DE1239255B

DE1239255B - Tiefbohrzementmischung mit verbesserten Perforationseigenschaften

Info

Publication number: DE1239255B
Application number: DE1966H0059595
Authority: DE
Inventors: Lloyd Gregory Carter; Dwight Kirby Smith
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1966-06-04
Filing date: 1966-06-04
Publication date: 1967-04-27

Description

Tiefbohrzementmischung mit verbesserten Perforationseigenschaften Die Erfindung betrifft eine Tiefbohrzementmischung mit verbesserten Perforationseigenschaften zur Einbringung in den zwischen der Verrohrung und der Bohrlochwandung gebildeten Ringraum.
Durchweg wird bei Tiefbohrungen die Verrohrung durch eine Zementierung gegen die umgebenden Formationen abgedichtet, so daß ohne weiteres kein Öl aus der Formation in das Bohrloch zufließen kann. Zur Herstellung einer geeigneten Verbindung zwischen der produzierenden Formation und der Bohrung wird eine Perforation der Zementummantelung durch Perforationsgeräte hergestellt. Bei der Perforation wird eine schlagartige Beanspruchung auf den Zementmantel ausgeübt, die einen beträchtlichen Schaden an der Zementierung erzeugen kann.
In der Praxis werden perforierte Bohrlochzonen mindestens 6 bis 10 m voneinander entfernt im Zement angeordnet, damit nicht bei der Perforierung über Risse der Zementierung Verbindungen zwischen den perforierten Zonen auftreten können.
Die Erfindung stellt sich daher zur Aufgabe, eine Zementmischung für die vorgenannten Zwecke anzugeben, die bei der Perforation nur wenig zum Zerbrechen neigt und bei der keine die einzelnen Perforationen verbindenden Risse entstehen.
Dies wird erreicht, indem die in den Ringraum eingebrachte Zement-Schlamm-Mischung einen Gehalt an Fasern einer Länge von 6 bis 130 mm und einen Durchmesser von 0,025 bis 5 mm aufweist. Zweckmäßig sind die Fasern, bezogen auf 100 Gewichtsteile Zement, in einer Menge von 0,1 bis 5,0 .Gewichtsteilen zugeführt.
Vorteilhaft bestehen die Fasern aus Fiberglas-oder synthetischen Fasern, wie z. B. Nylon (Polyamid), Orlon (Polyakrylnitril), Dacron (Polyäthylenterephthalat), anderen Akrylfasern, wie z. B. Akrilan und Zefran, abgewandelte Akryle, wie Eynel (Vinylchlorid-Akrylonitril-Kopolymer) und Verel, Polyolefine (Polyäthylen und Polypropylen), Polyvinylchlorid, Saran (Vinylchlorid-Vinylidenchlorid-Kopolymer), Kodel (ein Polyester auf der Grundlage von Zyklohexandimethanol), Polyfluorolefine einschließlich Teflon (Polytetrafluoräthylen), Vinylazetat-Vinylchlorid-Kopolymer undioder Vinyon. Die Glasfasern können mit an sich bekannten Silanverbindungen überzogen sein. Wesentlich ist, daß die zugesetzten natürlichen oder synthetischen Fasern nicht von dem Zementschlamm beeinflußbar sind, d. h. von Wasser nicht gelöst werden und in basischer Umgebung beständig sind.
Als besonders geeignete Fasern haben sich Typ 39 B halbmatt Orlon-Akrylfrber, 6,5 cm lang, und Typ 54 halbmatt Dacron-Polyester, 6 Denier, 1,3 cm lang, beide von E. I. DuPont de Nemours & Co., erwiesen. Zwei weitere Arten von Nylonfasern, die von DuPont zu beziehen sind und sich als besonders brauchbar erwiesen haben, sind Typ 220, 3 Denier, halbmatt, 0,95 cm lang, und Typ 120, 15 Denier, glänzend, 1,9 cm lang. Bevorzugte Glasfasern sind die Typen 805 und 832 der Owens-CorninFiberglass Corporation. Beide Materialien enthalten einen Silanüberzug und ein Verbindungsmittel. Der Überzug beträgt bei dem Typ 805 ungefähr 3,5 Gewichtsprozent der Faser und beim Typ 832 1,58 Gewichtsprozent.
Der Zementmischung können weitere Zusätze, wie z. B. Bentonit, als Gelierungsmittel in einer Menge von etwa 1 bis etwa 25:% des Gesamtgewichts des Zementschlamms zugefügt werden.
Die Bereitung des Zementschlamms einschließlich der Beimengung der Nylonfasern erfolgt zweckmäßig in einer üblichen pneumatischen oder schraubenartigen Mischanlage. Der Zement und die Nylonfasern können in dieser Anlage trocken gemischt werden und dann unter Verwendung eines rotierenden Düsenmischers dem Schlamm untergemischt werden.
Beim Zementieren eines Bohrloches unter Verwendung der erfindungsgemäßen Zementmischung wird zuerst ein Rohrstrang in das Bohrloch eingesetzt. Dann wird der Zementschlamm in das Rohr gepumpt und tritt aus dem Rohrende oder durch Perforation im Rohr aus, so daß er in dem zwischen dem Rohrstrang und der Bohrlochwand gebildeten Ringspalt aufsteigt und darin abbindet.
Druckfestigkeitsversuche an dem abgebundenen Zement wurden gemäß API RP 10 B durchgeführt, die sich besonders zur Untersuchung von Tiefbohrzement und Zementzusätzen bewährt hat. Zur Erprobung wurden Düsenperforierungen vorgenommen, indem der Ringspalt zwischen einem Stück einer Verrohrung, die in die Mitte eines Stückes eines Futterrohres eingesetzt war, mit verschiedenen Zementverbindungen gefüllt wurde. Die Versuchsmuster bei Raumtemperatur konnten unter Wasser aushärten, bevor sie perforiert wurden. Die zur Durchführung dieser Versuche verwendeten Muster bestanden aus 0,9 m langen Abschnitten eines N-80-Rohres von 7,5 cm Durchmesser und 10 kg/m Gewicht, die in ein 18 cm Durchmesser, 40 kg/m aufweisendes N-80-Futterrohr zementiert waren. Die verschiedenen Zementverbindungen wurden durch einen einzigen Schuß perforiert. Alle Muster waren bei der Perforation 60 cm tief unter Wasser getaucht.
Folgende Beispiele veranschaulichen die Erfindung. Beispiel 1 Druckfestigkeits- und Perforationsversuche wurden an Zement durchgeführt, der 0, 0,5 und 1,0 Gewichtsprozent des Zements an 3 Denier und 15 Denier DuPont-Nylon enthielt. Die Proben wurden bei 37,8° C 24 Stunden lang unter Wasser ausgehärtet.

Tabelle 1

Druckfestigkeit

Behandlungstemperatur ..... 37,8° C

Behandlungsdauer .......... 24 Stunden

Zement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . API-Zement

der Klasse A

Art des Nylons

Bentonitgel 3 Denier 1 15 Denier

(kg pro Sack Zement ä 50 kg)

0 , 0,54 1,1_ ( 0,54 1 1,1

0,/o . . . 205 I 178 167 190 176

12% .....

22 16,2

17,3I 16,6

16,9

Tabelle 2 Beschreibung der Perforationsversuche Aussehen der Perforation, nachdem das 18-cm-Futterrohr entfernt wurde 1. API-Zement der Klasse A mit 12 % Bentonit und 0,54 kg 15-Denier-Nylon pro Sack Zement. Saubere Perforation - keine Spalte oder Risse um die Perforation herum; 2. API-Zement der Klasse A mit 12% Bentonit und 0,35 kg 15-Denier-Nylon pro Sack Zement. Saubere Perforation - keine Spalte oder Risse um die Perforation herum.
Beispiel 2 Gemäß dem Verfahren nach Beispiel 1 wurden verschiedene Zementverbindungen bereitet und eingegossen, die an Stelle des Nylons Dacron, Orlon und Fiberglas enthalten.

Es wurden Druckfestigkeits- und Perforationsversuche an Zement durchgeführt, der 0, 0,5 und 1,5 Gewichtsprozent Dacron, Orlon und Fiberglasfasorn enthielt. Diese Proben wurden bei 37,8° C 24 Stunde lang unter Wasser ausgehärtet.

Tabelle 3

Druckfestigkeit

Behandlungsdauer .......... 24 Stunden

Behandlungstemperatur ..... 37,8° C

Zement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . API-Zement

der Klasse A

Faser Bentonit (kg/cmz)

Typ I 0/0 00/0 I 120/e

Keiner .............. 0 190 22

Dacron - 54 . . . . . . . . 0,5 177 20

Dacron - 54 . . . . . . . . 1,0 140 21,7

Orlon - 39B . . . . . . . . 0,5 140 19,6

Orlon - 39 B . . . . . . . . 1,0 125 15,7

Fiberglas - 805 ..... 1;0 203

Fiberglas - 832 ..... 1,0 203 -

Tabelle 4 Beschreibung der Perforierversuche Aussehen der Perforation, nachdem das 18-cm-Futterrohr entfernt ist 1. API-Zement der Klasse A mit 12% Gel ohne Fasern; der Zement zerspaltete und war stark in der Nähe der Perforation gerissen; 2. API-Zement der Klasse A mit 12%- Gel und 0,28 kg Dacron pro Sack Zement; sauberes Loch, keine ausgedehnten Spaltungen oder Risse im Zement; 3. API-Zement der Klasse A mit 12% Gel und 0,54 kg Dacron pro Sack Zement; sauberes Loch, keine ausgedehnten Risse oder Spaltungen im Zement; 4. API-Zement der Klasse A mit 12% Gel und 0,28 kg Orlon pro Sack Zement; sauberes Loch, keine ausgedehnten Risse oder Spaltungen im Zement; 5. API-Zement der Klasse A mit 12% Gel und 0,54 kg Orlon pro Sack Zement; sauberes Loch, ohne ausgedehnte Spaltungen oder Risse im Zement. Es ist selbstverständlich, daß viele andere Bestandteile in der Zementmischung enthalten sein können.

Zum Beispiel kann es bei gewissen Anwendungen wünschenswert sein, Materialien wie Zementbeschleuniger, Puzzolanerde, Siliziummehl, Diatomeenerde (Kieselgur), Zementverzögerer, Flüssigkeitsverlustzusätze, Reibungsverminderungsmittel u. dgl. zu verwenden. Diese Bestandteile werden in der üblichen Menge verwendet. Zum Beispiel werden Puzzolanerde, Siliziummehl und Kieselgur in Mengen bis zu 25 Gewichtsprozent des Zements oder mehr verwendet, wobei Puzzolanerde bis zu etwa 75%-, Siliziummehl bis zu etwa 60% und Kieselgur bis zu etwa 50% verwendet wird.

Claims

Patentansprüche: 1. Tiefbohrzementmischung mit verbesserten Perforationseigenschaften zur Einbringung in den zwischen der Verrohrung und der Bohrlochwandung gebildeten Ringraum, gekennzeichnet d u r c h einen Gehalt an Fasern mit einer Länge von 6 bis 130 mm und einem Durchmesser von 0,025 bis 5 mm.
2. Tiefbohrzementmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Fasern 0,1 bis 5,0 Gewichtsprozent des Zements beträgt.
3. Tiefbohrzementmischung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Polyamid, Polyakrylnitril, Polyäthylenterephthalat, Fiberglas oder Polypropylen bestehen.