NO760636L - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for fremstilling

av et vannuoppløselig fast ma-

teriale fra et ukonsolidert

materiale.

Foreliggende oppfinnelse angår konstruksjon av jord-vqllsystemer, og mer spesielt et system hvor der benyttes ukonsolidert materiale for oppføring av et jordvollsystem.

Under oppføring av visse jordvollsystemer oppstår problemer på grunn av at de anvendte materialer for oppføring

av vollene har en tendens til å gli fra hverandre og ned i det tilstøtende vann. I visse tilfeller inneholder materialene som kan anvendes ved oppføring av jordvollene kjemikalier som kan være skadelige for omgivelsene. Under slike forhold er det vesentlig at kjemikaliene ikke vaskes ut av jordvollene. I andre tilfeller har materialet som'er tilgjengelig for oppføring av jordvollene kolloidal størrelse, hvilket kan føre til forurensning av nærliggende vann ved at materiale vandrer til vannet og holdes i suspensjon i vannet. Vandring av jordvollmaterialer er i seg selv ødeleggende for vollsystemets konstruksjon. Dette forhold forverres dersom vollene påvirkes av bølger og andre vannbevegelser såsom tidevann og strømninger.

Der foreligger et klart behov for en fremgangsmåte

for konsolidering av uhensiktsmessig fast materiale til et materiale som kan benyttes ved oppføring av jordvoller, slik at det ukonsoliderte materiale kan benyttes ved oppføring av jordvoller. Det konsoliderte materiale bør være innrettet til å innarbeides med fast materiale uten utvasking av kjemikalier i det originale materiale til fritt vann i grunnen, og bør ikke brytes ned til kolloidal størrelse som forurenser vannet ved suspensjon i dette.

US patent nr. 3 .842 607 angår en fremgangsmåte for konstruksjon eller oppføring av arktiske øyer. Kunstige permafrost-øyer oppføres i arktiske sjøområder for å danne offshore-baser fra hvilke olje- og gassbrønner kan bores. Sand og grus opphentes fra sjøbunnen og plaseres på et annet sted hvor en øy er ønsket. Opp-hentingen og plaseringen av sand og grus fortsettes inntil en pas sende form og høyde på øyen er oppnådd. Deretter avsettes bunn-slam fra sjøvannet på ansamlingen av sand og grus. Et tyknings-middel, f.eks. et geldannende middel, er tilsatt slammet for å bevirke konsolidering av ingrediensene slik at de ikke strømmer tilbake til sjøen etter at slammet er avsatt på øyen. Eksempler på geldannende midler er natrium og kalsium og silikater, visse polysakkaridharpikser såsom xantanharpiks og visse proteiner såsom gelatin. vannet i det fortykkede slam fryser så på grunn av de lave temperaturer i omgivelsene, slik at øyen omdannes til en permafrost-konstruksjon som kan virke som en fast plattform for en borerigg, materialer, utstyr, bygninger, lagringsvarer etc.

I US patent nr. 3 312 070 er vist en fremgangsmåte for tørrlegging eller gjenvinning av grunnområder. Oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte for dannelse av tørrlagt grunn ved bruk av koagulerende overflateaktive midler, som blandes med jordpartiklene som inneholder leveringsvannet, hvilket medfører at der avsettes et ensartet jordfyllmateriale.

Jordpartikler som anvendes til fyllmateriale utgjøres av forskjellige typer og størrelser. Disse defineres vanligvis som leire som er finere enn 5 mikrometer, slam som er mellom ca.

5 mikrometer og 50 mikrometer, og sand som ansees å ha en korn-diameter på mellom 50mikrometer og 2 mm. Andre bestanddeler i det faste(fyllmateriale kan være større partikler såsom grus, små-sten, rullesten etc, eller stadig finere partikler i det kolloidale størrelsesområde. Når vann som fører en blanding av slike partikler strømmer ut fra et utløp vil de større partikler ha en tendens til å avsettes i områdene nærmest utløpet, og de meget fine

partikler har en tendens, til å avsettes i områdene lengst fra ut-løpet. I mange utfyllingsarbeider blir ikke de finere partikler avsatt i det ønskede område og føres bort med overstrømningsvan-net. Den grunn som tørrlegges under slike forhold er uensartet og har forskjellige ulemper når den benyttes som grunnlag for veier, bygninger etc. Man har forsøkt å oppnå større ensartethet ved hyppige endringer i posisjonen til utløpet av røret gjennom hvilket jordfyllmaterialet leveres. Dette øker kostnadene og har ikke vist seg teknisk fordelaktig.

Ifølge oppfinnelsen innføres en liten, effektiv mengde av et koagulerende overflateaktivt middel i røret som inneholder vannet og jordpartiklene ved en forutbestemt stilling innenfor ca. 200 m fra utløpet, slik at jordpartiklene, etter at de har-kom- raet ut av.røret, hurtig avsettes og danner en tørrlagt eller opp-deramet grunnavsetning med overlegne egenskaper innbefattende en vesentlig ensartet lastbæreevne. Mens avsetningene som dannes når det ikke anvendes koagulerende middel hovedsakelig synes å være ansamlinger av grovkornet materiale såsom sand, grus etc på ett sted og avsetninger av finere partikler såsom leire, slam og lignende på et annet sted, er de avsetninger som dannes når man an-vender det koagulerende overflateaktive middel en forholdsvis ensartet aggregatstruktur som er dannet fra en avsatt blanding av bå-de grove og fine partikler.

I US patent nr. 3 675 430 er vist en arktisk konstruksjon og fremgangsmåte for boring. En fremgangsmåte for oppføring av en arbeidsbase i et permafrost-område hvor arbeidsbasen er beliggende i vann som oppfyller visse betingelser. En fremgangsmåte for oppføring av en arbeidsbase i vann og selve arbeidsbasen.

I US patent nr. 3 654 766 er vist et boreunderlag. Et underlag for boring av i det minste ett borehull gjennom jorden, hvor underlaget består av et første lag av partikkelformet materiale nær jorden, et andre lag bestående av innbyrdes adskilte ele-menter som danner et antall kanaler i laget, et tredje lag som består av bæremateriale. En fremgangsmåte for boring av et borehull gjennom tundra og permafrost uten vesentlig opptining av samme ved bruk av ovennevnte underlag for utførelse av boreoperasjonen.

I US patent nr. 3 803 852 er vist en fremgangsmåte for oppføring av en øy. Et fundament bygges opp i vannet ved avsetting av kunstig tang i et spesielt område på sjøbunnen hvoretter sandpartikler avsettes i området som dannes av tangen, og frem-gangsmåten gjentas i suksessivt mindre områder, slik at et fundament såsom en øy bygges opp.

I US patent nr. 3 499 491 er vist en fremgangsmåte og sammensetning for fastbinding av oljebrønnforinger. Fremgangsmå-ten består i å fastbinde en rørstreng i et borehull ved å kombinere et riktig behandlet vandig borefluidum med en sementblanding omfattende hydraulisk sement og pulverformet natriumsilikat-glass for dannelse av en slambetong. Den økede temperatur i borehullet avstedkommer en herdereaksjon i slambetongen. Rørstrengen fast-bindes i borehullet ved forarbeiding av et vandig borefluidum omfattende leiremineraler behandlet med alkaliske og organiske sprøy-temidler fra gruppen inneholdende brunkull, garvestoff, lignosulfo-nater og blandinger av disse, idet der er tilstrekkelig med sprøyte- middel til at fluidet motstår gelvirkningeji ved sementtilsetnin-ger, idet fluidet har en tetthet på minst 1 kg/liter, tilsetting til borefluidet for dannelse av en slambetong0,33 til 0,66 kg/ liter av en sementaktig kombinasjon omfattende hydraulisk sement og pulverformet natriumsilikat-glass i et forhold mellom 6:1 og 2:1, idet natirumsilikat-glasset har et ^^0:3102 forhold fra 1:1,6 til 1:4,5", pumping av slambetongen inn i ringrommet mellom rørstrengen og veggen i borehullet, og avventing av betongens herding som følge av øket temperatur i borehullet.

I britisk patentskrift nr. 1 337 301 er vist et system for jordforbedring med avfallsmaterialer.Fremgangsmåten går ut på å behandle jord av liten praktisk verdi med industriavfall eller husholdningsavfall ved oppdeling av avfallsmaterialet, blanding av det oppdelte materiale med en vandig oppløsning av alkalimetall-silikat samt med et silikat-herdemiddel, avsetting av blandingen på overflaten til jorden, idet mengdene av silikat og nevnte middel virker til å konsolidere blandingen til et nøytralt,

stabilt produkt som er så godt som uoppløselig i grunnvannet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer, et system for konstruksjon av en . jordvoll.• Et materiale fremstilles ved konsolidering av faste materialer og/eller slam. Materialet anvendes ved konstruksjonen av jordvollen. Det konsoliderte materiale kan innarbeides med andre faste materialer uten at kjemikalier vaskes fra det opprinnelige materiale ut i fritt vann, og uten at det konsoliderte materiale brytes ned til kolloidale størrelser som forurenser vannet, ved suspensjon i dette. Det faste materiale og slammet som skal konsolideres kan inneholde mer enn 20 vektpro-sent olje uten at dette medfører at olje vaskes ut av det konsoliderte materiale. Når det anvendes som et sperrelag.mellom forurensede fluider og drikkbare fluider, hindrer materialet ef-fektivt gjennomstrømning av forurensninger og er av en slik løs konsistens at det lett avsettes i hulrom mellom grus- og/eller vannpartikler slik at disse stabiliseres og stort sett opprett-holder en opprinnelig form. Ovennevnte samt andre trekk og for-deler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av følgende beskri-velse av oppfinnelsen i sammenheng med tegningen.

Figur 1 viser dannelsen av en øy-omkrets.

Figur 2 viser dannelsen av en øy-omkrets under anven-delse av poser med materiale som er bragt til å stivne.

Generelt sett tilveiebringer oppfinnelsen et system for konstruksjon eller oppføring av alle typer jordvoller hvor det er hensiktsmessig å anvende et materiale som har lavt kolloid-innhold og som kan pakkes til en ønsket form,enten i beholdere eller rom eller i mellomrom mellom større faste partikler såsom stener, grus, leirklumper, eller i hauger eller stabler som skal opprettholde en betydelig hvilevinkel. F.eks. innbefatter jord-volltyper som kan oppføres kunstige øyer, oljebrønn-boreunderlag, avskjærminger, bølgedempsre, jordfyllinger og lignende, samt landskapsforming. Videre omfattes halvt gjennomtrengelige barri-erer som benyttes i visse diker, demninger eller dammer. Det her beskrevne system er spesielt anvendbart der materialene som vanligvis benyttes ikke er lett tilgjengelige eller der deres anven-delse kan skade omgivelsene, f.eks. ved steinbrudd, og muliggjør bruk av avfallsmaterialer eller lett tilgjengelige materialer som er ubrukelige i naturlig form, såsom slam og leire.

En har funnet at ved å kombinere sement og oppløselig alkalimetall-silikater med faste stoffer og/eller slam, kan et stivnende materiale fremstilles ved bruk av vesentlig mindre til-satsmaterialer enn om sement eller oppløselig alkalimetall-silikater alene ble kombinert med de faste stoffer og/eller slam. Mindre enn 150 g/liter sement og mindre enn 37,5 g/liter av oppløselig alkalimetall-silikat blandes med de faste stoffer og/eller slam. Det materiale som dannes ved blandingen anvendes til oppføring av jordvollene. Det oppløselige alkalimetall-silikat påvirker tyd-ligvis sementen selv i nærvær av retarderende tilsetningsstoff og samvirker med sementen for å danne et uoppløselig sementmateriale som omslutter det faste materiale og/eller slam. Den hydrauliske sement som anvendes i denne fremgangsmåte velges fra en klasse representert:ved Portland Cement, sement med høyt innhold, av alumina, sement med høy fasthet, sentherdende sement, og silikatfast sement. Sementen kan være en blanding av to eller flere sementer valgt fra ovennevnte klasse. Den nødvendige mengde sement og opp-løselig alkalimetall-silikat som anvendes sammen er vesentlig mindre enn det som ville vært nødvendig for å fremstille et ekvivalent stivnet materiale når det ene eller andre stoff anvendes alene.

For mer fullstendig å illustrere foreliggende oppfinnelse, men uten på noen måte å begrense oppfinnelsens ramme, skal følgende eksempel på oppføring av en kunstig øy beskrives i sammenheng med figur 1. Den således oppførte øy kan benyttes som base for oljebrønn-borerigger. Stedet for oppføring av øyen velges i vannmassene 1. Et sett av former omfattende former 2 og 3 plaseres på det ønskede sted og danner omrisset til den ønskede øy. Formene 2 og 3 kan .være konvensjonelle treformer eller forskalin-ger som vanligvis benyttes for oppføring av vegger i bygninger eller lignende. Et slamaktig materiale graves ut eller mudres opp fra bunnen av vannmassene 1 hvor øya skal oppføres.Slammateria-let kan bestå av sand, grus eller gjørme eller en blanding av dette. Oppmudringen kan utføres i samsvar med velkjent mudringsprak-sis og-utstyr.

En sement og en oppløselig alkalimetall-silikat blandes med slammaterialet som oppmudres fra bunnen av vannmassene 1. En har funnet at når både en sement og en oppløselig alkalimetall-silikat blandes med slammaterialet, vil slammet stivne ved en vesentlig mindre tilsetning av sement og oppløselig alkalimetallsilikat enn dersom enten sement eller oppløselig alkalimetallsilikat ble tilsatt alene. Sementen blir først grundig blandet med slammaterialet. Umiddelbart før slammet avsettes for herding, blandes

■en silikatoppløsning med slam-sementblandingen; F.eks. blandes

en mengde av sement innen området 150 g til 14 g med hver liter slam i en blandetank. Idet slam/sement-blandingen pumpes fra blandetanken, blandes en mengde av"N-merke"-silikatoppløsning innen området 37,5 g (11 g Si02) til 10,5 g (3 g Si02) med hver liter slam/ sement-blanding.

Den endelige blanding plaseres i området 4 mellom formene 2 og 3 . Så snart materialet har herdet, er der dannet en øy-omkrets som ikke lett vaskes ut av bølgene eller tidevannet. Øyomkretsens indre 5 kan så bringes over i fast form for å danne en base for utførelse av operasjoner så som boring av olje og gass-brenner. I ekstremt kalt klima kan øyomkretsens indre fylles med oppmudrete materialer fra sjøbunnen hvor øyen er beliggende, hvor-på de oppmudrede materialer fryser og danner en permafrost-øy.

Det er også mulig å fylle øyomkretsens indre med et materiale som består av herdbart slam fra materialet som oppmudres fra sjøbunnen hvor øyen bygges opp. En mengde på mindre enn 150 g av hydraulisk sement og en mengde av oppløselig alkalimetallsilikat som inneholder mindre enn 11 gSi02blandes med hver liter av slammet' fra sjø-bunnen for å danne et vannuoppløselig stivnet materiale. Materialet anvendes for oppfylling av øyomkretsens indre.

på fig. 2 er vist et annet eksempel på oppføring av en øy. ■

Stedet for øyen velges, f.eks. et sted 6 i-det arktiske hav hvor vannet er relativt grunnt og en øy er ønskelig for bruk som en base for utførelse av boreoperasjoner for lokalisering og/eller produsering av olje og gass velges ut. Av forskjellige grunner kan det være ønskelig å oppføre øyen på et sted hvor passende mengder sand og grus for dannelse av øyen ikke er lett tilgjengelige. Materialer som oppmudres fra bunnen av havet 6, kan utgjø-re det primære faststoff i øyen. Dersom større faste partikler

så som stener og grus foreligger, kan de mudres opp og avsettes enten som en omkréts for' øyen eller som en fast base og som sådan bygges de først opp til de strekker seg over bølgevirkningen. Dersom faststoffer av ønsket størrelse ikke er tilstede , benyttes sement og en oppløselig alkalimetall-silikat for å konsolidere slam som oppmudres fra havbunnen 6, og det konsoliderte materiale avsettes så i beholdere 8, så som sekker eller kanner som benyttes

til å danne øyas omriss eller omkrets 7. Deretter kan man anvende ytterligere konsoliderte faststoffer til å fylle mellomrommene mellom beholderne eller mellom grovere materialer som anvendes ved konstruksjonen og fylle midtområdet 9 dersom bare en omkretsseksjon 7 først ble oppført. De behandlede faststoffer kan så avsettes før

de stivner slik at de lett strømmer inn i mellomrommene, eller de kan tillates først å stivne (eller "herdne") og deretter håndteres omtrent som leire-liknende jord eller bløt sandsten for å fullsten-diggjøre konstruksjonen.

Under oppføringen av øya kan man støte på problemer på grunn av at materialene som anvendes for oppføring av øya har en tendens til å vaskes ut. I mange tilfeller er stedet hvor øyen oppføres et fjerntliggende område, og transporten av materialer til det fjerntliggende område er meget kostbar og bør holdes på et minimum. Følgelig foreligger et behov for et system for oppføring a v en kunstig øy hvor man i størst mulig grad kan anvende lett tilgjengelige materialer..Øyen bør ikke lett kunne vaskes ut, og kjemikaler eller eller materialer som benyttes i konstruksjonen av øyen bør ikke smitte av i de omliggende vannmasser. En har funnet at når både en sement og en oppløselig fast alkalimetallsilikat blandes med slam som er innhendtet ved oppmudringsoperasjonen, vil slammet stivne med vesentlig mindre mengder tilsatt sement og oppløselig alkalimetallsilikat enn dersom enten sement eller opplø-selig alkalimetallsilikat ble tilsatt alene. Det oppløselige alkalimetallsilikat påvirker tydeligvis sementen selv under nærvær av retarderende midler og samvirker med sementen for å danne et uoppløselig sementmateriale som omslutter slammaterialet. Den hydrauliske sement som benyttes i dette eksempel velges fra en klasse representert ved portlandsement, sement med høyt alumina-innhold, sement med høy fasthet, sent-herdende sement, og silikatfast sement. Sementen kan være en blanding av to eller flere sementer valgt fra ovennevnte klasse. Den nødvendige mengde sement og oppløselig alkalimetallsilikat som brukes sammen er meget mird-re enn det som ville vært nødvendig for å fremstille et ekvivalent stivnet materiale når et av stoffene ble brukt alene.

Slammet vil i de fleste tilfeller bestå av en blanding av sand, grus og gjørme eller kombinasjoner av dette. Oppmudringen kan utføres i henhold til velkjent oppmudringspraksis og -utstyr. En hydraulisk sement som er valgt fra en klasse representert ved.portlandsement, sement med høyt alumina-innhold, sement med høy fasthet , sent-herdende sement, og silikatfast sement eller en blanding av to eller flere' av sementene som er valgt fra ovennevnte klasse, blandes grundig med slammet. Umiddelbart før slammet avsettes for herding, blandes et oppløselig alkalimetall-silikat med slam/sementblandingen. F.eks. blandes en mengde sement innen område 150 g til 14 g med hver liter av det vandige slam i en blandetank. Idet avfallslam/sement-blandingen pumpes fra blandetanken, blandes en mengde "N-merke"-silikatoppløsning innen området 37,5 g (11 g Si02) til 10 ,5 g (3 g Si02) med hver liter slam/sementblanding. Den endelige blanding pumpes inn i sekkene 8 eller andre beholdere og sekkene 8 plaseres slik at de danner øyomrisset 7. så snart materialet har herdet, er der dannet en øy-omkrets som ikke lett vaskes ut av bølgene, tidevann eller andre vannbevegelser. Øyomkretsens 8 indre 9 kan bringes i fast form for å danne en base for boring av olje og gassbrønner.. I det kalde arktiske klima kan øyomkretsens 7 indre 9 fylles med oppmudrede materialer fra bunnen av havet 6 slik at mudringsmate-rialene fryser og danner en permafrostøy. Alternativt kan øyomkretsens 7 indre 9 fylles med et materiale som er dannet av herdbart slam pppmudret fra havbunnen på den tidligere beskrevne måte .

Claims (1)

1. Fremgangsmåte for dannelse av et vannuoppløselig fast materiale fra et ukonsolidert materiale, karakterisert ved at den omfatter blanding av en mengde fra 14 til 150 g av hydraulisk sement og en mengde av et oppløselig alkalimetall-silikat inneholdende fra 3 til 11 g Si02 med hver liter av nevnte ukonsoliderte materiale for å frembrin-ge det faste materiale.