7 betonnen, geproduceerd door de werkwijze worden beschreven als zijnde gebruikt voor warmte-isolatie-doeleinden in de bouw.

Het Amerikaanse octrooischrift 3.551.174 beschrijft procedures voor de bereiding van in water dispergeerbare aluminiumpasta's 5 en -poeders voor gebruik als gasgenererende middelen bij de vervaardiging van schuimbeton. De aluminiumpasta's geproduceerd door de voorgestelde procedures zouden verbeterde dispergeerbaarheid en bewaarbaarheid hebben.

In een artikel, getiteld "Admixtures for Concrete" verschenen in oktober 1954, in Journal of the American Concrete 10 Institute verwijst een bespreking van gasvormende middelen voor gebruik in betonsamenstellingen ter voorkoming van krimp en uitzakking naar het gebruik van onder andere aluminiumpoeder dat reageert met de hydroxyden die aanwezig zijn in de hydraterende cement ter verschaffing van kleine belletjes van waterstofgas door de gehele matrix van cement en water 15 heen. De auteurs geven aan dat het ongepolijste poeder de voorkeur verdient, ofschoon wanneer een langzamere reactie en een verminderde ontwikkel ings snelheid van waterstof beoogd is, het gebruik van de gepolijste vorm van de aluminiumdeeltjes voordelig is. Volgens de auteurs zijn de hoeveelheden aluminium die worden toegevoegd gewoonlijk beperkt tot 20 0,05 tot 0,02 gew.% van de cement, ofschoon soms grotere hoeveelheden worden gebruikt bij de produktie van lichtgewicht beton van lage sterkte. Verder wordt aangegeven dat zink- en magnesiumpoeders ook kunnen worden gebruikt voor het genereren van gas in de brij. Waterstofperoxyde en bleekpoeder kan ook worden gebruikt voor het produceren van belletjes 25 van zuurstof in plaats van waterstof. Stikstof en chloor komen ook in aanmerking als gassen die in de matrix kunnen worden opgenomen.

In een artikel, getiteld "Which Grout ?" verschenen in Concrete Construction, oktober 1974, blz. 501, worden diverse bekende procedures voor het vormen van gas door chemische reactie van 30 een fijngemalen materiaal met water, of enige andere constituent van een specie, beschreven. Aluminiumpoeder wordt aangegeven als algemeen gebruikelijk voor dit doel, en verder wordt gezegd dat meer recentelijk vloeiende kooks is gebruikt voor het vrijmaken van gas.

De effecten van het toevoegen van variërende hoe-35 veelheden aluminiumpoeder aan een onvermengde hydraulische cement worden beschouwd in het artikel "Expanding Cements for Primary Cementing", 790 7 4 40 * * 8 van Carter et al.in Journal of Petroleum Technology, mei 1966.

Naar het bekende uit de bovenstaande literatuur-plaatsen wordt verwezen voor zover deze de stand van de techniek toelichten ten opzichte waarvan de onderhavige uitvinding een vooruitgang bete-5 kent.

De aanpassing van de bovenstaande bekende algemene procedures voor het gashoudend maken van cementmengsels voor het bestrijden van het hierboven beschreven gaslekkageprobleem dat zich in vele olie- en gasboorput-cementeer- en -afwerkings-behandelingen voordoet is 10 niet voor de hand liggend. Speciale omstandigheden die speciale eisen stellen doen zich voor in de context van het aanbrengen van een verpomp-bare cementbrij in de annulaïre ruimte tussen het boorputhuis en het boorputboorgat, welke geen punt vormen voor de fabrikant van bouwbeton of de gebruiker van species onder oppervlakte-gebruiksomstandigheden van 15 omgevingstemperatuur en atmosferische druk. In het bijzonder maakt men zich geen zorgen over het verlies van water onder druk naar omgevende permeabele formaties (fysische dehydratering). Bovendien lijkt op voorhand het genereren van· een gas in een cementbrij die gesitueerd is in de annulaire ruimte van een boorput teneinde uitwendige gaslekkage naar 20 de annulaire ruimte toe te voorkomen inconsistent en in strijd met het beoogde doel.

Vastgesteld is echter dat de grondige verdeling te van gas, gegenereerd in situ of voren gemengd met de brij, gekoppeld met beheersing van afvloeiing of waterverlies door de opneming van een ge-25 schikt vloeistofverliestoevoegsel, een geschikte comprimeerbare cement verschaft waarin het gas homogeen verdeeld en gestabiliseerd is. Dit in tegenstelling tot de geconcentreerde kracht van gas onder hoge druk dat de ringvormige ruimte binnekomt vanuit een aangrenzende formatie of een plaatselijk punt, zoals blijkt uit het feit dat in de meeste gevallen 30 zulke gassen uiteindelijk volledig kunnen passeren door de brij en aan het bovenoppervlak van de cementkolom worden geëmitteerd.

Aanvraagsters vaststelling dat gasinlading door genereren in situ of door mengen vooraf effectief is in een boorput-cementeermateriaal ter-voorkoming van gaslekkage vanuit de aangrenzende 35 formatie is gebaseerd op diverse conclusies met betrekking tot de overgangstoestanden die de suspensie ondergaat naarmate deze hardt tot de 7907440 9 uiteindelijke geharde toestand, welke nu alle bevestigd zijn door tests en waarnemingen. Aanvraagster heeft bevestigd dat partiele fysische dehydratering van de cementsuspensie op ëên plaats in de annulaire ruimte geen beduidende drukdoorgeving toelaat door de brijkolom naar plaat-5 sen beneden het punt van dehydratatie. Cementbrijen die normale chemische hydratatie ondergaan gedragen zich niet langer als een echte vloeistof wanneer ze eenmaal met chemische hydratatie begonnen zijn, voor zover het betreft hun vermogen hydrostatische druk door te geven of te handhaven over de lengte van de brijkolom. Naarmate de hydratatie van 10 de cement verloopt neemt de snelheid waarmee binnen de kolom water kan worden doorgegeven, af. Verder hebben zelfs cementbrijen met een laag vloeistofverlies toch nog enige vloeistoflekkage en mengsels van cement en water nemen ook af in brijvolume als gevolg van de chemische hydra-tatie-reactie welke zelf het volumetrische watergehalte vermindert.

15 Wanneer permeabele formatiesecties aanwezig zijn grenzend aan de hydrostatische kolom van brij op enige plaats daarlangs overtreffen de vloeistofverliezen naar de formatie toe, gekoppeld met de vermindering in watervolume ten gevolge van de chemische hydratatie-reactie, het volume aan water dat kan worden doorgegeven door de cement-20 matrix in de hydrostatische kolom. Zo wordt een blokkering gevestigd welke een vermindering in de effectieve poriëndruk binnen de cement teweeg brengt, en hierdoor kan het ongewenste formatiegas binnendringen. Paradoxaal genoeg is de gegeleerde of partieel gehydrateerde cement, ofschoon deze niet in staat is hydrostatische druk door de gehele kolom 25 te handhaven, nog niet voldoende stijf, en evenmin heeft deze voldoende volume, om te voorkomen dat formatiegas binnendringt in de annulaire ruimte wanneer eenmaal de hydrostatische druk op het punt van de binnendringing minder is dan de gasdruk in de aangrenzende zone.

Daar de bovenstaande overwegingen wijzen op de 30 belangrijke rol die gespeeld wordt door de samendrukbaarheid van de brij bij het handhaven van de inwendige hydrostatische druk werd geconcludeerd dat de gasinsluitingstechniek volgens de uitvinding de inwendige poriëndruk binnen de brijkolom diende te verhogen of te handhaven, om zo de primaire of grondoorzaak van ongewenste gaslekkage te bestrijden. Tests 35 hebben bevestigd dat deze theorie in de praktijk klopt en dat samendrukbaarheid kan worden verhoogd door de insluiting van meegenomen, gestabi- 790 74 40 10 liseerd gas in de brij op het tijdstip van aanbrenging en voorafgaand aan de uiteindelijke harding.

Zorgen met betrekking tot mogelijke schadelijke neveneffecten van zulke gasinsluiting zijn opgeheven door bepaling van 5 geschikte procesomstandigheden en samenstellingsgehalten. Zo bestond de zorg dat de gasinduiting een onaanvaardbare toeneming in de permeabiliteit van de uiteindelijke geharde cement zou kunnen veroorzaken. Vastgesteld is echter dat dit geen probleem vormt wanneer de juiste concentratie van het gas goed wordt gedispergeerd in de brij, en tenminste een 10 minimale effectieve hoeveelheid van een middel dat verzekert tegen buitensporige dehydratatie wordt gebruikt.Ook bestond enige zorg dat overmatige gasdruk ontwikkeld binnen de brij voldoende zou kunnen zijn om ineenklappen van het huis te veroorzaken, of mogelijk tot beschadiging van uitblaasvoorkomers of andere boorputkopuitrusting zou kunnen leiden.

15 Ook hier is echter vastgesteld dat met de juiste beheersing van de hoeveelheid gas die in de brij wordt ontwikkeld er niet voldoende druk zal worden ontwikkeld om een van deze ongewenste resultaten te doen plaats-• vinden.

Verder is vastgesteld dat de gashoudende cementen 20 volgens de uitvinding zeer sterke bindingen vormen met het huis dat in contact is met de geharde cement en dat de vroege compressiesterkte van zulke cementen verbeterd is in vergelijking met onvermengde cement.

Om tot de conclusies te komen waarop de onderhavige uitvinding is gebaseerd is een aantal proeven uitgevoerd. Bij veel van 25 deze proeven zijn cementeeromstandigheden onderin een gat gesimuleerd in een testcel van het type zoals in de tekening weergegeven.

Figuur 1 is een schematische weergave van de testcel.

Figuur 2 is een vergrote weergave van een detail 30 in doorsnede van een permeabele kern, gebruikt rond het centrum van de testcel.

In wezen en in het aLgemeen omvatten de boorput-cementeermaterialen volgens de uitvinding een hydraulische cement, water en een hoeveelheid gas die doeltreffend is voor het verschaffen van een 35 stabiel en bruikbaar volume aan gedispergeerd gas onder de temperatuur-en druk-omstandigheden die zich voordoen in de boorput, en ter verschaf- 79074 40 11 f ing van een zodanig stabiel en bruikbaar volume tenminste gedurende de tijd tussen het mengen en een half uur voor de hardingstijd (compressie-sterkte groter dan 1380 kPa) van de cement onder de omstandigheden die heersen op de plaats van aanbrenging. Zowel het gas als eventueel mate-5 riaal in de cement waardoor het wordt gegenereerd zijn verenigbaar met de cementbrij met betrekking tot het bedoelde gebruik en functie ervan.

De principes van de onderhavige uitvinding zijn niet alleen van toepassing op olie- en/of gas-boorputten, maar ook op waterputten en zelfs op fluidumrtrantportleidingen die in de aarde zijn gelegd.

10 Waar termen zoals "hardingstijd" (set time) en andere nomenclatuur die gebruikelijk is in de olieboorputcementeer-technologie worden gebruikt wordt voor verdere verduidelijking met betrekking tot de betekenis daarvan verwezen naar Bulletin 10-C van het American Petroleum Institute.

15 In de bovenstaande algemene omschrijving van de uit vinding wordt stabiel volume gedefinieerd als het voltime aan gas onder plaatselijke omstandigheden nadat de waterfase is verzadigd met opgelost gas en eventueel optredende reacties tussen het gegenereerde gas en andere brijcomponenten voldoende volledig zijn om geen beduidende vermin- 20 dering in gasvolume te laten plaats vinden voor de hardingstijd. Om te resulteren in een stabiel volume aan gas moet het gegenereerde of te voren ingesloten gas beperkte oplosbaarheid hebben in de waterfase van de cementbrij en het gas mag niet vloeibaar worden onder de plaatselijke temperatuur- en drukomstandigheden.

25 Een bruikbaar volume wordt gedefinieerd als ten- 3 3 minste 0,10 Sm /m van de brij zonder gas, of de hoeveelheid gas die nodig is om een plaatselijke comprimeerbaarheidsvermeerdering van teminste 25 % ten opzichte van de plaatselijke comprimeerbaarheid van de brij zonder gas te bewerkstelligen.

30 Verenigbaarheid van de gasgenererende materialen of het gegenereerde gas met de cementbrij wordt gedefinieerd als geen effect veroorzakend op de verdikkingstijd, consistentie, vloeistofver-lies of compressiesterkte-ontwikkeling van de cementbrij welke niet kan worden gecorrigeerd (voldoende voor de bedoelde toepassing van de cement- 35 brij) door toevoeging van praktische en economische hoeveelheden chemische bijmengsels aan de brij.

790 74 40 12

Diverse methoden van gas opneming in de brij kunnen worden toegepast bij het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding. Zulke methoden omvatten onder meer (a) de toevoeging van een gas aan de brij voorafgaand aan of tijdens het pompen van de brij in de boor-5 putboring en (b) het in situ chemisch genereren of vrijmaken van het gas binnen de brij. De laatstgenoemde methode verdient de voorkeur en omvat bijvoorbeeld de opneming van metalen welke zullen reageren met hydroxyden die in de cementbrij aanwezig zijn of met water, de opneming van chemicaliën die gas opleveren bij verhoging van temperatuur, de opneming van 10 stoffen die aanzienlijke hoeveelheden gas zullen absorberen en later weer loslaten, en de opneming van vloeistoffen die in de gasvormige toestand overgaan zonder chemische verandering nadat de suspensie op zijn plaats is en als gevolg van de hoge temperaturen op gebruiksplaatsen beneden in het gat. Bij welk gasopnemingssysteem dan ook dat wordt gekozen ver-15 dient het de voorkeur een systeem te gebruiken dat betrekkelijk inert is ten opzichte van de chemische hydrateringsreactie van de cement en dat deze reactie niet van betekenis verstoort. Ook gassen die een beduidende mate van oplosbaarheid in water vertonen zijn hetzij onbruikbaar hetzij minder bevoorkeurd dan andere gassen die nagenoeg onoplosbaar 20 in water zijn.

In de voorkeursmethode voor het vormen van het gas in situ in de cement kunnen diverse materialen worden gebruikt als gasgenererende middelen. Metalen die reageren met waterige alkalische oplossingen of met water onder verschaffing van waterstof volgens de 25 reactievolgorde van de elektromotorische reeks kunnen worden gebruikt en hiervan verdienen aluminium, calcium, zink, magnesium, lithium, natrium, kalium of mengsels van deze metalen de voorkeur. Bepaalde verbindingen die reageren onder vorming van waterstof of ander gas kunnen ook worden gebruikt. Het gasgenererende materiaal dat de meeste voorkeur verdient 30 is poedervormig aluminium. Welk materiaal ook wordt gebruikt, het wordt opgenomen in een hoeveelheid die geschikt is om de comprimeerbaarheid onder omstandigheden, onderin het gat te doen toenemen met tenminste 25 % ten opzichte van de aanvankelijke comprimeerbaarheid van dezelfde brij die niet het gasgenererende middel bevat. Om dit te bewerkstelligen be- . 3 3 35 vat de brij tenminste 0,1 Sm gestabiliseerd ingesloten gas ter m brij, waarbij de hoeveelheid gas toeneemt met de boorputdiepte. In termen van 790 74 40 13 de feitelijke volumetrische hoeveelheid gas die onder in het gat is opgenomen in de brij, dit zal in het algemeen zijn van ongeveer 0,1 tot ongeveer 50 vol.%, waarbij de feitelijke hoeveelheid afhangt van de temperatuur- en druk-omstandigheden die heersen in de boorput, en in mindere 5 mate van andere toevoegsels welke in de brij worden gebruikt.

Voor waterstof en gassen met PV-karakteristieken soortgelijk aan die van waterstof is het mogelijk de hoeveelheid gas te schatten welke moet worden opgenomen in de cementbrij om een toeneming van25 % in comprimeerbaarheid te verschaffen in vergelijking met de com-10 primeerbaarheid van de brij zonder ingesloten gas. Een dergelijke schatting wordt gedaan volgens de vergelijkingen:

Sm3/m3 brij = (0,1)(P. /2000)1 *1428 . 2 144

Volume % gas (omstandigheden beneden in het gat) = (0,1)(P^/1750) ’

In de vergelijkingen is P^ de druk op de cementeerplaats, en de vergelij- 15 kingen zijn gebaseerd op een aangenomen verval in P^ van 10 % en een comprimeerbaarheid van de onvermengde brij van 30 (^uv/v)/atmosfeer.

Om hydrostatische druk te handhaven door in situ genereren van gas binnen de brij of te voren inbrengen van gas is gevonden dat het zeer wenselijk is een of andere vorm van vloeistcfverlies-20 beheersingsmiddel in de brij op te nemen, omdat anders de gasvolumes die vereist zijn om hydrostatische druk te handhaven buitensporig zijn.

In sommige gevallen dient ook een middel aanwezig te zijn om het gegenereerde gas te helpen dispergeren en stabiliseren.

Vele materialen zijn bekend die de hoeveelheid 25 en de snelheid van vloeistofverlies uit de brij nadat deze in de annulaire ruimte is aangebracht verminderen. Andere toevoegsels aan olieboorput-cementen welke in hoofdzaak voor andere doeleinden worden gebruikt, zoals vertraging of als dispergeermiddelen, vertonen in sommige gevallen ook enig vermogen vloeistofverlies te verminderen. Een veel gebruikte 30 maat voor vloeistofverlies uit cementbrij is een standaard API-vloei-stofverliestest (API RP 10B), waarmee onder standaardomstandigheden de hoeveelheid brijfiltraat welke zal passeren door een standaardzeef met een standaardoppervlak in een gegeven tijd wordt bepaald, De cement-materialen volgens de uitvinding hebben, hetzij door de op-neming van 35 een inwendig vloeistofverliesbeheersingsmiddel of door uitwendige omstandigheden als hierna beschreven een vloeistofverlieswaarde van minder 7907440 14 dan 1000 ml in 30 minuten onder zulke API-testomstandighedeïi (325 mesh zeef, 6,9 MPa) en bij een temperatuur van 38°C. Bij voorkeur zijn het type en de hoeveelheid van het gebruikte toevoegsel zodanig dat niet meer dan 850 ml vloeistof verloren gaat in een dergelijke standaard API-5 test van de brij bij 38°C, en de meest bevoorkeurde brijen verliezen minder dan 500 ml onder zodanige testomstandigheden. Daar in sommige gevallen de aangegeven grenzen van vloeistofverlies mogelijk niet optimaal zijn in het geval van sommige zelden gebruikte exotische cementmengsels is een andere bruikbare maat voor het toelaatbare vloeistofverlies een 10 verlies dat equivalent is aan niet meer dan 75 % van het verlies dat zou optreden bij het onvermengde mengsel van cement en water alleen, en bij voorkeur niet meer dan 50 %.

Met betrekking tot de beschreven vloeistofverlies-desiderata zal het duidelijk zijn dat de standaard- API-vloeistofverlies-15 test, uitgevoerd met een 325 mesh zeef, niet diverse omstandigheden simuleert welke zich kunnen voordoen in het feitelijke boorputgat. Twee hiervan zijn: (1) formaties met lage permeabiliteit welke verzadigd zijn met gas of olie of beide. In dit geval kan het feitelijke 20 vloeistofverlies uit de brij die aanwezig is in het boorgat minder zijn dan die gemeten door de standaardvloeistofverliestest. Naarmate de permeabiliteit van de formatie afneemt kan de snelheid waarmee de vloeistof verloren gaat worden beïnvloed door de permeabiliteit van de formatie, gebaseerd op deradiale stroomvergelijking van Darcy, en het effect van 25 de vloeistof en/of het gas dat in de zone aanwezig is; en (2) de modderkoek die wordt afgezet tijdens het boren is mogelijk niet totaal verwijderd tijdens het cementeren en beperkt derhalve filtraatverlies uit de cementbrij.

Het is daarom in sommige gevallen mogelijk dat be-30 vredigende vloeistofverliesbeheersing van de brij kan worden verwezenlijkt door extrinsieke omstandigheden die heersen in het boorgat voorafgaand aan en tijdens het cementeren. Daar deze omstandigheden niet geheel met zekerheid te bepalen zijn kunnen vloeistofverliestoevoegsels worden gebruikt wanneer in feite de boorputomstandigheden voldoende fil-35 traat beperkingen verschaffen. In sommige boorputten kan het op basis van ervaringen in het verleden bekend zijn dat zulke omstandigheden be- 790 7 4 40 15 staan en in dat geval behoeft de beheersing van filtraatverlies niet noodzakelijkerwijs te worden verschaft door toevoeging van speciale vloeis to fver1iesbeheers ings chemicaliën.

Elk vloeistofverliesmechanisme dat op geschikte 5 wijze cementfiltraatverlies beperkt in overeenstemming met de hierboven beschreven criteria is geschikt voor gebruik in de werkwijze volgens de uitvinding, mits het verenigbaar is in de hiervoor omschreven zin. Enige algemeen bekende typen van vloeistofverliestoevoegsels zijn cellulose-derivaten, zoals hydroxymethylhydroxyethyl-cellulose en hydroxyethyl-10 cellulose, lignine, ligno-sulfonaten, polyacrylamiden, gemodificeerde polysacchariden, polyaromatische sulfonaten en guar-gomrderivaten of mengsels van twee of meer van de genoemde stoffen. Een voorkeur verdienend vloeistofverliesmateriaal gebruikt in het cementmateriaal is een in de handel verkrijgbaar mengsel van een cellulosederivaat of ge-15 modificeerd polysaccharide met een dispergeermiddel gevormd door een polymeer aromatisch sulfonaat. In het algemeen wordt bij gebruik van chemische toevoegsels ter verschaffing van de noodzakelijke vloeistof-verliesvermindering een hoeveelheid van ongeveer 0,05 tot ongeveer 3,0 gew.%, betrokken op cement, gebruikt.

20 Wanneer een chemisch poeder wordt gebruikt als bron van gas gegenereerd in de cementbrij neemt de hoeveelheid poeder die nodig is om een bepaald volumepercentage gas te verschaffen in de brij toe met de druk, daar de comprimeerbaarheid resulterend uit een bepaald percentage gasvolume ontwikkeld binnen de brij afneemt met toe-25 nemende druk. Zo is bijvoorbeeld slechts 0,62 gew.% aluminium vereist om 5 vol.% waterstofgas te produceren in een typische brij in het geval van een API-huis-schema van 1830 m, en deze hoeveelheid gas zal op die diepte een comprimeerbaarheid verschaffen van 183,2 (yuv/v)/atmosfeer, terwijl 1,10 gew.% aluminium vereist is in het geval van een 4260 m API 30 huis-schema ter verschaffing van dezelfde volumetrische hoeveelheid gas in de brij, en onder die omstandigheden is de comprimeerbaarheid van de brij slechts 62,5 (^uv/v)/atmosfeer. Deze vergelijkingen zijn gebaseerd op het gebruik van een onvermengde brij met een aanvankelijke comprimeerbaarheid van 28 (^uv/v)/atmosfeer.

35 De hoeveelheid gas die onder gegeven temperatuur- en druk-omstandigheden zal worden gegenereerd door een te voren bepaalde 790 74 40 16 hoeveelheid aluminiumpoeder kan met aanzienlijke nauwkeurigheid worden voorspeld. Hieruit kan de toeneming in comprimeerbaarheid welke zal worden bereikt te voren worden berekend. Zo kan bijvoorbeeld worden voorspeld dat onder omstandigheden van 3050 m API-huis omstandigheden 1 % 5 aluminium toegevoegd aan een betrekkelijke standaard Portland-cement die een vloeistofverliestoevoegsel bevat een comprimeerbaarheid van tenminste 1000 (^uv/v)/atmosfeer zal verschaffen.

Wanneer gas, zoals lucht, methaan, ethaan of stikstof, wordt gemengd met de brij voorafgaand aan of tijdens het pompen 10 van de brij op zijn plaats is het volumetrische aandeel van gas dat in de brij aanwezig is afhankelijk van de temperatuur- en druk-omstandigheden die heersen op de plaats van cementering. Bij voorkeur wordt het equivalent van tenminste êên volume procent gas, onder plaatsingsomstandigheden, in de brij ingemengd voorafgaand aan het pompen wanneer deze methode van 15 gasinéluiting wordt gebruikt.

Bij gebruik van aluminium kan het ter voorkoming van voortijdige^elering van de brij welke het vermogen van de brij om hydrostatische druk door te geven vermindert noodzakelijk zijn bij sommige brijen een kleine hoeveelheid van een aardalkalimetaalhalogenide 20 en bijvoorkeur calciumchloride op te nemen. Dit maakt het soms weer nodig in de brij een vertragingsmiddel op te nemen om een versnellend effect van het aardalkalimetaalhalogenide te compenseren en de verdikkingstijd iets te vertragen.

De snelheid van gasgenerering hangt grotendeels af 25 van de deeltjesgrootte en -vorm of het reactieve oppervlak van het gebruikte aluminiumpoeder. Ook is vastgesteld dat het wenselijk is, in tegenspraak met enige aanwijzingen die men in de literatuur vindt, een betrekkelijk dunne oxydelaag te laten bestaan op het oppervlak van de aluminiuntdeeltjes, in plaats van schone en glanzende deeltjes te gebrui-30 ken. Dit vertraagt de gasvormingsreactie en maakt het mogelijk de cement-brij te circuleren door het huis en opwaarts in de annulaire ruimte voordat het tijdstip aanbreekt dat een aanzienlijke hoeveelheid gasgenere- * ring heeft plaatsgevonden. Het is ook mogelijk een chemische inhibitor te gebruiken die als deklaag is aangebracht op het oppervlak van het gas-35 genererende middel om de aanvankelijke reactie of de reactiesnelheid te wijzigen.

790 7 4 40 17

Anderzijds verdient het, ofschoon het toelaatbaar is in de praktijk van de uitvinding aluminiumpoeder-deeltjesgrootten en de toevoegsels voor de brij zodanig te kiezen dat de reactie van het aluminiumpoeder niet begint voordat de brij op zijn plaats is, en niet 5 is afgelopen voordat de aanvankelijke harding opgang is gekomen, gewoonlijk de voorkeur een aluminiumpoeder te gebruiken dat fijn genoeg is om nagenoeg volledige reactie te bewerkstelligen binnen een half uur nadat de brij op zijn plaats gepompt is, waarbij het meeste gas wordt geproduceerd nadat de brij op zijn plaats gepompt is, in plaats van voor 10 dat tijdstip.

Soms is het wenselijk gebruik te maken van een mengsel van aluminiumpoeders dat een gedeelte van betrekkelijk fijne deeltjes en een gedeelte van betrekkelijk grove deeltjes omvat. Op deze wijze wordt de werking van de gasgenerering over een langere periode voortgezet, 15 en met zulke mengsels kan het vermogen om poriën- of hydrostatische druk te handhaven over zulke langere perioden worden gerealiseerd, terwijl een sneller reagerend fijn poeder alleen, ofschoon het zeer effectief werkt tijdens de aanvankelijke periode na de aanbrenging, in sommige gevallen zijn doeltreffendheid verliest lang voordat een sterk vertraagde 20 cement zijn uiteindelijke harding bereikt.

De snelheid van reactie en gasvorming uit aluminiumpoeder is vastgesteld als zijnde evenredig met de temperatuur, waarbij snellere reactiesnelheden optreden naarmate de temperatuur toeneemt.

Verder kunnen de reactiesnelheden van gasgenererende poeders in het alge-25 meen ook worden beïnvloed door de specifieke toevoegsels in de cement-brij. Bijvoorbeeld vertragen sommige conventionele vertragingsmiddelen en vloeistofverliestoevoegsels de reactie, terwijl calciumchloride, zout of een combinatie van zout en natriumthiosulfaat de reactiesnelheid in de meeste gevallen blijken te versnellen.

30 Opgemerkt moet worden dat de warmte van de gas- vormingsreactie van het aluminiumpoeder betrekkelijk groot is en daarom moet erop worden toegezien dat vertragers worden opgenomen in de brij als noodzakelijk ter voorkoming dat de verdikkingstijd onaanvaardbaar wordt gewijzigd in respons op de verandering van temperatuur die plaats 35 vindt bij de reactie van het aluminium. Verder dient met het oog op de exotherme warmte van de reactie van aluminium te worden vermeld dat nog 790 7 A 40 18 een reden voor de effectiviteit van het aluminiumpoeder bij het bestrijden van het probleem van gaslekkage in de boorputboring is dat de snelheid van afneming in poriëndruk, zoals hiervoor beschreven, toeneemt naarmate de temperatuur in de brij afneemt en omgekeerd wordt verminderd 5 wanneer de temperatuur in de brijkolom wordt verhoogd. Derhalve doet de relatief grote reactiewarmte welke wordt ontwikkeld wanneer de aluminium-deeltjes reactie met alkalische materialen in de brij ondergaan de thermische expansie toenemen binnen de kolom en derhalve de snelheid van poriëndruk-vermindering afnemèn naast het verhogen van de comprimeerbaar-10 heid van de brij als hiervoor beschreven. Dezelfde hulp wordt natuurlijk geleverd door andere gasvormende chemicaliën welke exotherm zijn in hun reacties met brijcomponenten.

Om de periode en de snelheid van gasvorming vast te stellen welke wenselijk is verdient het de voorkeur eerst, voorafgaand 15 aan de feitelijke aanbrenging van de cement, de aanvankelijke hardings-tijd van de cementbrij die met gas behandeld moet worden volgens de uitvinding vast te stellen. Dit kan worden gedaan door de analyse van het temperatuurprofiel van de brij. Zulke tests worden bij voorkeur uitgevoerd met ongeveer equivalente hoeveelheden gasvormend toevoegsel opge-20 nomen in de brij als zal worden gebruikt in het uiteindelijke materiaal dat zal worden aangebracht in de.annulaire ruimte, daar de reactiewarmte van het gasvormende middel er toe kan leiden dat de aanvankelijke har-dingstijd van de brij korter is dan die welke het onvermengde mengsel zou karakteriseren.

25 Diverse methoden om de aluminiumdeeltjes op te ne men in het cementmateriaal kunnen worden toegepast. Zo kan aluminiumpoeder droog worden gemengd met de andere vaste componenten van de brij voorafgaand aan het toevoegen van water daaraan, of men kan eerst vloeibare toevoegselsystemen van water en aluminiumpoeder bereiden en vervol-30 gens/fcoevoegen aan de cement ter vorming van het uiteindelijke brijmate-riaal. Een voorkeursprocedure houdt in dat men aluminiumpoeder disper-geert in een polyhydrische alkohol of andere met water verenigbare organische drager en vervolgens uiteindelijk de alkohol-aluminium-oplos-sing mengt met water alvorens het water toe te voegen aan de resterende 35 brijcomponenten. De alkoholdrager voor het aluminiumpoeder bevat bij voorkeur een kleine hoeveelheid bevochtigingsmiddel. Het gebruik van een 790 7 4 40 19 alkoholdrager voor het aluminium maakt het naar gebleken is mogelijk zulke mengsels langdurig te bewaren zonder nadelig effect en zonder uitzakking of schuimvorming van de aluminiumdeeltjes, hetgeen een voordeel betekent in vergelijking met vloeibare toevoegselsystemen van water 5 en aluminium.

Er dient op gewezen te worden dat bij beschouwing van in situ gasvorming in het algemeen de chemische bron van het gas diverse chemische en fysische vormen kan hebben. Zo kunnen metaalpasta's homogeen worden gemengd in de brij. Deeltjes kunnen beschermend bekleed 10 zijn met een langzaam oplossende film. Paren van chemische reagentia kunnen worden gebruikt welke met elkaar reageren onder vorming van het vereiste gas, in plaats van dat ze reageren met enige inherent aanwezige component van de brij of een chemische stof die ontstaat tijdens het harden.

15 Gebaseerd op de bovenstaande overwegingen kan, bij gebruik van de voorkeur verdienende gasgenerator van het aluminium-type en toevoeging daarvan in poedervorm, de toegevoegde hoeveelheid variëren van ongeveer 0,02 gew.% in het algemene geval van betrekkelijk ondiepe boorputten, tot aan ongeveer 5 gew.% in het algemene geval van 20 boorputten tot aan een diepte van 9150 meter. Voor de meeste toepassingen zal de hoeveelheid aluminiumpoeder die gebruikt wordt lopen van ongeveer 0,1 tot ongeveer 2 gew.% betrokken op de droge cement. De grootte van de aluminiumdeeltjes die gebruikt wordt zal worden bepaald op grond van de hiervoor beschreven factoren maar in het algemeen verdient een 25 deeltjesgrootteverdeling soortgelijk aan die getoond voor de types B, C en D in tabel B de voorkeur voor de meeste boorputten, waarbij de grofheid van de deeltjes gewoonlijk iets wordt verhoogd naarmate de diepte van de boorput toeneemt.

Cementhoudende materialen gevormd volgens de onder-30 havige uitvinding voor gebruik in de werkwijze die hier in het algemeen is beschreven omvatten een hydraulische anorganische cement, water aanwezig in een hoeveelheid van ongeveer 20 tot ongeveer 135 gew.% betrokken op de droge cement en bij voorkeur in een hoeveelheid van 35 tot 50 gew.%, een vloeistofverliesmateriaal aanwezig in een hoeveelheid van 35 ongeveer 0,05 tot ongeveer 3,0 gew.% van de droge cement, en ongeveer 0,1 tot ongeveer 15 gew.% van een goed gedispergeerd, gestabiliseerd gas.

79074 40 20

Bij toepassing van gasvorming in situ kan de .cement tevens 'calciumchlo-ride of een andere anorganische .versnellende verbinding bevatten welke er toe dient voortijdige gelering van de cement te voorkomen. Calcium-chloride, indien gebruikt, is aanwezig in een hoeveelheid van ongeveer 5 0,1 tot ongeveer 3 gew.% van de droge cement, waarbij 2 gew.% de voorkeur verdient.

Portland-cement verdient in het algemeen de voorkeur omdat deze weinig kost, gemakkelijk te verkrijgen is en algemeen toepasbaar is, maar andere cementen, zoals pozzolan-cementen, gipscemen-10 ten en cementen met een hoog aluminiumoxyde-gehalte kunnen in de uitvinding worden gebruikt. Portland-cementen van de API-klassen H en G zijn de meest bevoorkeurde cementen voor gebruik in de uitvinding in de meeste gevallen, ofschoon de andere API-klassen van cement ook kunnen worden toegepast. De karakteristieken van deze. cementen worden beschreven in 15 API Specificatie 10-A. Een zeer bruikbare en doeltreffende brijbasis-samenstelling voor gebruik bij het toepassen van de onderhavige uitvinding maakt gebruik van API klasse H cement gemengd met water ter verschaffing van een dichtheid van 1,2 tot 2,4 kg/liter.

Het water dat in.het cementmateriaal wordt ge-20 bruikt kan water zijn uit elke bron, mits het geen overmaat aan organische verbindingen bevat of zouten die de stabiliteit van het cementmateriaal zouden kunnen aantasten.

Wanneer de uitvinding in de praktijk wordt gebracht door inkloppen of bijmengen van gas in de brij op het tijdstip 25 van mengen van de brij (in tegenstelling tot het in situ vormen van het gas) wordt bij voorkeur een geschikt schuimstabiliseermiddel opgenomen in het materiaal. Dit kunnen zijn organische oppervlakteactieve middelen en anorganische deeltjesvormige lamellaire schuimstabiliseermiddelen.

De hoeveelheid schuimstabiliseermiddel die gebruikt wordt zal meestal 30 lopen van ongeveer 0,15 tot ongeveer 2,5 gew.% van de droge cement. In het algemeen zal de keuze van dergelijke toevoegsels binnen het bereik liggen van de deskundige op het gebied van de olieboorputcementtechno-logie.

Bij nog een andere uitvoeringsvorm van de uit-35 vinding kunnen materüen die vloeistoffen zijn bij kamertemperatuur aan het oppervlak, maar die gasvarmig worden bij de temperaturen die heersen 790 74 40 21 op de plaats van aanbrenging van de cement, worden gebruikt- door voor-menging met de brij voorafgaand aan de aanbrenging. Zulke materialen omvatten bijvoorbeeld propaan en butaan. Ook kan acetyleen, opgelost in aceton onder druk, worden gemengd met onder druk gebrachte brij aan het 5 oppervlak, en later zal dit zich ontwikkelen als vrij gas bij temperaturen die onderin het gat heersen.

Andere types van algemeen bekende en conventionele toevoegsels kunnen worden opgenomen in de brij om de eigenschappen van de uiteindelijke geharde cement te modificeren en om de hardingstijden 10 en hardingssnelheden van de brij te wijzigen. Zulke toevoegsels omvatten onder andere viskeusmakers en dispergeermiddelen en gewichtbijstellende materialen.

Bijkomende dispergeermiddelen kunnen worden gebruikt om het gebruik van kleinere hoeveelheden water te vergemakkelijken 15 en om een hogere sterkte van de geharde cement te bevorderen. Wrijving-verminderende middelen die vrijere beweging van het ongeharde materiaal veroorloven en gemakkelijke pomping door de annulaire ruimte toelaten kunnen in de brij worden opgenomen in hoeveelheden tot aan ongeveer 2,0 gew.% van de droge cement. Enige toevoegsels met een tweeledige functie, 20 zoals lignosulfonaten welke zowel als dispergeermiddel alsook als har-dingstijdvertragingsmiddel werken, kunnen in de brij worden opgenomen indien het gebruik ervan voordelig is voor bepaalde cementeersituaties.

Versnellers, zoals de oplosbare anorganische zouten naast calciumchloride, kunnen worden toegepast tot aan ongeveer 25 8 gew.% van de droge cement. Vertragingsmiddelen, indien toegepast, worden in het algemeen gebruikt in hoeveelheden van ongeveer 0,1 tot aan ongeveer 5,0 gew.% van de droge cement.

Van de diverse types fijn geaggregeerd of deel-tjesvormig vulstof materiaal welke kunnen worden gebruikt kunnen vliegas, 30 silicameel, fijn zand, diatomeeënaarde, lichtgewicht-aggregaat en holle bolletjes als kenmerkend worden genoemd. Het gebruik van deze materialen is bekend in de techniek en mits zij verenigbaar zijn met de stabiliteit van de essentiële gascomponent van de materialen volgens de uitvinding kunnen ze worden gebruikt over brede trajecten van concentratie.

35 Zoals hiervoor aangegeven hebben sommige van de voornoemde conventionele toevoegsels het vermogen onaanvaardbaar hoog 790 7 4 40 22 vloeistofverlies uit de brij tijdens het harden te voorkomen.

Een voorkeursmateriaal volgens de uitvinding omvat Portland-cement van API klasse H, water in een hoeveelheid van ongeveer 35 tot 50 gew.% van de cement, een vloeistofverllesmateriaal in een hoe-5 veelheid van ongeveer 1 gew.% van de cement, calciumchloride in een hoeveelheid van 2 gew.% van de cement en betrekkelijk fijn aluminium-poeder ii een hoeveelheid van ongeveer 0,1 tot ongeveer 1,5 gew.%. Dit materiaal, met selectieve variatie enkel in de hoeveelheid en de grootte van de opgenomen aluminiumdeeltjes, is zeer doeltreffend voor primaire 10 cementering in boorputten met een diepte van ongeveer 30,5 m tot ongeveer 6100 m. Zoals hiervoor uitgelegd zullen de hoeveelheid en de reactiesnelheid van het in het materiaal gebruikte aluminiumpoeder worden gevarieerd in overeenstemming met de diepte van de boorput waarin de brij zal worden gebruikt.

15 Ter toelichting van de werkwijze volgens de uit vinding en van enige van de nieuwe gashoudende comprimeerbare cementen gebruikt bij de uitvoering daarvan worden de volgende voorbeelden gegeven. In alle voorbeelden zijn gewichtspercentages betrokken op het gewicht van de droge cement.

20 Voorbeeld I

In een eerste groep van proeven wordt in êën lading hydraulische cement van API Klasse H gemengd met water en diverse toevoegsels. Diverse types van in de handel verkrijgbare aluminium-poeders worden opgenomen in elk van de proefbrij en. De brijen worden 25 vervolgens aangebracht in een testcel van het in figuur 1 weergegeven type. De testcel is een lang buisvormig orgaan 10 met een binnendiameter van 5,1 cm en met een gegleufd of geperforeerd centraal gedeelte 12. Een permeabele kernkraag 14, verzadigd met water, is aangebracht rond het gegleufde centrale deel 12 van het huisvormige orgaan 10 om een gesimu-30 leerde annulaire ruimte 16 daarmee te definiëren. Het gehele proefcel-samenstel'is omgeven door een watermantel 17 om verhoogde gelijkmatige temperaturen te verschaffen.

Een cementvulleiding 18 is verbonden met de onderkant van de proefcel via een cementvulafsluiter 20 om de cementbrij in 35 de buisvormige proefcel te kunnen aanbrengen. De proefcel wordt gevuld totdat de cementbrij de cement-afvoerafsluiter 22 aan de bovenzijde van 790 74 40 23 de proefcel bereikt. Nadat de brij in de cel is aangebracht wordt de proefcel afgesloten en wordt druk aangelegd op de bovenkant van de cel door water dat afkomstig is uit een tank waarin druk wordt ontwikkeld door stikstof met een druk van 3,45 MPa. De druk aangelegd bovenaan 5 de cel maakt het mogelijk de hydrostatische druk van de cementkolom in een feitelijke boorput te simuleren.

91 cm lange thermokoppels 24 worden ingebracht in de cementkolom vanaf de onderkant om temperatuurprofielen in de brij te meten. Temperatuurmetingen worden toegepast om de aanvankelijke vast-10 wording van de brij te detecteren. De druk aan de onderkant van de proefcel wordt over een rubberdiafragma 26 overgedragen en gemeten door middel van een drukrecorder. De druk onderaan de proefcel en de temperatuur worden periodiek gemeten tijdens elke proef over een periode van tenminste 12 uur.

15 De resultaten van de proeven worden weergegeven in tabel A. In alle brijen, uitgezonderd die gebruikt in proef 12, wordt 48 gew.% vers water gebruikt, betrokken op het gewicht van de droge cement. In proef 12 wordt 51 gew.% zeewater gebruikt. In alle proeven, uitgezonderd proef 12, worden de cement en het water gemengd in een hoe-20 veelheid van 1,85 kg per liter met een opbrengst van 34,2 liter per zak.

In alle proeven uitgezonderd de proeven 8 en 9 wordt 2 gew.% calciumchloride gebruikt in de brij ter voorkoming van voortijdige gelering. In de brijen gebruikt in de proeven 8 en 9 werd geen calciumchloride opgenomen.

25 Specifieke identificatie van het gebruikte type aluminiumpoeder door deeltjesgrootte-karakteristieken treft men aan in tabel B. In alle proeven uitgevoerd in de proefcel bevatten de aluminium-houdende brijmaterialen welke worden gebruikt elk 0,25 gew.% van het metaal, betrokken op het gewicht van de droge cement. In de proeven 30 1 tot 7 wordt het aluminiumpoeder droog gemengd met de cementbrij. In de proeven 8 tot 13 wordt het aluminiumpoeder eerst gemengd met water dat een beetje bevochtigingsmiddel bevat, en in de proeven 14 en 15 wordt het aluminiumpoeder gemengd in ethyleenglycol als dragervloeistof.

In het geval van de proeven 7 en 10-15 zijn de tem- 35 peratuurpieken die op aanvankelijke vastwording van de brijen wijzen niet duidelijk gedefinieerd en derhalve kunnen geen aanvankelijke hardings-tijden worden bepaald.

79074 40 - . — — u « ;

U

<u

Oj -. { SO Μ N CO to Π ίΟ Π O' 0\ G\ Gi Q\ <3\ C\ | <y0 vO CM s0 sO n0 vO \0 m ΙΛ m ΙΛ 1Λ U"4 1Λ ·

U w I

5

6 I

i öfl j 2¾

4> -U

4J ;

g «J ^ I

o 2 I Ö CM 00. O <1· o ooo oooooo 1 Q M ^ vr ο Μ N O fA CM O O — CO o o Ό Λ r» S ·· ........ ·· *· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· •n 0**sfNinnifl' NON N O' CQ N O' •H 4) * ffi a- — — Ö0 — C4 H -W w C \ Λ «Η Λ Λ Α Λ U * Ι Ο) rH 4) 60 60

So Ο 0) 4J 00 4J ·Η . C (β /** Ό g 41 di · ·<η o^2ön<twcsoo oom.nooovooo ·

ο cm — <r cMcomwooo-a'OO

v0 S ·· *· ·· ·· ·· ·· ·· ·· (4 ·· ·« ·* ·· «· ··

·«-, r** ·· o- — N η «i mOxlOON OOOCMCMO

fi 4). — O — *m wm wm wm d g-tJJC^-w > Λ Λ ΛΛ j ω 2¾

0) 4J

°ert--» o o ui o o ooo c o m o o >n o

gSgj· oo — oo <-o<Oa|cnrn<nOfOO

0 Sg.S — — ό! n <r cn ö -ir ^ <η ö lii - η ό; **3 a a 7 ~ a λ I ti unS g !

i & I

i I 60 ! V* »H — 'o ai —< g °S§ c in o o m o ooouoingcMOg I ,α > .η «ί — o -a- — """,.ΊΙ.'ί"»® ‘ I <nu 9 IjS o O - » - -nN«Ö-Öinw 1 -rl a) 41 Sic y ” 1 ΗΐΛΡί'' g , • ·ρ4 e :

• O

' O CO lA CO Ο ^

, rift* COIAP^COO Ο'ΛΟ cm -if O CA CA

2 5 A A A A * AAAfljAAAAA A

I pf4 w cncA^mm -sTvo-sf q <r ά <r Ά ia f-* -.· -....... i 41 I u ! o ^ J4 3 1 ·!-) eo <y h e 5 I iH *rt *y 4) Ό λ Θ

• j ϋοβ OOOtriO O o U J

S3*h cootn>9-ts sc I m α j 4 I j I I ! : > 4J s .......... ·· I ·· a> I I 1 I I * q tn ·· N\pn«<o ·- -H j

tO 03 -C

< >'-' j <! I j

ί E e w »e k μ I

; la ω 2 5¾ : j * SI i ί ! i ! ! ! ί ί ί ί ί Ο ο ο ! £'g ! 3* Q ί οΓ « ο ® ο5 «Ι^οΟ^^δαοοοοοοβίβ» i η ου 1 φ «> 0) I ο «5 Ν „ Ν ' δ ω—ι m m m β St’S ifl. ν ν ν in m Η as ! ί ί ί ϊ ί ϊ ! ί ο* ο* ο* ο* ο* ο* Ρ ; ! i 1 ° >t >* X! X * '

j IS MN N K K

I 33 * * * * * ***„,,0**^««

, j μ s-s ^ X X

_J rtl A A A A A

I E % ---00--000 ί : I <w i 0> i_ 0 · j j pic ·— cs cn <T Ά \0 Γ* 00 0% O —1I N Λ *ί in__f 790 74 40 25

Vervolg van tabel A

Alle hoeveelheden uitgedrukt als gew.% betrokken op het gewicht aan cement.

5 Alle brijen omvatten 2 gew.% CaC^ uitgezonderd in Test 8 en 9, waarin de brijen geen CaCl„ bevatten, c) ^

Vloeistofverliesmateriaal X is een in de handel verkrijgbaar copolymeer; vloeistofverliesmateriaal Y is een in de handel verkrijgbaar mengsel van een gemodificeerd polysaccharide en een 10 gepolymeriseerd, aromatisch sulfonaat.

^ Het gebruikte dispergeermiddel is een gepolymeriseerd aromatisch sulfonaat.

ö) · * ·

De deeltjesgrootte van de diverse gebruikte aluminium-poeders is weergegeven in tabel B.

15 ^ Het gebruikte vertragingsmiddel is een in de handel verkrijgbaar gemodificeerd lignine.

20 79074 40 26 sf — M3 · · 6*5 Λ Λ · Μ — ο — — CM CM — — m <| Ρ r* — ft CU <u ft i

s-\ P

ft Η ·Η -<r r' cm t3

<U Λ Λ Λ j_J

bO 6-5 LnCMCMftl''C,,><tO O P

p CM —· — O P

ft m — > >

d P

53 na (so 0 pp M P öp 0) CM CM ΙΛ CO r-- »ep ft 6M « r ΛΛΛ pp

te oo-cncoo-d-ft-d- o P

CO O 00 — — — N

CO — — P I—I

p 60 0) 6 ^ -s

*H CO

Cd Pi m J3 «M

(1) Mt M3 r-- (3Ί to w QJ ^ B*S Λ Λ Λ Λ Λ (0 co ο) Or^ci — r^vocMO coo

>, M in " — — CM CM M

P-I 0) CM CO P P

p bO 4J ·Η

d 0 CO

p 5 p p I CD Q ft

cu — cn m m cm m B

4J 4-1 6-¾ ------ ,=, 4J <U OOOMf-CMOOCOCTiCTi P ft

0,430(30 — CM CM CM Ό M

o m -d- * CU

MU p p

00 O CU CO

co o oo co

CU > M CO

•η O CO 1Π 0)(3.

4-) /-\ * -- ft 3 i-i S 6-¾ ooom-e-cTevor" co (Up vo — — -a· non -hcu

pq g) s in co Ο M

-d -— r-- 01 cO

r-l I M +i

CU Μ M . P

_Q <U 0) 00 CO ,3 CD

¢0734-) - - OOM

HCU P 6-¾ O I'- 00 CO — — 00 00 COM o

o 6 r·- — — vo — -cr -d· -hcu S

ft co o oo P ft B

S ·μ σ\ OP

3 Tl co P P

•hi cd a) ή

d <a un m>cditiOO

• H4J * 4-1 <U CU CM Ο O ·

B 4J6^0cncMO<d-COOOcO t-4 bO N TO CM — <U

do ocm — cMr- — mco d P co γη o in — bo · >·> <jmcJ3— ftpcn th bo OP* cd

CD P ft P

a) m a) _ cd

•r—i - ό a I

4-1 6-¾ ΟΟνΟΓΟΟνΟιΛΟ OO ^

i-Η OCO — CMOCM00CT3 ft rH P

(U 00 vn — 4-10 p <U Ov — PA* n 73 0 IP ft

a P 73 -H

3 4-1 P

1 6-¾ O 73 P

•Η ΟΟΟΠΠ-νΤΟΟ P P co KOOmcMCO — <fCM— P > M P *

POO — — H ^ P P

£ — CM ft ft 0 ft >

IOdP-d--d-<T>P

I PAi'^-B'Ctl^'CtbO

a p p — p 3 60 ¢) ·Η Ö0

•H 4J T3 Q

P P . JT

•h :o P <3 I * *H p rH 4-1 4J ft

Cd M *rl 5) *' ^ p /—* to a 4-1 h

CU 73 CJ O

ftpCeqoQiaftOft o ^ 2 o O P ft is ° H ft 79074 40 27

Kijkt men naar tabel A dan ziet men dat het betrekkelijk grove aluminiumpoeder gebruikt in proef 1 niet snel genoeg reageert om de aanvankelijke gesimuleerde hydrostatische druk binnen de kolom te handhaven tot het tijdstip van aanvankelijke vastwording, dat 5 wil zeggen 2\ uur na het begin van de proef. Opgemerkt moet echter worden dat cementbrijen in het algemeen in de annulaire ruimte van de boorput worden aangebracht ter verschaffing van een aanvankelijke hydrostatische druk die groter is dan de boormodder gebruikt om het gat te boren. Om deze reden zal de aanvankelijke hydrostatische druk vaak gro-10 ter zijn dan de druk van het potentieel binnendringende aanwezige gas, en wel aanzienlijk groter, en derhalve kan enige daling in hydrostatische druk worden toegelaten, mits de hydrostatische druk boven die van het formatiegas blijft.

Bij gebruik van het fijnere aluminiumpoeder, type 15 C, gebruikt in proef 3, is de over het geheel genomen doeltreffendheid van het poeder zeer goed, met een druktoeneming tot aan 4,75 MPa die tijdens het eerste uur wordt ontwikkeld. Verder valt de druk niet terug tot onder de aanvankelijke 3,45 MPa aan het begin van de proef tot na 9 uren. In dit geval is vastgesteld dat de harding van de brij plaats 20 vindt na 3| uur.

Proef 8 is de eerste van twee beproefde brijen welke geen calciumchloride bevatten. Bij vergelijking met proef 3, waarin dezelfde brij welke wel calciumchloride bevat wordt gebruikt, ziet men dat de over het geheel genomen doeltreffendheid van deze brij wordt 25 verbeterd door de toevoeging van het calciumchloride. In het geval van proef 3 is de tijd die vereist is om de druk te doen dalen beneden 3,45 MPa 9 uren, terwijl dezelfde brij zonder calciumchloride slechts ongeveer 4| uur een druk boven de aanvankelijke hydrostatische druk handhaaft.

30 Proef 12 is uitgevoerd om vast te stellen of brij en kunnen worden gemengd onder toepassing van zeewater om ze geschikt te maken voor toepassing in offshore-lokaties. Een betrekkelijk grote hoeveelheid wrijvingverminderend en dispergerend materiaal wordt gebruikt in de brij om de uiterst hoge viscositeiten te beheersen welke zich voor-35 doen bij het mengen van de brij. De resultaten van deze proef worden als matig succesvol beschouwd, met een maximale druk van 4,07 MPa die 790 7 4 40 28 bereikt wordt, en een periode van 5| uur gedurende welke de druk boven 3.45 MPa bleef.

In proef 15 wordt de aanvankelijke hydrostatische druk opgelegd door het onderdrukstaande water boven in de brijkolom ver-5 hoogd tot 6,9 MPa. om de omstandigheden bij het cementeren in diepere boorputten te simuleren. In verband met deze hogere druk is de druk-stijging die wordt waargenomen tijdens de gasvorming klein in vergelijking met de andere proeven die worden uitgevoerd bij een aanvankelijke hydrostatische druk van 3,45 MPa. Niettemin worden de resultaten van de 10 proef als goed beschouwd daar de druk gedurende meer dan 29 uur boven de 6,9 MPa wordt gehouden.

Voorbeeld II

In de proefcel weergegeven in figuur 1 wordt een proef uitgevoerd op een cementbrij, verkregen door daarin stikstofgas 15 op te nemen tentijde van het mengen. De samenstelling van de brij omvat cement van API Klasse H, 53 gew.% water, betrokken op het gewicht van de droge cement, 0,75 gew.% van een in de handel verkrijgbaar gemodificeerd polyacrylamide-vloeistofverliestoevoegsel, 2,0 gew.% calciumchloride, 2,0 gew.% van een in de handel verkrijgbaar sulfaatester-oppervlakte-20 actief middel en 0,5 gew.% van een in de handel verkrijgbaar schuimsta-biliseermiddel. Tijdens het mengen van de brij wordt voldoende stikstof in de brij ingespoten om ongeveer 10 vol.% gas te verschaffen in de brij onder de aanvankelijke hydrostatische druk van 3,45 MPa.

Na overbrenging naar de proefcel en aanlegging van 25 hydrostatische druk is de maximale druk die verkregen wordt 3,8 MPa 1 uur na het begin van de proef. De druk blijft boven het niveau van 3.45 MPa gedurende 2 uur en 45 minuten. De harding vindt plaats in 1 uur en 50 minuten. De proef wordt als succesvol beschouwd.

Voorbeeld III

30 Ter vergelijking wordt een in de handel verkrijg bare expanderende cement, hetgeen een Portland cement is die watervrij calciumsulfo-aluminaat bevat, gemengd met 46 gew.% water, 2 gew.% calciumchloride, 1 gew.% van een in de handel verkrijgbaar polyacrylamide-vloeistofverliestoevoegsel en 0,25 gew.% van een in de handel verkrijg-35 baar gemodificeerd lignine dat werkt als vertragingsmiddel. De brij met deze samenstelling wordt beproefd in de proefcel weergegeven in figuur 1 790 7 440 29 en 2 met een aanvankelijke druk van 3,45 MPa aangelegd op de hiervoor beschreven wijze. Na 10 minuten geeft de brij geen druk meer door naar het onderste uiteinde van de kolom.

Voorbeeld IV

5 Een brij, samengesteld identiek aan die van voor beeld III, uitgezonder dat 64 gew.% water daarin is opgenomen, wordt getest in de hiervoor beschreven proefcel, onder aanlegging van een druk van 3,45 MPa op de brijkolom aan het bovenuiteinde daarvan. Na 15 minuten wordt waargenomen dat de druk zeer snel daalt tot 0,83 MPa.

10 Voorbeeld III en het onderhavige voorbeeld laten zien dat de expansie- eigenschappen van een in de handel verkrijgbare expanderende cement geen verbetering bewerkstelligen in het vermogen van de brij hydrostatische druk door te geven.

Voorbeeld V

15 In een andere reeks proeven, gebruikmakend van op diverse wijzen aangepaste buisvormige proefcellen, worden gasvolumes en brijcomprimeerbaarheden bepaald in de loop van de reactie van diverse types aluminiumpoeder opgenomen in de beproefde brijen in diverse concentraties. Bij deze proeven worden boorputomstandigheden van hoge 20 druk en hoge temperatuur gesimuleerd, met temperaturen lopend van 60 tot 110°G en drukken van 13,8 tot 65,5 MPa. In al deze proeven wordt API Klasse H cement gebruikt, en deze wordt gemengd met 46 gew.% water, betrokken op de cement. Elke brij omvat 1 gew.%, betrokken op het gewicht van de cement, van een in de handel verkrijgbaar vloeistofverlies- 25 toevoegsel, dat een mengsel vormt van een gemodificeerd polysaccharide en een polyaromatisch sulfonaat.

De comprimeerbaarheden, gasvolumes en reactiesnelheden zoals gemeten in deze proeven worden weergegeven in tabel C.

30 790 7 4 40 30 m r-i > Ό S § § 2

OJ Cg CÖ CÖ C

.-13 d d d CO

4-) J0 N 00 N Μ N Μ M

Π3 i—I h Ml ·Η H r—) 54 ΟΟ Ή ÖQ -Η ·Η 54 t—j pH · H 31 (UC3 4-><U QJ ajpl 4-Jö 4J -U d) CU <I) - 3 0 3dd0 0 3d3ddd3 0d o

ΐύ CO NrigcOCONr-lSr-igSNCOCO Z

~ . .2 a .2 H 3 +3 (DM 3 τ—I 3 .,-ι ο o oo ^ oo on r-" ο o d p d 4- 1 54 <ro Mt· σι σ\ ο o <u > 3

Cl O U — — — ^ΓΛΙ

do I co I

0) > 4J cd S

L, 0 00 3 I (U ·Η g ^ g <u ö 33 ο ο o y 2 'g *d rt is is js ¢: 3 0 6 Ξ^-ι 10)3 h si oenoi0crit'~cor^oo 6 ^ 3

Red eooeoeoenoicnoo 3 3 3 H JJ t—« τ—* ·ρΗ ?-4 5 o g « « <! Η ·Η Π3 § w a ^ r-t 3 Cd 14^ td ^

Ο <N

u * OOOSI'Or-'CNlvOOOr^O <Ü P op Οζ/3 η η Λ Λ Λ Λ Λ Λ Ό ·Η {13 ο. οοο ο <ι· m m m m 3·η > Η 54 3 ^ 0 3 3 -ι Ο ^ » 3 Τ3 2 m

—, 0 ·ι-| OT

6-5 0 r-Ι ΙΟ 3 5-1 54 '-'.id OvO-d-CJi — iOMDOOr-'-O 6 3 3 φ (¾ «, Λ Λ Λ AAn*.* 5-4 0. * > 3 54 4-> — oocMcnoominmin ρ 3 /-ν R 3 Ο >3 3 5-1 § (S 4J 3 Ο •’“ΐ 3

3 W Ö0 54 3 4J

ο a · 4J

>3 »ö Ή W -γ-ι I ·Η ϋ 3 3 00 3 Μ μ Ο Ο OO Ο σι Ο Ο Ο Ο W · 3 Ο (3 ^ 3 Ο \ Λ #1 Λ·% Λ ΛΛΛΛΛ "Η 3 54 Ρ

ώ 3 3 CM CM 00 00 CO 0D (Ο ΙΟ ΙΟ ΙΟ · U Ή « ρ,3 IJ

η g 3 3 Ö }-ι Ή UH 4-1 54 .Ρ 3 3 Q C0 cd Ο 5J 3 3 3 3 ,_4 ι 3 cd -r-, 3 3 μ .3 d 3 d 54 i bm2 > w w g * « cQ 3 ·η cU P k* tö Ό H g M r>. u-ι oen O o o <- co cm > “ 3 j-i •r4 0, 5-4 T3 CM — 00 lO en M O O CO CO Μπ3·ι-)3 54330 ^ g 3 Ή 1-· m CM lO <t Mf 3 3 ·Η g 33.1^0 cd O 3 3 3 *''» 5-1 3 3 0 ·ι—) cd

SUBrd d ^ ,3 54 ÜO-H-H

B ^ 4-1 0, d 3 r-l 3

3 I! 3 g 3 3 OO

4-> ^-n 3 3 0ί-ι·Ρ^3

0 öo | g O 3 0 P

3 CO CO CM CM cM CM 34J0 3 ,0 d > a -ef <i- γ-'Γ-ν r» i^-enen 4-> d d 0 3 > 3

μ — — in in in in Μ1 -ί 3 3 4-1--- > 3 T500ÖO

I ¢) *. «V «,·. Λ ΛΛΛΛΛ Ο0 ·*“* d d 3 R η. ο Ο ΟΟ Ο ΟΟΟ—·!— 0''-6'S3gd<!0

§ >-g0'-,4J

•Η \ 00 3 3 3 ·Η 00 ÖUd Μ ·Η g 00 0 ·γ4 · en .S3 3 3 0 ·Η 3 S Ο 0 3 3 ·ι-ι,0Γ-Ι4-Ιβ33(Μ

030. O pt, hO fö OPKOOP 4-1 ί-1 P'd 0 Τ-Ι S W

,—I Ο >, Η g| > S ΗΗ·Η CM

<3 ρ 4-) 3d doE-id ^ 3ΡΜ3ί>Β

3 5-ΙΓ-Ι0 3 4J

ι 3 d 3 ·Η 4J 3 ΒΜ 0 οο οο οοοο οο οο Μ λ η η 5-ι3 ,ϋ ϊ 3 w CÖ CÖ Λ Λ ΛΛ Λ Λ Λ Λ Λ Λ OSCQCJpÖ *Η μ ο. en en en en en- enenenmin ο·η d 5Jr-)0r-j« 03 S— — >540033 do 60 03 W63>*r4 4-)0 1¾ Ö*H 334J.H3 IH3 i—) Ü 3 β O O 0

3,0 3rP3rÖdH4J

oöou md en enen en r^cnocTioo ρβι-ir-t 3D3

5- )·ΗΟ 10 10 1010 10 OlOiOf'-r'» d03O3> O

Cli-Ö — 4-1 6 3 > ι—I II N

•μ >1 d ii *

3 |*j 3 co 4J en BM

•η d o d o o · 14-1 NlSPOHISHen 3 o . /—i /—1 /—1 /—1 /—1 c—' >o — cm cn<f m lor^-oocTiO dpü33M-4bo p 0 — 790 7 A 40 31

De resultaten weergegeven in tabel C'laten zien dat wanneer de reactie van bet aluminium volledig is voor de aanvankelijke harding van de cement (zoals in de proeven 3 en 8 tot 10) de gasvolumes berekend uit de gemeten maximum comprimeerbaarheden nage-5 noeg gelijk zijn aan het theoretische gasvolume berekend uit de gebruikte hoeveelheid aluminium. Bij 1 % aluminiumpoeder moeten comprimeerbaarheden tot aan 100 (^uv/v)/atm. gemakkelijk realiseerbaar zijn voor ΔΡΙ-huis-omstandigheden op 3050 meter. De gegevens laten ook zien dat de comprimeerbaarheid voor een gegeven hoeveelheid aluminium die gebruikt 10 is evenredig toeneemt met een afneming in druk. Bovendien ziet men dat de fijnere aluminiumdeeltjes veel sneller reageren dan het grovere aluminium en de reactiesnelheid neemt toe naarmate de temperatuur toeneemt.

Na de voltooiing van de proeven worden de test-15 kamers uiteen genomen om de geharde plugs te onderzoeken. Er zijn geen blijken dat gasafscheiding plaats vindt in welke van de proeven dan ook.

Voorbeeld VI

Een reeks van proeven wordt uitgevoerd met API 20 Klasse H cementbrijen die diverse verschillende types van aluminiumpoeder bevatten in een hoeveelheid van 0,143 gew.% van de cement. In elke proef laat men de brij onder atmosferische druk reageren door 50 ml van de proefbrij te brengen in een 250 ml maatcilinder. Twee verschillende temperatuuromstandigheden, 60°G en 93°C, worden gebruikt in de 25 proeven. Het percentage toeneming in het totale volume van de brij wordt gemeten met periodieke tussentijden gedurende de reactie om het gas-genererende effect van de aluminiumpoeders te bepalen. In elk van de gevallen wordt een theoretische volumetoeneming van de brij van 270 % aangenomen voor volledige reactie van de hoeveelheid aluminiumpoeder 30 die is toegevoegd, aangenomen dat er geen schuimuitbreking plaats vindt. De resultaten van deze proeven zijn weergegeven in tabel D.

790 7 4 4 C- 32 i .....

a i^.pocoo-vooco'd-ou-ir-upppppoo vo · cm o cm r>. on m cyi oo cm.....cm co o — pl, — — — - - - ssaiaiz;

CO

•μ s i ö Ο ·Η · · .....

\ a ppoovcnvot>->-*cncor^LnopoPQvD<j· O t) · · cm <y> —. io co in co γ*·» <p.....—· cm

cm «— »-* ^ ·“· sissiaS

W ·μ vo μ

MO

-4- Ö

·> <U

O > · ^ <0 p Ο Ό • »v U} «Η * * CU fi ppovot>.i^covocnco — LOI^.P'd-vOvOMfrv.

cd to · •cmc'iO ineMini'''ftt'~oicou'icocO’—t— CO |g Pu >- — — ^ ” μ ca <f

V C

co

60 <U

CU Ό

P

> ft r

CU o C

ο ·ιΊ · μ 60 a r»oco>oooM3r«a>oor*i^oiosi'PQpq'-0''-" co c Γ-. oo o oo σ\ cMr-.<f<fcMinpcM.-cn *- <U-HO— — — — — ft ft •h a cm r—Ί Φ

i-1 C

CU CO

> o ·

μ μ C

μ o (U -Η g u SS OOCOincM'-incOPic^CMCMvOCMOOininO'iinr·- co co 3 o co oo co oo r·* — »3· σ\ *— in — <τ r^* u— a ·μ r-c o ^ **“* CU (U O — 00 >

T—I

O > 6M

CM ·

Μ K C

.μ r-.iriM3CMcncMCC)MfOOOOOOr^OOOO — cn p 00 o So co cm cm mcMO· <r 10 <t >— co ·> — μ ·> — m cu o P + ca ·« co E-c D3 03 r-c

CU

CO CU CO CU

CO CO 60 Pu CO CO CU 60 eö ca O μ „ rH rM · ^

Pi! 6d O CU C O

OOO) CM CM CM CM CO CO COCM

·· ·· O μ (HrM r—CrMr-trMt—Ii—I O O (—I 1—I (—I (—ICO

2 μ ό μ u o uouuuoaïaooyycM

mei caca cacacacacacacacacecacacace m3 uu uossasiaiaiziiaizsoa (0 0 pp f3 f3 .. Ό μ (0 (OOO (0 cuoooooooooooom 5-4 ö CU (ÜCÜ ««COCO ««'·>·>·'«·>»·*«·»·>

·· S<3p 00-.^00- -> co co co co ^_co co co ^ O

P 3) n <u u Q C6 c· •ι-i ca co S3 S o •μ μ 1 Pu ft ft ft J_, <J) ^ ' N—^ N—'

p p <! μ pLiOftOftOftUftOftOftOftft O 32 O

co g •μ <o co μ ca μ l pq co co o ·μ ·η pLf Cö’^

PQ rQ

M-l

(D

o· — cMcO'icnPr^oocTiO — cMco<tmpr^oocTi

ft P

790 7 440 33 ö 6 vo co n q e p fi o p ! ! j ! O on vO* · · · · * · 1,11 § £ i3 S Ï3 P3 S3 S3 ö

•H

S ,—, co co r~- ov lh ï?oSSrt3coS<-«r. o - jj vo Ö

<U

S> 0) · 60 0 <U ·ιΜ Ö S sf <f CM sr o o O vo cöOr-~>OCOCOcaeMCOvOvO o cd <s·

<U

"Ö

p- J

O β •H m m * O <t <f vo <f vo pq pq pq <r ° £ 10 •gg vo ^ ~ h h « <υ s o ·

•u S

I® - ® * ® 2 n Ξ £ $ ° ° £ £ a) i-i o sr co · -- __ o O"* Pa cd >

4J

S-5 g Ö ί 'ï $ :s ~ - ~ 10 s s ° ° £ ~ t-ι in o > u cd ca

> r-J

CU

ca a) 00 o, o -u co co

►c coco+co co <o co o+co+O

<U ö + o O O + O + O + O+ cv] O CN

0 S ca ca cm ca ca ca ca m cm cm cm cn 4J rMCOCOi-HCOraWr-IWt-lW'^ .i'1 ^ 03 , 4J u ca cm u cao cm o m rj cdcdcdcdcdcdcdcdedcdctjcdscdcdcdlz:

Ss aiziaossaiaKisBKK^uisw^jjp.jjpj •Sm o m o o m o m o o o o o ca o o o ca^ g g g g

<(£ coOca — o" ca" O — — co — coo — — — OCDCDCDCD

(U

Λ^Ο O CS CD CD CD CD O O O B ü <1

<J +J

CO

•H *r-j

Sm Stf ww » w w w w w tawww

PQ

tw

o « f—' r—i gsI CO -<1“ lO vO C* 00 CjV O — OM

° ó ° ca ca ca ca cm cm cm ca cacococo

Pa fi 79074 40 34 ö •Η 8 , I , .

Ο I I I I

00 Ö

PC

. d Ö 6 •h _ a a 00 o o O d d Ό <r so os cs cd Μ τη Ο — — > β) •Η SO > 4J i-t 0J 4-)

Ü CO (U

δ . op s >0 £ _ 0)-1-4 0) d oo a co ο ο o s 00 OJ St* SO 9s CS ·Η (50 ο — — d d d 'i <U *rl cd at <u

cd M

4-1 0) oj . cd oo d d 'ö ·

*H 4J Q

ftBOOOOO r-4 <β 0J

o >i vfl ft N <l)p>M

o»-* *-* μ a o Ö0 CS 00 O > d aj <u

•H O 4J 4J

a j> ce

aj a) cd 4J

d · o d cs <u d 4J o <u ο «μ oo — co r-' co <4-i Ai

μ g <f in ft - OJ 1—I (U

0) - — ·Η d +J

So i-i CO OJ

3 — μ rO

rH <0 A

O > Ü u > 14-4 CO Ph O *i-l * 6-0 4-1 4-1 ·*> g Q . CO cd μ ·γΙ d ·η g <u d i-i ·Η OJ O 4-1 ,43 aj g co m co m ο μ cd o μ3 f- CM OS —« i—I 03 12 co of m — r* r^ 35 _ 4J 1-4 d d μ o a) cd d d a. g > co co a) > rH ,43 d C Ö

OJ 00 CU ·Η CU

00 co fl) -n 0) A

1-4 oo ft ·η d ? 0 a) >, μ d oo μ

> o 4J A ai d A

μ > μ aj 4-1 ajajd a) d Θ d <h

> Ο OJ [> CD 0J 1—I dJ

4-) 4-) OO cd 4J r-i ¢0 μ d a aj d aj > o a τι μ a) d d d d -d ·η p <u -μ oj u oiajojo) d M i-i •Ö μ 0) 0) 0) 0) cOOJ 0) 5 OJ OCSOO d fl μ μ fl <0 (μ I d OJ ·ι-4 ^ oj qj a) *h d

. d CO A 13 Q

u O OJ

o d i-ι 4J ii ii

oo ·μ d flJ

OS 1-1 A · · ai d r-4 _ n μ ·· I p, Q M U <ή OJOJg· · μ 1-4 >, w o pm is Id

d «j 4J

jj /—N \ /—\ /““S

4J cd a o d cd

μ I

aj co di ·Η *1—> _ g co ή in rc eu pa oj cd μ

4J PQ A

4-)

CO

QJ <4-1

fH OJ

o · μ o co <r <n so di d co co co co 7907440 35

Uit de resultaten weergegeven in tabel D zal het duidelijk zijn dat cementtoevoegsels opgenomen in de brij die het aluminiumpoeder bevat invloed hebben op de aluminiumpoederreactiesnelheid op een wijze soortgelijk aan het normale effect ervan op de brijverdik-5 kingstijd. Derhalve fungeert het hier gebruikte vloeistofverliestoevoeg-sel ook als vertragingsmiddel in de meeste cementsamenstellingen en heeft hier het effect de reactietijd van het aluminium te vertragen. Calcium-chloride, zout en een combinatie van zout en natriumthiosulfaat versnellen de reactie.

10 De atmosferische expansietestresultaten weerge geven in tabel D laten ook zien dat het betrekkelijk fijne aluminium, opgenomen in de brij van proef 31, tamelijk siel reageert, namelijk een expansie van 177 % gevend in slechts 10 minuten. Wanneer een grof aluminium van de soort aangeduid als type G, en gekenmerkt in tabel B, 15 wordt gebruikt in dezelfde brij, vindt slechts een expansie van 5 % plaats in 10 minuten onder dezelfde temperatuurvoorwaarde als aangegeven bij proef 6. Dit type aluminiumdeeltje is kennelijk beter geschikt voor gebruik in cement welke betrekkelijk langzaam op zijn plaats gebracht wordt en een betrekkelijk lange hardingstijd heeft.

20 De atmosferische expansietests laten ook zien dat de temperatuur een zeer aanzienlijke invloed heeft op de reactiesnelheid van het aluminiumpoeder. Zo vertoont in proef 29 een brij die aluminiumpoeder van type D bevat, als gekenmerkt in tabel B, een expansie na 10 minuten van 0 Z bij 60°C, maar een expansie van 148 % bij 93°C, 25 zoals aangegevenHj proef 33.

Voorbeeld Vil

Gebruikmakend van de conventionele proefcelproce-dure beschreven onder verwijzing naar de proef waarvan in voorbeeld I sprake is, worden proeven uitgevoerd op twee brijen die verschillen door 30 de opneming van een matige hoeveelheid vloeistofverliestoevoegsel in êën van de brijen en geen vloeistofverliestoevoegsel in de andere brij.

Elk van de brijen bevat cement van API Klasse H, 40 % water, 2 % cal-ciumchloride en 0,25 % aluminiumpoeder van het type aangeduid als type C in tabel B. De proeven worden uitgevoerd met een kern van lage 35 doorlaatbaarheid rond het centrum van de proef cel, met 3,45 MPa druk aangelegd bovenaan de proefcel en onder gebruikmaking van een badtempe- 79 0 7 4 40 36 ratuur van 60°C. Bij de proef met de brij die geen vloeistofverliestoe-voegsel bevat wordt voortdurend druk afgevoerd aan de onderkant van de proefcel door gebruik van een waterkolom met een snelheid van ongeveer 10 ml per minuut. De druk aan de onderkant wordt voortdurend geregis-5 treerd gedurende de gehele test.

De tweede brij bevat 0,5 % van een in de handel verkrijgbaar waterverliestoevoegsel. Dezelfde prof omstandigheden worden toegepast bij het beproeven van deze brij, uitgezonderd dat druk wordt af gevoerd onderin de proefcel met een snelheid van 2 ml water per minuut. 10 In het geval van de brij die geen waterverlies toevoegsel bevat daalt de druk aan de onderkant tot 1,50 MPa na 92 minuten. In het geval van de brij die matige hoeveelheid vloeistof-verliestoevoegsel bevat blijft de druk onderin de kolom boven de 3,45 MPa gedurende 55 minuten; boven de 2,76 MPa gedurende 2 uur en 40 minu-15 ten en boven de 2,07 MPa gedurende 4 uur en 20 minuten.

Voorbeeld VIII

Een reeks proeven met cementbrijen wordt uitgevoerd onder toepassing van de proefcel bedoeld in voorbeeld I en weergegeven in de figuren 1 en 2. Twee verschillende deeltjesgrootten van 20 aluminiumpoeder worden toegepast in de brijen, namelijk de types B en C als bedoeld in tabel B. Diverse types in de handel verkrijgbare vloeistofverliestoevoegsels worden opgenomen in de brijmaterialen en in twee van de geteste brijen worden verschillende types cement toegepast. De resultaten van deze proeven worden weergegeven in tabel E.

25 In deze proeven wordt de temperatuur van de brij, de druk aangelegd boven aan de brijkolom en de druk aan de onderkant periodiek gemeten over een periode van tenminste 12 uren. De normale beproevingsomstandigheden zijn het aanleggen van een aanvankelijke of basisdruk van 3,45 MPa bovenaan de kolom, het gebruik van een kern 30 van lage permeabiliteit die het centrale deel van de kolom omgeeft en het toepassen van geen drukafvoer aan de onderkant van de kolom tijdens de proef. In de proeven 2 en 4 echter wordt een aanvankelijke of basisdruk van 6,9 MPa aangelegd bovenop de cementkolom in plaats van 3,45 MPa. In proef 6 vindt de gasopneming in de brij plaats door inspui-35 ting van kooldioxyde in de brij bij het mengen.

790 7 4 40 37 1 -ë .M <U 3 3 Ö Ö M μ 3 3 Ό ΑΗΐ « 3 ·Η gj Ό (1 in ”3 3 §!*ΐ § . j s 5 5 ! ,rfl ~ 1 1 « - •n 4J 3 — •η ω o a) Η μ 4J 3 3 3 3 (S h 01 >3 H § 3 ,Ü 3 3 3

§ W ^ m o <r £ o OJ

Λ 3 o 3 a n o cm o ld <^j Ό 3 3 3 ·ι-ί ·· · *· ” "* _ 1 •π μ W W 3 « -ί ” ^ 10 ° •rl 3 IJ O 0) 3 *-* Η H Wi I 3 3 3 A! 3 T3 i—1 00*0 Ai 3 3 g 3 μ -u u 0 04J4J°Mm o <f o o ^

3 Al -H CM O <N OIN

•m3 3 3 co " " “ " 1 ”

•Η M 3 3 3 ~ <· <T CM

B3 μ

3 I

> i 4J ö g •° “•S S 8 8 8 8 Ξ 3 s £ S 2 6 3 5 3 - = ö ö 2 *rl O 3 3 3 H > 33 3 W ^ o voocn cm m cn ;£ ,α M 3 3 oo -d· c- r^cn *3 ί « o

+ + -H

rH CM | 3 I I I <1 O W O O * ,-s + >W t—< ·γ4 I—I Ή Η 3 ü 3 CMj-l r-j td 33+33 + I +33 + K I + ·Η ffi > 3

O O CO η CO 3 OW i—ICOJ-I +i—· W

so cm-m μ o μ m o o on m o w ® o + ^ 3 M > 3 CMt> 3 CM μ* CM> 3 C-TO »> > CM /----3 O lO 3 .5 ^ otö oS w tü officMom Κ/-ν·3> <·<νο __I fes? ϊν^ s> N2 ί> Β-ο 3 B-S ï> O O M-t * /-* rH *-· 3 S-S — 3 B-S — *H 6-ï ~ 3 + + W H 6-5 M O +03

3 00 O 00 O CO rH CO O CM CO 3 CM CO 3 +J . , O

Γ] ;*+4J-++-u<J-+P4 4+ü Νμμμ® nfllïsi 3++J

m CO CO 3 ¢0 33300 3-^¾¾ Ü +03+03+M> +PQ3 + Ή Ή O 3 + W O 3 rH dCJ3

S ·Η -Η ΜΗ Ή dff'-H0_JrQ030*iH

B ffirHrHSÜrHrHWrHO tÜHH < O 0 > > S ° Ü Ti ij, h j ί 5 <;μ <rf <J+JrH <J H +JW 3 Ü 3 > Ö£> < μ co 3 33 33 W33 33d'-,6'S03!5O ? •I-I CD 6-5 > W 6-5 > W frS ·ιΗ W ION > w 3·ΗΝμ “ .2 9

•pi co H") MH WtO+i W ΙΛ 3 Ö0 CO 1Λ +1 W rQ O M CQ 3 W ^ 3 IA 4H

M ccJCMO 3 CM O 3 CM O 3 nJCM O 3 +3 3 m r-- 3 6 CM O

BS p4n4JI-4»v4Ji-4«'i-HOi—1»'4Ji-)6^^ Ή H « «o O 'H * W

y O M ^dOW fcd O r* ί> ^ O w fci! «+ W O <—· W N O O μ O o W

+t 3 μ cm o <r m o Γ"* P4 790 7 A 40 38

(U

0 μ T3 (U <U ·Η Φ A3 μ 0

0 0 iH

td ta Αί > > OJ o i—i 6 &-« rH 1-1 3

• Φ Cd *H

(O X) 0 rH

00 ·Η Φ cd

S O

m μ m

CM CD CM

·< Φ <N · oöo*s μ σ> φ ö to m oo cu & n

μ w · O

•U ·Η 00 ·» η) Ό οι > 0 _ (U μ Φ 0

Ai cd a) cd m μ vo 0 CN μ oo ο οί <d 0

0 Ή · > *H

(1) t-H 00 <U XI

3 Ό ί ö m co oo i—ι <h • (0,0 dim χ) μ Φ O 0 X) Φ > « 0 (0 *rj >

(0 *H <0 BI

o 4J -P m <u μ cd μ Ή xl ft B *H 0 <u >1 o μ (0 *ri « (0 μ A3 > μ o XJ cd ü (0 o i

M o · cd P

ö Ό ·η μ ö o) (0 w -μ μ o ft (0 μ φ Φ o μ Ai r-i rH μ φ μ Φ 3 Cd >Η α) 31 » μ τ) 0 ι-ι A3 A3 ·η ·η ο ·η > μ cd 3 μ ο 0 S νι <ο μ μ <ϋ ·η ·· Φ |5ο A3 S Φ 0 ft ι-Ι 3 Φ>,«^ φ ft ο cd οο ι—ι 0 ·η μ ο ft > ο cd 0 3 <ο ft cd μ μ φ οο ή φ ,Μ ,Ω Ο cd μ rH ό οο ·μ φ <μ cd cd ο μ οο α= aj > *ΰ μ φ χΐ οο οο μ μ cd Β Φ μ *«η ·ι-ι (0 φ cd < ·μ Φ ·η ·Η > χ) ho χ) Φ μ μ 0 οο φ μ Ai Ai ο ·π 3 3 μ μ μ Ν ·ιΗ μ Μ Φ Φ Φ μ 0 Φ ·η > ί> Μ 3i Ή 3 00

μ μ 0 Φ rH rH

•η Φ 0 ο μ Φ Φ 3 > φ ν φ χ) χ) > Φ 00 0 0 λ ι-Η φ οο cd cd 0 φ μ μ 0 A3 A3 Φ 3 Al ·Η Φ <1-1 0 Ü 3 X) Φ Φ

•μ rt co ·ι-ι 'd XI

μ A3 Φ « ·η A3 A3 0 μ 0 0 <13 <13 ·ι-1 ·γΊ 0) Ό 0) *Π Φ f—{ Qh ·ι-Ι γ—Ι ö ö πΗ 0 Μ γ-I Φ Φ

<3 Ή Ü <1 Η W

\ /-ν \ /"“Ν φ £ Ο πΰ 790 7 4 40 39

De resultaten van de proeven 1 tot 4 laten zien dat er geen groot verschil in de gasvormingseffectiviteit van de beide types aluminiumpoeder gebruikt in de beproefde brijen is. Het verschil in deeltjesgrootte tussen de twee betrekkelijk fijne aluminiumpoeders 5 gebruikt in de beproefde brijen wordt derhalve als van betrekkelijk weinig betekenis beschouwd.

Proef 5 is een proef met een een cementbrij met een hoge waterverhouding. De resultaten van deze proef geven aan dat een hoog watergehalte in de brij het handhaven van de druk niet nadelig 10 beïnvloedt.

De brij die in proef 6 beproefd wordt bevat opper-vlakte-actief middel om geïnjecteerd kooldioxydegas dat wordt gebruikt in plaats van het aluminiummetaal voor gasvorming in een gedispergeerde toestand te stabiliseren en te houden. In de loop van de proef wordt 15 meer dan éën grote fles kooldioxyde met een overdruk van 3,45 MPa geïnjecteerd in de brij voorafgaand aan de aanbrenging, zonder dat een waarneembare volumeverandering waarneembaar is. De druk onderin de brijkolom in de proefcel daalt tot beneden 3,45 MPa in 18 minuten en tot 0,59 MPa in 40 minuten. Hieruit volgt dat het te oplosbaar is 20 in het water in de brij en/of te reactief met de Portland-cement om een effectief gasvormingsmateriaal te vormen dat aan de brij kan worden toegevoegd tentijde van de menging. Opgemerkt moet echter worden dat gebleken is dat bij voormenging van kooldioxyde met cement met een hoog gips gehalte een brij verkregen kan worden die effectief gebruikt 25 kan worden om gas-binnendringing te onderdrukken.

In proef 7 is de gebruikte cement Giment Fondue, hetgeen een niet-Portland-cement is met een hoog gehalte aan tricalcium-aluminaat. In de proef blijft de druk gedurende meer dan 18 uur boven 3,45 MPa.

30 Voorbeeld IX

Een aantal cementbrijen worden aangemaakt onder toepassing van Portland-cement, diverse hardingstijdvertragingstoevoeg-sels en diverse versnellers. De brijen bevatten tevens diverse materialen opgenomen in de brijen teneinde het gasvormingspotentieel ervan 35 te observeren. De brijen worden geplaatst in een proef cel onder een druk van 13,8 MPa. De watermantel die de proefcel omgeeft wordt verwarmd tot 790 7 4 40 * * i 40 diverse temperaturen liggend tussen 60 en 99°C in de loop van de proeven.

Tijdens elke proef wordt de temperatuur binnen de proefcel gemeten met periodieke tussentijden na het onderdruk brengen van de proefcel en het beginnen van opwarmen van het water dat in de 5 watermantel circuleert. Op de tijdstippen van temperatuurmeting wordt het percentage waarmee het volume van de brijen is toegenomen, indien er zo'n toeneming is, gemeten, en deze volumetrische toeneming wordt vervolgens gecorrigeerd voor thermische expansie om het percentage volume-toeneming ten gevolge van gevormd gas te bepalen. Aan het einde van 10 elke proefperiode wordt de comprimeerbaarheid van de beproefde brij gemeten en wordt het percentage gas dat gevormd is als berekend uit deze comprimeerbaarheid bepaald.

De resultaten van deze proeven worden weergegeven in de tabellen F(a) en F(b).

15 7907440 41 O CJ'-iO'vO'COOOOO'i o

Μ ο CM cMOCMCM<4-vOOOOav CM

L » - 1¾ * S ‘n C- n ömiOO— Z-csj NO 3 ^ CM Z B>S |2 w r-ioooooooo

O

>

CO

& S ocovocmvoococoi “ u o — — CM vO r>- VO vO I /-\ *0 0) vo ., 5 P* O CM ~ Z £ m. : ° ° 5 S « g « > w ° Λ « ,_3©o — comr-ooi ω ™ ^ <t <; 1 c 3 - ^ p r t, uco3 — σνΟΓ-^νί-οο djgj ocMcacn<-vo\oo\o

(30¾ o "g O

3 S S r: r?n . a § « ^1^00^0¾° 4-1 om 60 00 cm u rMO 3 co — cm o m cm in 2 CM Ο ·Η t, «*·»·> ·» ·> -cf pj* > go — cm co co co 3 4-1 ho ocnn-mmeMcMvo i p; μ o — — mmOr^^oi o- •d ® _ vo m 6 'β o go — — Pl, O O CM &·« 2 ^ of*— ό r-40000 — vOCO I co 44 3 - o " " JT 1 ο y > — co <r

OCMCTVOOVOCJICMCOCO

C" o OCMCMCOinOOCTvO\<Tv/-x ^ > § o ^ N CM CO Z CM ^ μ ι oo o a «om fr-s __ )¾ njcqg«— o 3 — · m co o co co r-- o — _nW|si— Λ Z r-IOOOMrcnCMCMm — rZI we rvl Ο Λ Λ Λ Λ Λ Λ Ü 04 > Ο ο ο ο ο ο OCM'iOOO'NCOvt _ Ο ocMcMcnininvoeo-i I ο ρ- S " C" g - — Ü CM Ο CM 2_ Ν 10 ό ο ζ — &·? ^ °°Λ r-lOOOOO — — ο Γ ο λ η η ^ > ο ο — ,ο a) a ο ϊ>>

σ\ 4J

n βο d ο α) Ό 5 ο o^mooooo cυ ^ > β-ϊ — cm cn νο σ\ £ 0 a « „o° Ö

g '-w r-l 3 « 3 'd’öS

g Φ nj μ 4J a) B *rj .μ 3 3-3-33 3 'S Sl» μ 4J -3 -μ 3 3 £8-41 3 4-1 3 -rj g W -H 3ê§ 4J o a 6 m g S J g 9- g o ïn « ω μ -£ d ü Ί3 g μ 4-t ω s 3 _*> d J: jj ïl ÖO -r-, g -μ a -3 g ïï -3 03 -Η -H i—I £ S 5 ί ΐ

IW 3 μ ÖO t-4 3 ·Η P O

3 ---i Ζ g 3 44 4J ‘[lm O 6^ 44 M4 μ 3 *H Ή dïï y . 3 44 03 3 3 &Sn p, 3 o μ μ o o g 00 333μ33μ μ « Μ m o q a > > a a ob^ 790 7 4 40 42 o OOOOOOCMCMd

co OCMCMCO<finOOOO

(U 4-4 S 03/-^

p P O

o > P co o CM σ CM 6^S d ^ u m i ft o cm "-I'd m

Π} « O νΟι-ΙΟΟΟΟΟΟΟ·Ημ CM

υ ° ~ > £ §

μ I

41 UvommvooO’— d co t3 ocococOMfinOtJO /n P <U Ί-* ^ .

60 O CO VO S-4

Ml- ft P W o Ό rH Ο ft O <M > ö <1- g I o * fi νοε^ d -ft μ μ CM *r-| · ·>-) Ό CO co o cm -π ι-ιοοοοοοο·.-ιμ co > m o u o d > P3 15 Ö0

μ I

d d O O CM UI CO CO O d 5 -d O^CMCOvOOOCTlÖO /n

►> QJ +j O

CM O “ Γ* ° d i-H Pu Cd '

60 O O ft O >"· 6>S > P O

,—i o - ρ σι · mr^cMO d cm o μ vo -η 1-100----0^1-1¾ > CM ·γ4 o O O — - ·Η (4 d cw > is p d μ l

μα) ft CO CJCMCOOOCMOOCOvO I | I

t3 o O OCMCMCM«d-mvOvO||l /n

Ö0 d iO CM CM O

ö’ O IN μ iH 03 CM

•r4ft-dPftO<NcM — — β|θ4-ιρΡΡΡο 'r' “ d<rcdcdüd|z 21° P 53 13 P *S o d co co o m · o- O b<i P O - - i-* -cf Ό

μ ·Η H CM Ο OOOOOOO-I I

CU > O CO

~ I

pQ pH

^ O U

Pm > d i i—i "μ1 "d ιΛ o* u co i -i i st m oo i i i d μ o r-> Or-iiiooooiii ,ο pq ft .> μ ft O C:

cd i o d μ in O

μ N Μ· μ cd o co o W P cd V "

PO 13 rd O CM

^ CO SM CM <— PO · <* Ή H i—I O IN CM —

O O O I I - - - " I I

> —. MT — co /—s d Ό

H

d P3 o — inooooooo μ -τι t—i cm co o oo σ cm cd ^ — cd /Nd & cd A O ^ o -/Nd r-4 4J p TJ · d cd «id ·η p £3 cd /n p μ w d ·η ·μ μ d υ d Ρ Ρ ,ρβμ μ μ pp μ Ν/ a d 4J d ΒΜ 4-1 ·γ4 Ρ β 4-> Ο ft Ρ β Ρβο ρ ο >> - μ ip ^ ϋ β μ μ μ d - μρ ΟΟ ·η d ft Ό ds 4-1 Ό co ·μ ι-ι β ·ό 2i 3 *γη m φ γΉ Φ ·γ4 £2 *ν>» »3 d ·!-) rD d 4-1 μ ·Η οδ^μιμριμιμ μ co μ · >μ d co d d ftp ftlSdOPOO βω d d d μ d μ μ ο CO C5 Ρ ft ►> ft ft ΟΒ^ 790 7 440 43 v-t o μ •W Cd to cd •H & 0) 00 O ·*“>

t—< *H

> Ji i-l μ ¢0 a) cd > ·

Mr-) Ό •l-J Ο) ·Η

. -r-f T3 <D

μ μ fi .B

ü ^ «1 y 0) Μ ,C 5

·!—) ¢) CQ

te f> ω μ μ t3 g ft μ i-i 6 ω ω fj ceg • ¢3 Ό ·Η ri*i 6 g ω ö tw ·η g j> (β Β ω μ ω ,ώ ω og*

ο οο ω μ S

— <υ ω α- ο οο ό Β ο ö ö ω ω ω ω Β > Ό Β Ό ω ·μ . ® 6* Β μ μ μ Β £β ω

ω ω ω — > S

Ü rj (U ω •η » ω οο ω Β Β cm ω τ-ι ·η cd ι-ι ω Μ > ο 6 Ό .. ω ·· cd μ μ μ μ ^ ο ω μ οο · μ οο S ·μ r-C ^ Ο i-l — &"ϊ ft 3 ο ω ο ο ω > &ομ>(3 <μ > *9 οο ω Β w ο ca λ μ ω γη σ» β r-c μ μ ο nj ω cd ω ω ο ω .« co μ μ > μ (3 μ _ ö cd ω , g •r"3 ω Β *ι—1 3 3 y Ό •μ ό ω ·η ω Ν <Ι) ,Ω Ν frS S>S 3Μ Ο ,Ω μ ι-ι d pi ui ·ι-) νο οο cd cd ιι μ ^ 3 ή *ί <ί ft .

1—ι α> ¢3 μ ι-ι i-J 5 Τ3 ✓—,1 (β'ΰΉΜ,α «ω Γ Jï 9* ft ,αι -μ ω ν ω μ μ μ ό β ω μ ο ·ι—ι co ö οο ω ω ω &ιΐ αίο,0μωωωω*μμ!-ι I μ^-ιηΓ-ιρ,δΟίβ'βω

ei cdfi*rio!^<u!>a)cncdB

<υ ι ρ.μιμφμαωοοο,ηα) ι Ν Ό Ο Β Μ /~,ι ω cd ω ρ3 μ « ·η ω ω d μ C μ ω μ co οο ό ω wi ,ϋ ·π μ ω ΐΐ ω ω ω cd Β ϋ,ι ·Η ·Η κ _ ·η W ·η Μ μ ω Μ ι μΜ-ιωΒΒΜιμΜμ^Β

Cl μ (βμ(βμ(βμωοο 031 _Q π ιι κ* ,ο ι—ι ω ι—ι ω ι—ι hi φ ω w > W > Β ΗΙ Μ « Ν 6< Μ Ο ω ι ιι ιι ιι μ *μ ,αιωΒΒοω _ ·η ο ed|ONS!(TiQC=i CS 0> μι „ I /-V Ο Ο ωι cd rQ ω ό ω Ό1 •1-4

•1-U

,ΟΙ ΒΙ ωι μι οι ΒΙ μι ωι οι >ι 790 7 4 40 44

Voorbeeld X

Diverse van de materialen beproefd op hun gas-vormingseigenschap bij 13,8 MPa, als aangegeven in voorbeeld IX, worden ook beproefd bij atmosferische druk en een constante badtemperatuur 5 van 60°C. In deze proeven wordt elke brij aangemaakt onder toepassing van API Klasse H cement die 46 gew.% water en 1 gew.% van een in de handel verkrijgbaar vloeistofverliestoevoegsel bevat. De proeven worden uitgevoerd in een rechtstreekse gasverdringingsinrichting waarbij 2,54 cm water tegendruk wordt toegepast. Diverse hoeveelheden en typen van 10 versnellertoevoegsels worden selectief toegevoegd aan de diverse brijen.

Op periodieke tussentijden tijdens de proef wordt de hoeveelheid gas die gevormd is bepaald. De hoeveelheden gevormd en gemeten gas, uitgedrukt in standaard kubieke meter gas per kubieke meter beproefde brij, worden weergegeven in tabel G.

15 790 7440 45 i^. in η ο νο I i co

jsp λ λ Λ ft Λ I I

lo o — cm cn <r vo r— η

° ] ui — I". -3- 1 I 1 CO

«col «'•‘•'‘III O

Μ Ο Ο O — — co e* 5 >

OJ — — — — I I I P

Ο Λ Λ Λ Λ I I I Z

frCM o o o o o o ^ , 00 00 00 1 1 I “> •r4 «««111 " iW — oooooo °

ai S

m l — cm co σ\ ι i <r m ©I « « « « i i ** ^ I oooooo σ> 3 5 <| Ο 0 -n ·

co — cm co 6-s H

m Min ««•‘•'•'PPP ™ -¾ οι ooo — — ~ <u <u <u cm p U S W 4J +j „ a « J! « 2 11 Si <u — cOMsr^r^oo £ S £ 00 OOOOOOÖOÖOÖO ö S ” ^ w u n

(Ua — Γ-'Γ-^Γ-'Ρ'Γ^ α) Φ <ϋ H N

Wl Ü Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ «fi ·Η Ή Ο .

β Μ οοοοοοζΖΖ « g ° 9 ° Μ 4 Ό Ν θ' ^ θ' ® ^ 5 COÜO Λ Λ Λ Λ Λ Λ Λ ·Η

g ·Η ΟΟΟΟΟΟΟ CM W

W Ν II I

1 co Ρ § <u ,3 vo cm m m ιλ I I ®* QUO «««««II CO 00 > oooooo o^ c ο β w £ ^0) — vO U1 O' CO -3- I Γ— CM Λ

__1 Q, λ λ Λ Λ Λ Λ I Λ JO

φ ο Ο — — CM <t <f Ζ *£j 3 CO? ^ “

Cj β tsP ^ :¾ — coin-3-covoi — β — ·Γ> ν-χ inco λΛΛ^λλ] λ(1) ·γ1 Γ-! Ο — CMCO-3-ιΛ C0-U II u so g cm β § N CO - co 3 I I I OJ *} —I«CM « « « « « I I I ÖJD ** 05-1 oo--- £ Ό 35 3 1 g· β <D -rj z u 60 O C0CM01-3-O00IIZ J, ,—« Λ *V Λ Λ Λ Λ J I 8S ·+Τ r^| OCMCMvOf^r^ ,2 1 60 CO T3 g S — 3 O' O' 51 O' Φ I II 2 ^ o ft ft ft ft ft ft ft I 2 <u OOOOOOO ® u β « u « <, β t> S 0) i—4 1—* ^ j-r-i — moooouioo aj

a) — CM CO vD I" CM 00 P O

a — o w I

5 S . ” g o ^

•Η > -Η > Z

eg β <u B B J) N -Π e *rl Sit S' β 2 TJ 00 m

2 ,P •'-I HUM

g r-4 ^v *r4 » 11 ft i-i <1> P 4-1 _ *f O (U m O ‘A m > > CU β _ Μ P ΌΙ Ο O 'o ο ο ο m ^sj m O — o p4 790 7 4 40 46

NS 3 O

• r-i «

•H <N

H-l ·> 00 O O O O O

o m m in m in i i

M r-< O ·>·>·>·»·»" I I

QJO O O O O O O I I

φ μ N NI NS r£ σι co m ai •>2 -4- <!· <i- <1- <J- <t- o o> ·ί <f <f <t "J l i

Λ O O ΛΛΛΛΛΛί I

NtN I

.1-1 u I •H 3 O M O —

Al CU I Ό Ai m e CU Ή

CU N M <N 00 Ά> A> <N

öo cu i co m vo σι m I i rtÖ'ÖOI » ® » * * I |

(U-r-iCU IOOOO—I I

Μ "H O O h ft 00 3

O NS /'—N CsJ

CO O

S * V—✓ *—«

Q) A

S co

3 ι-H

r—r a> oo <n co on cn cn l l

O OM O * * " * * * 1 I

> p O — — I I

t—I O

CU M Ai

rO <U I

3 Pu CN

p sa

\ CO

3 co_ 3

3 Ë U

> cn 00 rH «

o S

> 3 M i—i

<u O

> > ns CD — 3 — · 00 » <u T3 t3 ·ό S Λ ·Η

MM N

OQ) — (ΝΓ^Ν-'ΐιΝΙ'^· 'd O Λ #\ f\ C\ Λ Λ ] n Cö α) α) ο — Ni co vo co ι σ\ >-) Ο Ο A3 α.

3 φ ο 00 Μ Ο > Α Μ Φ CU ·Μ + ,Ρ — ΙΠΟΟΟΟΙΛΟ Ν πΗ - Μ Λ Ό Ν Ν Ρ 3 —Ο Ο co 3 ΤΙ Μ 3 (U 3 β > t Ί3 Τ3 ·Η « 3 <υ τ) 51 3 -ei S ιΡ /—\ ·Η Μ <U 3 Ρ Ο (U >Ρ > > ω cu Μ 0 3 0 3 Ο Ο Μ Ο γ3 Ο ΡΜ 790 7 4 40 47

De gegevens in de tabellen F(a), F(b)' en G laten zien dat een aantal types chemicaliën kan worden gebruikt voor het in situ vormen van gas, afhankelijk van de druk die wordt aangelegd op de brij op de plaats van aanbrenging in de boorput. Sommige van de be-5 proefde materialen doen het niet goed als gasvormende middelen bij een drukniveau van 13,8 MPa, maar geven aanzienlijke hoeveelheden gas bij atmosferische druk.

Voorbeeld XI

Bij ontwifckelingsveldproeven volgens de uitvin-10 ding worden tussentijdse huizen in twee offshore-boorputten in de golf van Mexico gecementeerd volgens de uitvinding. Bij pogingen zes andere boorputten vanaf hetzelfde platform te voltooien vindt gaslekkage of -binnendringing plaats na het cementeren met een conventionele cement waarin geen gas is gedispergeerd.

15 In een van de ontwikkelingsveldproeven is het aan gebrachte huis 24,4 cm in diameter, en de totale vertikale diepte van de boorput is 1525 meter met een bodemgatcirculatietemperatuur (BHCT) van 32°C.

De gebruikte cementbrijsamenstelling wordt ver-20 kregen door mengen van API Klasse H cement met 48 gew.% vers water, 0,75 gew.% van een in de handel verkrijgbaar vloeistofverliestoevoegsels, 0,4 gew.% van een in de handel verkrijgbaar wrijvingsverminderend middel/dispergeermiddel, 2,0 gew.% calciumchloride, 0,2 gew.% van een in de handel verkrijgbaar gemodificeerd lignosulfonaat-vertragingsmiddel 25 en 0,27 gew.% aluminiumpoeder. Voorafgaand aan menging met de cement wordt het aluminium gemengd met voldoende ethyleenglycol dat een kleine hoeveelheid van een in de handel verkrijgbaar oppervlakte-actief middel bevat ter verschaffing van een totaal volume van 17 liter dat 4,54 kg aluminiumpoeder bevat. Het type aluminiumpoeder dat gebruikt wordt is dat 30 aangegeven als type B in tabel B.

13 vaten water worden gepompt met de eerste plug en het mengen van de cement wordt begonnen. De bovenste plug wordt neergelaten om 11.45 uur en is op de bodem om 12.45 uur. Bij het aanmaken van de cement worden ongeveer 1600 zakken cement gemengd met 200 vaten 35 vers water die de alkoholdrager en het aluminiummetaal bevatten ter verschaffing van de aangegeven concentratie van aluminium in de cement.

79074 40 * r 48

De brij mengt zonder problemen en er worden geen hoge viscositeiten waargenomen.

De gehele cementering is succesvol en er is geen gas stroming naar het oppervlak via de met cement gevulde annulaire 5 ruimte in deze boorput.

In de tweede boorput, waarin een tussentijds huis wordt gecementeerd onder topassmg van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de bovenkant van de cement gebracht tot een gemeten diepte van 1122 meter, terwijl de onderkant van het huis zich op een gemeten 10 diepte van 2440 meter bevindt. Bij het cementeren van deze boorput worden 1600 zakken API Klasse H cement gebruikt. De cementeerbrij bevat 1 gew.% van een in de handel verkrijgbaar vloeistofverliestoevoegsel, 2 gew.% calciumchloride, 0,25 % van een in de handel verkrijgbare ontluchtingsverbinding ter vermindering van de aanvankelijke lucht-15 meevoering in de cement, en 0,25 gew.% fijn aluminiumpoeder. Het water wordt toegevoerd aan de cement en andere droge toevoegsels in een hoeveelheid ter verschaffing van cement met een dichtheid van 1,86 kg per liter.

Het gewicht van de modder verdrongen door de 20 cement bij de cementeeroperatie is 1,58 kg per liter. Na voltooiing van de aanbrenging van de cement wordt de huiszitting beproefd en in staat bevonden het equivalent van een 2,12 kg per liter modder te houden.

Dit geeft een uitstekende binding en afsluiting van de cement aan het huis en aan de formatie aan. Geen verloren circulatie wordt waarge-25 nomen en er wordt geen gasstroom naar het oppervlak waargenomen, zelfs na langdurige observatie-periode.

In een derde boorput, geboord vanaf hetzelfde offshore-platform als dat gebruikt bij het boren van de twee boorputten die werden voltooid als hierboven beschreven door de werkwijze volgens 30 de uitvinding, wordt een tussengelegen huis gecementeerd, waarbij de bovenkant van de cement gesitueerd is op een gemeten diepte van 1052 meter en de onderkant van het huis zich op een gemeten diepte van 2560 meter bevindt. Bij het cementeren van dit tussengelegen huis worden 1826 zakken cement, verkregen uit een 50/50-mengsel van pozzolan-cement 35 en API Klasse H cement gebruikt. De waterige brij bevat verder 10 gew.% zout, 0,75 gew.% van een in de handel verkrijgbaar wrijvingsverminde- 79074 40 * ~ 49 ringsmiddel en zeewater gemengd met de droge componenten ter verschaffing van een brijdichtheid van 1,74 kg per liter.

Na aanbrenging van deze vulcement wordt het vulmateriaal vastgezet met een cement gevormd door 986 zakken API Klasse H 5 cement gemengd met zeewater ter verschaffing van een brijdichtheid van 1,92 kg per liter. Deze brij bevat 10 gew.% zout en 0,75 gew.% van een in de handel verkrijgbaar wrijvingverminderend middel.

Het gewicht van de modder verdrongen bij het cementeren is 1,58 kg per liter. Voorafgaand aan het aanbrengen van de cement 10 wordt de boorput gecirculeerd totdat de modder vrij is van gas. Na het cementeren van de boorput wordt waargenomen dat gas aan het oppervlak begint te verschijnen 1 uur en 30 minuten na het voltooien van de cementaanbrenging.

In een andere boorput, geboord vanaf hetzelfde 15 platform, worden 1300 zakken van dezelfde pozzolan/API Klasse H cement als hierboven aangegeven aangebracht in de annulaire ruimte voor het cementeren van een tussengelegen huis dat zich uitstrekt vanaf een gemeten diepte van 2340 meter. De vulcement wordt gevolgd door 500 zakken vast-zettingscement. De vastzettingscement is API Klasse H cement gemengd met 20 zeewater ter verschaffing van een brijdichtheid van 1,92 kg per liter.

De door de cement verdrongen modder, welke aanvankelijk wordt gecirculeerd totdat de terugkerende modder vrij is van gas, heeft een dichtheid van 1,57 kg per liter. Na voltooiing van de cementaanbrenging blijft de boorput dood gedurende 12 uren en er wordt geen verloren circulatie 25 waargenomen. Het huis wordt getest tot 34,5 MP a en tot een modderge-wicht van 1,57 kg per liter voor het uitboren. 140 uur na voltooiing van het cementeren wordt gas waargenomen aan het oppervlak na te zijn gepasseerd door de gecementeerde zone in de annulaire ruimte.

In twee andere boorputten, geboord vanaf hetzelfde 30 platform worden pogingen gedaan om tussengelegen huizen te cementeren onder toepassing van conventionele zeewater-cement-brijen met een dichtheid van 1,87 kg perliter die geen gasvormend materiaal bevatten. In het geval van een van de boorputten wordt gasstroming naar het oppervlak waargenomen via de annulaire ruimte 1 uur nadat de cementeerplug is 35 aangestoten. In de tweede boorput stroomt gas naar het oppervlak 35 minuten na het tijdstip dat de cementering is voltooid en de plug aange- 790 7 4 40 * f 50 stoten.

Ofschoon de bovenstaande beschrijving van de uitvinding heeft gehandeld over bepaalde voorkeur verdienende cement-materialen, met inbegrip van bepaalde voorkeur verdienende gasvormende 5 componenten voor gebruik in zulke materialen, is het duidelijk dat variaties in zowel de samenstelling van de cementen, binnen de beschreven brede grenzen, alsmede in de stappen uitgevoerd bij het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding, mogelijk zijn zonder af te wijken van de basisprincipes die aan de uitviding ten grondslag liggen.

10 Veranderingen in gebruikte materialen en gevolgde stappen welke van dit type zijn worden derhalve geacht als zijnde binnen het kader van de uitvinding.

15 79074 40

Claims (55)

1. Werkwijze voor het aaribrengen van hydraulische cementbrij in een onderaardse zone en het laten harden van de cementbrij, waarbij een deel van de zone is blootgesteld aan gasdruk in de 5 aarde die aan de zone grenst, met het kenmerk, dat men in de cementbrij een gas druk-ver schaf fend middel opneemt om op te wegen tegen de gasdruk grenzend aan de zone tijdens de overgang van de brij naar een vaste toestand.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, 10 dat het gasdrukverschaffende middel bestaat uit ten hoogste ongeveer 50 vol.% ingesloten gas in de cementbrij.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het gas wordt ingesloten in de cementbrij door toevoeging van lucht, zuurstof, stikstof, een koolwaterstofgas, een edelgas en/of een gasvor- 15 mend middel aan de cementbrij.

4. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het gas wordt ingesloten in de cementbrij door toevoeging van een gasvormend middel, dat een reactief chemisch middel omvat dat reageert in de cementbrij onder vorming van het gas.

5. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het gas wordt ingesloten in de cementbrij door toevoeging van een gasvormend middel dat een of meer van de volgende reactieve metalen omvat: aluminium, natrium, lithium, magnesium, calcium en zink.

6. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, 25 dat het gasvormende middel een materiaal bevat gekozen uit reactiever- tragende en reactieversnellende middelen.

7. Werkwijze voor het primair cementeren in de annulaire ruimte tussen een boorputhuis en een boorputwand, met het kenmerk, dat men in de annulaire ruimte een kolom van cementbrij aan- 3 3 30 brengt die tenminste 0,1 Sm gas per m cementbrij bevat op een tijdstip voorafgaand aan de aanvankelijke harding van de brij; en voldoende gas in de brij handhaaft om aanzienlijke vermindering in de aanvankelijke hydrostatische druk in de brijkolom te voorkomen tot na harding van de brij.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het gas in situ wordt gevormd in de cementbrij nadat de brij eerst in de annulaire ruimte is aangebracht. 790 74 4U J

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het gas waterstof is.

10. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de werkwijze tevens omvat het opnemen van het gas in de brij door 5 menging van het gas met de andere cement componenten voorafgaand aan het aanbrengen van de brij in de annulaire ruimte.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het gas stikstof is.

12. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, 10 dat de hoeveelheid gas die in de cementbrij aanwezig is ongeveer 0,1 tot ongeveer 50 vol.% van de brij bedraagt na aanbrenging van de brij in de annulaire ruimte.

13. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het gas in situ wordt gevormd door menging van deeltjesvormig alu- 15 minium in een hoeveelheid van ongeveer 0,02 tot ongeveer 5,0 gew.% van de droge cement in de brij voorafgaand aan het aanbrengen van de brg in de annulaire ruimte.

14. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het gas wordt gevormd in situ in de brij in de aangegeven hoeveel- 20 heid niet later dan een half uur voor de aanvankelijke harding van de cement.

15. Werkwijze volgens conclusie 14,. met het kenmerk, dat de werkwijze tevens omvat het opnemen van een vloeistofverliesmate-riaal in de brij om aanzienlijke vermindering in de aanvankelijke hydro- 25 statische druk in de brijkolom te helpen voorkomen.

16. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, een dat het vloeistofverlxesmateriaal een mengsel van cellulosederivaat en een gepolymeriseerd aromatisch sulfonaat is.

17. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, 30 dat de werkwijze tevens omvat het voorkomen van voortijdige gelering van de brij in de annulaire ruimte voorafgaand aan de gewenste aanvankelijke hardingstijd van de brij door opneming daarin van een effectieve hoeveelheid van een of meer alkalimetaalhalogeniden en/of aardalkalimetaal chloriden.

18. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat calciumchloride wordt opgenomen. 79 0 7 4 40 .* S >

19. Werkwijze volgens conclusie 8, mét het kenmerk, dat het gas in situ wordt gevormd door in de brij voorafgaand aan de aanbrenging ongeveer 0,02 tot ongeveer 5,0 gew.% betrokken op het gewicht van het droge cement van een materiaal te dispergeren dat gekozen 5 is uit CaC^j ZrOC^, ZrCl^, Ca^lS^, KBH^ en metalen die waterstof vrijmaken in een waterige alkalische oplossing volgens de EMF-reeks, en mengsels daarvan.

20. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het gas in situ wordt gevormd door in de brij voorafgaand aan de 10 aanbrenging een effectieve hoeveelheid van een of meer van de metalen aluminium, calcium, zink en magnesium te dispergeren.

21. Werkwijze voor het doen toenemen van het buis-en formatie-bindende vermogen van een olieboorputcement die een vloei- stofverliestoevoegsel bevat en gelijktijdig verminderen van de onderhe-15 vigheid van de cement aan binnendringing van omgevend gas, met het kenmerk, dat men een gas dispergeert in de olieboorputcementbrij voorafgaand aan de aanvankelijke harding in een hoeveelheid die de comprimeer-baarheid van de brij met tenminste 25 % verhoogt ten opzichte van de comprimeerbaarheid van de brij zonder het daarin gedispergeerde gas.

22. Werkwijze voor het voorkomen van gaslekkage in de annulaire ruimte tussen het huis en het boorgat van een boorput waaruit olie of gas of een mengsel van beide wordt geproduceerd via het huis, waarbij zulke lekkage anders zou optreden uit een aangrenzende gas houdende formatie, met het kenmerk, dat men een cementbrij aanbrengt 25 in de annulaire ruimte tegen de gashoudende formatie en een gas/Iisper-geert in de brij voorafgaand aan het harden van de brij in een zodanige hoeveelheid en met een zodanige snelheid dat de poriëndruk van de brij tegenover de gashoudende formatie hoger zal blijven dan de formatiedruk van het gas in de gashoudende formatie totdat aanvankelijke harding van 30 de cement heeft plaats gevonden.

23. Werkwijze voor het voorkomen van gaslekkage in de annulaire ruimte tussen het huis en het boorgat van een oliéboor-put vanuit een aangrenzende gashoudende formatie, met het kenmerk, dat men een cementbrij aanbrengt in de annulaire ruimte tegenover de gas-35 houdende formatie; en een gas vormt in de brij in een hoeveelheid en met een snelheid zodanig dat, voorafgaand aan het tijdstip dat de brij 790 74 40 * o hardt tot een geharde toestand, de afneming in de poriëndruk onderin het gat van de cementbrij, op een punt grenzend aan elke gasformatie die tot gasproduktie in staat is, in vergelijking met de aanvankelijke hydrostatische druk van de brij op dat punt, minder is dan het verschil tus-5 sen deze aanvankelijke hydrostatische druk en de reservoirdruk van de gashoudende formatie voorafgaand aan het tijdstip dat de brij hardt tot een geharde toestand.

24. Werkwijze volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat het gas in de brij wordt gevormd door in de brij bij het mengen en 10 voorafgaand aan het aanbrengen een materiaal op te nemen dat gekozen is uit gassen, vloeistoffen die gasvormig worden bij de temperatuur op de plaats waar de brij wordt aangebracht en chemicaliën die binnen de brij reageren ter verschaffing van een gas.

25 Portland-cementen, pozzolan-cementen, gips-cementen en cementen met een hoog aluminiumoxyde-gehalte.

25. Werkwijze volgens conclusie 23, met het kenmerk, 15 dat het gas in de brij wordt gevormd door in de brij op het tijdstip van menging en voorafgaand aan de aanbrenging ongeveer 0,02 tot ongeveer 5,0 gew.% deeltjesvormig aluminium, betrokken op het gewicht van de droge cement, op te nemen.

26. Werkwijze volgens conclusie 23, met het kenmerk, 20 dat de hoeveelheid gas voldoende is om de comprimeerbaarheid van de cementbrij te verhogen met een hoeveelheid welke tenminste 25 % hoger is dan de comprimeerbaarheid van de brij zonder het gas daarin.

27. Werkwijze volgens conclusie 26, met het kenmerk, dat het gas wordt gevormd in de brij door daarin een metaal op te 25 nemen dat reactief is met tenminste een van de componenten van de cementbrij onder vorming van waterstofgas.

28. Cementmateriaal voor het afsluiten van een zone met een gedeelte dat onder druk gebracht wordt door een aangrenzende gasbron, met het kenmerk, dat het een waterige hydraulische cement, een 30 gasvormend middel en een vloeistofverliesbeheersingsmiddel omvat.

29. Cementmateriaal volgens conclusie 28, met het kenmerk, dat de hoeveelheid van het vloeistofverliesbeheersingsmiddel tenminste 0,05 gew.% is, betrokken op de droge cement, en dat het een chemische vloeistofverliestoevoegselverbinding is.

30. Cementmateriaal volgens conclusie 28, met het kenmerk, dat het gasvormende middel is gekozen uit deeltjes vormige me- 790 7 4 40 * ff talen die waterstofgas vormen bij reactie met de waterige hydraulische cement, calciumaitride, zirconylchloride, zirconiumtetrachloride, cal-ciumcarbide en kaliumboorhydride of mengsels daarvan.

31. Cementmateriaal volgens conekisie 30, met het 5 kenmerk, dat het gasvormende middel kaliumboorhydride is.

32. Cementmateriaal volgens conclusie 28, met het kenmerk, dat het vloeistofverliesbéheersingsmiddel een toevoegsel omvat dat verenigbaar is met het gasvormende middel en de waterige hydraulische cement en effect is om de hoeveelheid vloeistof die uit het cement- 10 materiaal verloren gaat terwijl het in zijn afsluitende positie is en voorafgaand aan harding met tenminste 25 % te verminderen in vergelijking met de vloeistof die verloren gaat wanneer het materiaal niet het genoemde vloeistofverliesbeheersingsmiddel bevat.

33. Hydraulisch cement-gas-plaatsingsmiddel, 15 met het kenmerk, dat het een vloeibare dispersie van een chemisch middel dat reageert in de hydraulische cement onder vorming van een met de cement verenigbaar gas onder cementeeromstandigheden onder het oppervlak van temperaturen hoger dan de aan het oppervlak heersende omgevingstemperatuur en drukken hoger dan atmosferische druk; en middelen voor het 20 verminderen van waterafscheiding uit de dispersie op de ondergrondse cemenfceerplaats waar de genoemde cementeeromstandigheden onder het oppervlak heersen, met een hoeveelheid van tenminste 25 % in vergelijking met het waterverlies dat plaats vindt wanneer het waterafscheidingverminde-rende middel wordt weggelaten uit het plaatsingsmiddel, omvat.

34. Hydraulische cement/gasvormend middel volgens conclusie 33, met het kenmerk, dat de vloeibare dispersie ëën of meer reactiesnelheidregelende middelen bevat.

35. Hydraulisch cementbrijmateriaal voor een olie-boorput van het type dat hydraulische cement en water bevat, met het 30 kenmerk, dat in de cement een gestabiliseerd gas wordt opgenomen in een hoeveelheid equivalent aan tenminste 0,1 vol.% van het totale volume van de brij en ongeveer 0,05 tot 3,0 gew.% van een vloeistofverliestoevoeg-sel, betrokken op het gewicht van de droge cement, welk volumepercentage is gebaseerd op het totale brijvolume wanneer de cement op zijn plaats is 35 in de boorput.

36. Cementbrij volgens conclusie 35, net het ken- 790 7 4 40 ·* c merk, dat het gas waterstof is.

37. Cementbrij volgens conclusie 35, met het kenmerk, dat het gas stikstof is.

38. Cementbrij volgens conclusie 35, met het ken-5 merk, dat het gas zuurstof is.

39. Cementbrij volgens conclusie 35, met het kenmerk, dat het gas een koolwaterstof met een laag molecuul gewicht is.

40. Gashoudend boorputcementeermateriaal, met het kenmerk, dat het de volgende componenten omvat: 10 een hydraulische cement; water in een hoeveelheid van ongeveer 20 tot ongeveer 135 gew.% van de droge hydraulische cement; een vloeistof ver lies toevoegsel in een hoeveelheid van ongeveer 0,05 tot ongeveer 3,0 gew.% van de droge cement; 15 een versnellend, gelering voorkomend materiaal in een hoeveelheid van ongeveer 0,1 tot 10 gew.% van de droge cement; en ongeveer 0,1 tot ongeveer 50 vol.% van een gas dat gedispergeerd wordt in het materiaal en verenigbaar is met de overige componenten van het materiaal.

41. Gashoudend boorputcementeermateriaal volgens conclusie 40, met het kenmerk, dat het gelering voorkomende materiaal calciumchloride is.

42. Gashoudend boorputcementeermateriaal volgens conclusie 40, met het kenmerk, dat de hydraulische cement is gekozen uit

43. Gashoudend boorputcementeermateriaal volgens conclusie 42, met het kenmerk, dat de hydraulische cement Portland-cement is.

44. Gashoudend boorputcementeermateriaal volgens conclusie 43, met het kenmerk, dat de Portland-cement een cement van het type gedefinieerd door API specificatie 10-A is.

45. Gashoudend boorputcementeermateriaal volgens conclusie 40, met het kenmerk, dat het vloeistofverliestoevoegsel een 35 gemodificeerd polysaccharide, een gepolymeriseerd aromatisch sulfonaat of een mengsel daarvan is. 79074 40

46. Gashoudend boorputcementeermateriaal volgens conclusie 40, met het kenmerk, dat het gas waterstof is.

47. Gashoudend boorputcementeermateriaal volgens conclusie 46, met het kenmerk, dat de hydraulische cement Portland- 5 cement is.

48. Gashoudend boorputcementeermateriaal volgens conclusie 47, met het kenmerk, dat het gelering voorkomende materiaal een alkalimetaalhalogenide en/of een aardalkalimetaalhalogenide is.

49. Gashoudend boorputcementeermateriaal volgens 10 conclusie 48, met het kenmerk, dat het gelering voorkomende materiaal calciumchloride is.

50. Cementmateriaal ,met het kenmerk, dat het de volgende componenten omvat: een hydraulische cement; 15 tenminste 0,1 vol.% van een gas gedispergeerd in het materiaal; ongeveer 25 tot ongeveer 135 gew.%, betrokken op het gewicht aan cement, water; en een vloeistofverliestoevoegsel in een hoeveelheid 20 die voldoende is om verlies door een 325 mesh zeef van meer dan 1000 ml vloeistof in 30 minuten in een vloeistofverliesproef van het cementmateriaal uit-gevoerd bij 6,9 MPa en een temperatuur van 38°C in overeenstemming met standaard API vloeistofverliestestprocedures te voorkomen.

51. Cementmateriaal voor het cementeren van een olie- en gas-boorput, met het kenmerk, dat het de volgende componenten omvat: een hydraulische cement; water in een hoeveelheid van ongeveer 35 tot onge-30 veer 50 gew.% van de cement; een vloeistofverliestoevoegsel in een hoeveelheid van ongeveer 0,5 tot ongeveer 2,0 gew.% van de droge cement; en aluminiumpoeder in een hoeveelheid van ongeveer 0,1 tot ongeveer 5,0 gew.% van de cement.

52. Olieboorputcement van het type dat een hydrau lische cement, water en tenminste 0,05 gew.% van een vloeistofverlies- 790 74 40 * < toevoegsel, betrokken op de cement, bevat, met het kenmerk,· dat een effectief, stabiel volume van gedispergeerd gas wordt opgenomen dat samenwerkt met het vloeistofverliestoevoegsel in het voorkomen van de binnen-dringing van omgevend formatiegas op een aanbrengingsplaats van de ver-5 beterde cement in een boorputboring.

53. Ondergronds vloeistofgeleidingssysteem van het type dat een boorputboorgat, een huis in het boorgat met daartussen een annulaire ruimte, en een waterhoudende cementbrij in tenminste een gedeelte van de annulaire ruimte, omvat, met het kenmerk, dat in de brij 10 middelen gedispergeerd zijn om de hoeveelheid die . in de aarde rond het rondgat zal filtreren vanuit de brij met tenminste 25 % verminderen; en een gas dat niet reactief is met de brij dispergeert in de brij in een hoeveelheid die tenminste 0,1 vol.% van het totale volume van de brij bedraagt.

54. Werkwijze voor het voorkomen dat gas binnen dringt in een boorputboring die het huis omgeeft vanuit een onderaardse formatie, waarbij men modder vanaf de bodem van de boorput circuleert naar het oppervlak via de annulaire ruimte die het huis omgeeft en vervolgens modder uit de annulaire ruimte verdringt met een cementbrij tot 20 een voldoende hoogte in de annulaire ruimte om in de brij op de plaats waar deze zich tegenover de genoemde onderaardse formatie bevindt een hydrostatische druk te ontwikkelen die aanzienlijk hoger is dan de druk van het gas in de formatie dat moet worden tegengehouden om niet in de boorput te kunnen binnendringen; met het kenmerk, dat men in de cement-25 brij bij of na de aanvankelijke menging van de brij en minstens een half uur voor de aanvankelijke harding van de brij voldoende gedispergeerd stabiel gas dispergeert om de compriméerbaarheid van de cementbrij op de plaats van aanbrenging op tijdstippen tot aan een half uur voor de aanvankelijke harding met tenminste 25 % te verhogen ten opzichte van 30 de comprimeerbaarheid voorafgaand aan het dispergeren van het gas.

55. Werkwijzen en materialen in hoofdzaak zoals beschreven in de beschrijving en/of de voorbedden. 35 790 7 4 40