DE69314450T2

DE69314450T2 - Bohrlochzementierung

Info

Publication number: DE69314450T2
Application number: DE69314450T
Authority: DE
Inventors: Bobby G Brake; Bobby J King; David D Onan; Dralen T Terry; Patty L Totten
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 1992-12-30
Filing date: 1993-12-06
Publication date: 1998-02-05
Anticipated expiration: 2013-12-07
Also published as: NO934569L; EP0605114B1; DE69314450D1; EP0605114A1; NO311612B1; CA2111251C; BR9305232A; CA2111251A1; NO934569D0; US5295543A; US5327968A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorgehensweise des Zementierens eines Bohrlochs.
Beim Bohren von Bohrlöchern kommt eine Vielzahl von Spülschlämmen zur Verwendung. Grundsätzlich sind Spülschlämme Festkörper, die Geis auf Wasserbasis oder Flüssigkeiten auf Kohlenwasserstoffbasis enthalten, die entweder mit oder ohne Gewichtung durch Partikulatballast, wie z.B. Batyt, eingesetzt werden. Nachdem ein Bohrloch gebohrt wurde, wobei Spülschlamm im Bohrloch umgelaufen ist, kommt der Umlauf des Spülschlamms zum Abschluß, während das Bohrloch vermessen und eine Rohrkette in das Bohrloch abgelassen wird. Nachdem das Rohr eingefahren wurde, wird der Spülschlamm im Bohrloch durch Umlauf des Spülsehlammes abwärts durch die Innenseite des Rohrs und aufwärts durch den Ringraum zwischen der Außenseite des Rohrs und den Wänden des Bohrlochs gereinigt, indem Bohrfestkörper und Gase daraus entfernt werden. Im Bohrloch werden dann Primärzementierarbeiten durchgeffihrt, d.h. die im Bohrloch ausgeführte Rohrkette wird darin einzementiert, indem eine Zementierzusammensetzung zwischen dem Rohr und den Wänden des Bohrlochs in den Ringraum eingeführt wird. Die Zementierzusammensetzung verhärtet sich zu einer größtenteils undurchlässigen Masse, mit der das Rohr mit den Wänden des Bohrlochs verbunden und der Ringraum abgedichtet wird. Während die Zementierzusammensetzung abwärts durch das Rohr und in den Ringraum befördert wird, wird der Spülschlamm aus dem Rohr und dem Ringraum verdrängt. Der gebrauchte Spülschlamm wird dann generell in einer Grube oder einem Behälter gesammelt und daraus entsorgt.
Die Entsorgung von Spülschlamm ist zeitraubend und kostspielig, insbesondere in Seegebieten, da der Spülschlamm häufig als umweltbelastende Flüssigkeit entsorgt werden muß. Aus diesem Grund würde eine die Umwelt nicht belastende Verwendung eines Teils oder des gesamten Spülschlammes an der Bohrlochstelle den Bedarf für die Entsorgung des Spülschlammes eliminieren und wäre sehr vorteilhaft.
US Patent Nr. 4 176 720 eröffnet ein Verfahren des Zementierens einer Rohrkette in einem Permafrostbereich eines Bohrlochs. Bohrlöcher dieser Art werden normalerweise in unzugänglichen Bereichen gebohrt, was den Transport des Spülschlammstoffes zum Bohrloch kostspielig macht. Diese Unterlage beschreibt die Verwendung eines Teils des Spülschlammes als Bestandteil einer Zementzusammensetzung zur Verwendung in einem Verfahren, wobei die Zusammensetzung weiter ein Festigungsverzögerungsmittel, einen Festigungsaktivator sowie ein Dispersionsmittel beinhaltet. EP-A-01 63459 eröffnet ein solches Dispersionsmittel.
EP-A-0178213 eröffiiet ein Verfahren zum Festigen und/oder Wasserdichtmachen feiner Granulatböden, indem ein festigungsfäniger Vergußmörtel, bestehend aus Silikapulver, Wasser und Kalziumhydroxid als Festigungsaktivator, in den Boden injektiert wird. Diese Unterlage befaßt sich mit einem Technologiebereich, der sich grundsätzlich von dem der Bohrlochzementierung abgrenzt.
Jetzt haben wir eine Bohrlochzementier-Zusammensetzung entwickelt, die Spülschlamm zur Verwendung beim Zementieren eines Bohrlochs beinhaltet.
Nach dieser Erfindung wird eine Vorgehensweise des Zementierens eines Bohrlochs entwickelt, die sich aus dem Einführen in das Bohrloch einer festigungsaktiverten Zementierzusammensetzung zusammensetzt, die sich aus einem Festigungsverzögerungsmittel, einem Festigungsaktivator aus Kalziumhydroxid oder Magnesiumoxid oder einer Mischung dieser Bestandteile, einem Dispersionsmittel und einem Anteil des Spülschlammes zusammensetzt. Diese Zementierzusammensetzung kann sich dann im Bohrloch zu einer harten Masse verfestigen-. Diese Vorgehensweise ist gekennzeichnet dadurch, daß die Zusammensetzung gleichfalls Wasser, kondensiertes Silikapartikelpulver mit Partikeldurchmesser kleiner als 1 Mikron, das in Wasser im Gewichtsverhältnis von kondensiertem Silikapulver zu Wasser von 1:2 bis 1,5:1 suspendiert wird enthält und wobei das Gewichtsverhältnis von Spülschlamm zu den anderen Bestandteilen der Zementierzusammensetzung im Bereich von 1:10 bis 1:3 liegt.
Diese Erfindung betrifft gleichfalls eine Vorgehensweise des Zementierens einer Rohrkette in einem Bohrloch, das Spülschlamm enthält, bestehend aus dem Einführen der o.g. Rohrkette in das Bohrloch, Umwälzen des Spülschlammes durch Abwärtspumpen durch das Innere des Rohrs -und aufwärts durch den Ringraum zwischen der Außenseite des genannten Rohrs und den Wänden des Bohrlochs, während der Spülschlamm durch Entfernen der Bohrfestkörper und Gase daraus konditioniert wird; des Kombinierens eines Teils des konditionierten Spülschlammes mit einem festigungsaktiverten Zementschlamm in einer Menge, die zu einem Verhältnis zwischen dem Spülschlamm und den anderen Bestandteilen des festigungsaktiverten Zementschlamms im Bereich von 1:10 und 1: 3 führt, um eine festigungsaktivierte Zementierzusammensetzung mit Spülschlammgehalt zu gewinnen Der o.g. festigungsaktivierte Zementschlamm besteht aus Wasser, kondensiertem Silikapartikelpulver mit Partikeldurchmesser kleiner als 1 Mikron, in dem Wasser im Gewichtsverhältnis von kondensiertem Silikapartikelpulver zu Wasser im Bereich von ca. 1:2 bis ca. 1,5:1 suspendiert sind, einem Dispersionsmittel zum Herbeiführen der Dispersion des Silikapartikelpulvers in besagtem Wasser und Beibehalten der Partikel in der Mischung in suspendierter Form, einem Festigungsmittel, ausgewählt aus Kalziumhydroxid, Magnesiumoxid und Mischungen davon sowie einem Festigungsverzögerungsmittel zum Verlängern der Zeitspanne, wänrend der sich die Zusammensetzung nach Beimischen des Festigungsaktivators verhärtet ; dem Pumpen der festigungsaktiverten Zementierzusammensetzung mit Spülschlammgehalt in den genannten Ringraum durch das Innere des Rohrs, während Spülschlamm dadurch aus dem Ringraum verdrängt wird und Zulassen des Verfestigens -der Zementierzusammensetzung mit Spülschlammgehalt, damit sich die Zusammensetzung im Ringraum zu einer festen Masse verhärtet.
Beim Zusammenstellen der oben beschriebenen festigungsaktiverten Zementierzusammensetzung können das Wasser, das kondensierte Silikapartikelpulver, das Dispersionsmittel und das Festigungsverzögerungsmittel mit der gesamten Menge oder einem Teil des Spülschlamms im Bohrloch vermischt werden, während der Spülschlamm zum Wandeln des Spülschlammes in einen nichtaktivierten Zementschlamm umgewälzt wird. Dann kann das Festigungsmittel mit einem Teil des nichtaktivierten Spülschlammes verbunden werden. Dieser Teil wird dann in die zu zementierende Zone des Bohrlochs eingeführt, wie z.B. in den Ringraum. Während der festigungsaktivierte Teil der Zementierzusammensetzung mit Spülschlammgehalt in die zu zementierende Zone eingeführt wird, wird der überflüssige Teil des Spülschlammes aus dem Bohrloch verdrängt. Wenn der überflüssige Teil mit den oben erwähnten Komponenten vermischt wurde, wodurch sich ein nichtaktivierter Zementschlamm gebildet hat, kann dieser an einen Ort zur Verwendung oder Entsorgung abtransportiert, mit einem Festigungsaktivator verbunden und auf für die Umwelt sichere Weise als zementöse Masse gefestigt werden. Wenn der unbenutzte Teil des Spülschlammes nicht mit den oben erwähnten Komponenten vermischt wurde, kann er damit verbunden und an der Einsatz- oder Entsorgungsstelle mit einem Festigungsaktivator auf beliebige sichere Weise entsorgt werden.
Bohrlöcher werden am häufigsten mit einem Drehbohrer an einer Bohrrohrkette gebohrt. Das Bohrrohr und die Bohrkrone werden gedreht und ein Spülschlamm, normalerweise ein Gel auf Wasserbasis oder eine Flüssigkeit auf Kohlenwasserstoffbasis mit oder ohne darin suspendiertem Ballast, wird abwärts durch das Bohrrohr geschleust, durch Öffhungen in der Bohrkrone und dann aufwärts durch den Ringraum zwischen dem Bohrrohr und den Wänden des Bohrlochs zurück an die Oberfläche. Ein Beispiel für ein Gel auf Wasserbasis ist eine wässerige Lösung von Tonerde, wie beispielsweise Bentonit, die ein Ballastmittel wie z.B. Baryt enthält.
Der Spülschlamm führt die von der Bohrkrone erzeugten Splitter mit sich an die Oberfläche, wo sie vom Spülschlamm abgesondert werden; Gleiches gilt für im Spülschlamm enthaltene Gase. An der Oberfläche befindet sich ein Behälter mit Spülschlamm. Dieser wird mit Hilfe von Umlaufpumpen aus diesem Behälter zurück in die Bohrkette gepumpt. Wenn das Bohrloch seine Solltiefe erreicht hat, kommen das Bohren und der Umlauf des Spülschlammes zum Stillstand, das Bohrrohr und die Bohrkrone werden aus dem Bohrloch entfernt. Dann werden die vom Bohrloch durchschnittenen unterirdischen Formationen normalerweise vermessen und ein im Bohrloch einzuzementierendes Rohr wird darin abgelassen.
Nachdem das im Bohrloch einzuzementierende Rohr in das Bohrloch abgelassen wurde, wird eine Primärzementierung durchgeführt, während deren Verlauf Spülschlamm im Bohrloch durch einen Zementschlamm verdrängt wird. Dann wird ein oder werden mehrere flüssige Abstandsmittel zunächst durch das Rohr abwärts und dann aufwärts in den Ringraum zwischen dem Rohr und den Wänden des Bohrlochs gepumpt. Der Zementschlamm verhärtet sich zu einer größtenteils undurchlässigen festen Masse im Ringraum, wodurch das Rohr mit den Wänden des Bohrlochs verbunden wird. Gleichzeitig dichtet sie den Ringraum ab, d.h. ein Einströmen von Formationsflüssigkeiten in den Ringraum zwischen den unterirdischen Zonen, die vom Bohrloch durchschnitten werden und/oder der Oberfläche, wird verhindert.
Wie schon erwähnt, muß der gebrauchte Spülschlamm, der während der Primärzementierung aus dem Bohrloch verdrängt wird, häufig im Einvernehmen mit Umweltschutzgesetzen als umweltbelastende Flüssigkeit entsorgt werden. Eine solche Entsorgung ist zeitraubend und kostspielig, insbesondere bei Bohrstellen in Seegebieten, wo der gebrauchte Spülschlamm in einen Tanker verdrängt, an Land transportiert, ausgeladen und an Land auf umweltbewaßte Weise entsorgt werden muß.
Diese Erfindung verspricht Vorgehensweisen des Zementierens eines Bohrlochs mit Hilfe einer Zementierzusammensetzung, die einen Teil eines Spülschlammes enthält, der zum Bohren des Bohrlochs benutzt wurde. Die Vorgehensweise umfaßt grundsätzlich die folgenden Schritte:
Bilden einer festigungsaktiverten Zementierzusammensetzung mit Spülschlammgehalt; Einführen der Zementierzusammensetzung in das zu zementierende Bohrloch und Verfestigen der Zementierzusammensetzung zu einer festen zementösen Masse mit ihr eigener Druckfestigkeit.
Die festigungsaktiverten Zementierzusammensetzungen dieser Erfindung bestehen aus Wasser, kondensiertem Silikapartikelpulver aus Partikeln mit einem Durchmesser kleiner als ca. 1 Mikron, die in einem Gewichtsverhältnis von kondensiertem Silikapulver zu Wasser im Bereich von ca. 1:2 bis ca. 1,5:1 in Wasser suspendiert werden, einem Dispersionsmittel zum Herbeifhhren der Dispersion der Silikapulverpartikel im Wasser und Beibehalten der Partikelsuspension im Wasser, einem Festigungsaktivator, ausgewahlt aus Kalziumhydroxid, Magnesiumoxid oder deren Mischungen, einem Festigungsverzögerungsmittel zum Verlängern der Zeit, während der sich die Zementierzusammensetzung nach Beimischen des Festigungsaktivators verfestigt und Spülschlamm, der in solchen Mengen vorhanden ist, daß sich ein Gewichtsverhältnis für Spülschlamm zu den anderen Bestandteilen der Zementierzusammensetzung im Bereich von ca. 1:10 bis ca. 1:3 ergibt. Die festigungsaktivierten Zementierzusammensetzungen haben ausgezeichnete Fluß- und Festkörpersuspensionsmerkmale, Thixotropie, geringen oder überhaupt keinen löslichen freien Kalk, Druckfestigkeit-mindernde Rückläufigkeit, Korrosionsbeständigkeit und geringe Flüssigkeitsverlustmerkmale.
Kondensiertes Silikapulver, auch amorphes Silika, Silikastaub oder flüchtig gemachtes Silika genannt, wird gewerblich als ultrafeines Pulver angeboten, bestehend aus Kugeln submikronischer Größe mit durchschnittlichem Durchmesser von ca. 0,1 Mikron. Kondensiertes Silikapulver ist ein Nebenprodukt aus der Herstellung von Silikon und Ferrosilikon. Silikon und Ferrosilikon werden durch Reduktion von Quarz (bei der Silikonherstellung) oder Quarz und eisenhaltigem Material (bei der Herstellung von Ferrosilikon) mit Hilfe von Koks oder Kohle und Holzspanen in einem offenen Lichtbogenofen erzeugt. Die Reduktionsreaktion umfaßt eine Zwischenreaktion, bei der sich ein gaslörmiges Silikonsuboxid bildet und ein Teil des gasförmigen Silikonsuboxids sich in die Atmosphäre verflüchtigt. Das gasförmige Silikonsuboxid reagiert mit Sauerstoff in der Atmosphäre und fällt in Form von glasartigen, mikroskopischen Partikeln nieder, die als kondensiertes Silikapulver bekannt sind.
Das kondensierte Silikapulver wird durch Filtration zurückgewonnen und ist gekennzeichnet durch eine äußerst feine Partikelgröße aus. Die durchschnittliche Größe der kondensierten Silikapulverpartikel liegt bei ca. 0,1 Mikron, d.h. ca. einhundert Mal kleiner als API Portlandzement und ca. zehn Mal kleiner als äußerst feiner Zement, wie der in US Patent Nr.4 761183 nach Clark sowie in US Patent Nr.4 160 674 nach Sawyer beschriebene. Die spezifische Oberfläche von kondensierten Silikapulverpartikeln liegt bei ca. 20.000 m² pro Kilo. Das kondensierte Silikapulver enthält mehr als ca. 90 % amorphes Silikondioxid. Die spezifische chemische Zusammensetzung von kondensiertem Silikapulver variiert je nach den spezifischen hergestellten Silikonprodukten.
Das kondensierte Silikapulver wird gewerblich als Trockenpulver oder in relativ konzentrierter wässeriger Schlammform angeboten. In der Schlammform hat der Schlamm grundsätzlich ein Gewichtsverhältnis von kondensiertem Silikapulver zu Wasser im Bereich von ca. 2:3 bis ca. 3:2.
Egal in welcher Form kondensiertes Silikapulver bezogen wird, wird es immer mit Wasser oder zusätzlichem Wasser verbunden, um einen Schlamm im Gewichtsverhältnis von ca. 1:2 bis ca. 1,5:1 zu erhalten . Dem Wasser wird ein Dispersionsmittel beigemischt, um die Dispersion der Silikapulverpartikel im Wasser zu ermöglichen und die Partikel darin in Suspension zu halten. Obwohl verschiedene Dispersionsmittel verwendet werden können, besteht ein besonders geeignetes Dispersionsmittel aus kondensiertem Polymerprodukt eines aliphatischen Ketons, einem aliphatischen Aldehyd und einer Mischung, die Säuregruppen in das Kondensationspolymer einbringt. Ein solches Dispersionsmiffel wird in US Patentschrift Nr.4 818 288 (Aignesberger u.a.) eröffhet, auf das für weitere Einzelheiten als Referenz Bezug genommen wird.
Das bevorzugteste Dispersionsmittel der oben beschriebenen Art zur Verwendung nach dieser Erfindung besteht aus dem Kondensationspolymerprodukt von Aceton, Formaldehyd und Natriumsulfit. Das Dispersionsmittel wird normalerweise in die zementösen Zusammensetzungen in Mengen aufgenommen, die in den Bereich von ca. 1% bis ca. 5 % Massenanteil der Festkörper oder einer gleichwertigen Menge von ca., 2 % bis ca. 7 % Massenanteil des Wassers in der Zusammensetzung fallen. Generell wird das oben beschriebene Dispersionsmittel gewerblich in einer wässerigen Lösung angeboten, die das Dispersionsmittel in einer Menge im Bereich von ca. 30 % bis ca., 35 % Massenanteil der Lösung enthält.
Das Festigungsverzögerungsmittel zum Verlängern der Zeit, in der sich die zementöse Zusammensetzung dieser Erfindung verfestigt, nachdem der Festigungsaktivator beigemischt wird, kann ein aus verschiedenen Festigungsverzögerungsmitteln ausgewähltes sein, die bereits in Zementzusammensetzungen Anwendung finden, wie z.B. ein Copolymer von AMPS (2-acrylamido-2-methylpropansolfonsäure) und Acrylsäure, Weinsäure oder Kalzium- oder Ammoniumlignosulfonatsalze. Vorzugsweise ist das Verzögerungsmittel ein Lignosulfonatsalz, vorzugsweise ein Kalziumlignosulfonat, das in der Zementierzusammensetzung in einer Menge im Bereich von ca. 0,1 % bis ca. 2 % Massenanteil der Zusammensetzung vorhanden ist. Ein solches Lignosulfonatsalz kann gewerblich in einer wässerigen Lösung mit Lignosulfonatsalzgehalt in einer Menge im Bereich von ca. 40 bis ca. 60 % Massenanteil der Lösung bezogen werden.
Der Festigungsaktivator, vorzugsweise Kalziumhydroxid, ist allgemein in der Zementierzusammensetzung dieser Erfindung in einer Menge vorhanden, die zu einem Gewichtsverhältnis des kondensierten Silikapulvers zum Kalziumhydroxid im Bereich von ca. 1:1,5 bis ca. 3:1 führt
Die Spülschlammkomponente der Zementierzusammensetzung dieser Erfindung kann aus beliebigen wässerigen oder auf Kohlenwasserstoffbasis beruhenden Spülschlämmen bestehen, vorausgesetzt, der Spülschlamm enthält keine Bestandteile, die nachteilig mit den anderen Komponenten der Zementierzusammensetzung reagieren. Die am häufigsten verwendeten Gels auf Wasserbasis und Spülschlamme auf Kohlenwasserstoffbasis erzeugen keine nachteiligen Reaktionen mit den anderen Bestandteilen der Zementierzusammensetzung. Der Spülschlamm ist Bestandteil der Zementierzusammensetzung in einer Menge, die zu einem Gewichtsverhältnis zwischen Spülschlamm und den anderen Komponenten der Zementierzusammensetzung führt, das im Bereich von ca. 1:10 bis ca. 1:3 liegt.
Durch Bilden der festigungsaktivierten Zementierzusammensetzung dieser Erfindung und ihre Nutzung zum Durchführen von Bohrlochzementiermaßnahmen wird zunächst vorzugsweise ein nichtaktivierter Zementschlannn durch Vermischen von Wasser, kondensiertem Silikapulver, Dispersionsmittel, Festigungsverzögerungsmittel und Spülschlamm zubereitet. Dann, kurz vor Einfhhren der Zementierzusammensetzung in eine zu zementierende unterirdische Zone durch eine die Zone durchschneidende Bohrung, wird die Festigungsaktivatorkomponente mit dem nichtaktivierten Zementschlamm verbunden, um die festigungsaktivierte Zementierzusammensetzung zu bilden.
Nach Wunsch kann der nichtaktivierte Zementschlamm ohne Spülschlamm durch Vermischen der verschiedenen Komponenten an einer vom Bohrloch abgelegenen Stelle zubereitet werden. Anderenfalls können die Bestandteile gleichfalls kurz vor ihrem Gebrauch an der Bohrstelle miteinander vermischt werden.
Der Spülschlamm kann dann mit dem Zementschlamm durch Beimischen des Festigungsaktivators zum Bilden der festigungsaktiviertenzementierzusammensetzung, inklusive Spülschlamm, mit diesem verbunden werden.
Bei Zementierarbeiten in Seegebieten wird der nichtaktivierte Zementschlamm ohne Spülschlamm, vorzugsweise an Land vorbereitet und dann an der Einsatzstelle mit dem Spülschlamm und Kalziumhydroxid-Aktivator vermischt. Wenn sich die Bohrstelle auf dem Festland befindet, ist es allgemein praktischer und wirtschaftlicher, die Bestandteile des nichtaktivierten Zementschlammes inklusive Spülschlamm an der Bohrstelle zu mischen. Dabei wird der nichtaktivierte Zementschlamm kurz vor Einführung der so gebildeten festigungsaktivierten Zementierzusammensetzung in das Bohrloch mit dem Festigungsaktivator vermischt. Wenn der nichtaktivierte Zementschlamm an der Bohrstelle gebildet wird, kann dieser vor Einsatz vermischt und bis zur Verwendung eingelagert werden. Anderenfalls können die verschiedenen Bestandteile nach Bedarf während des Einsatzes mit dem Spülschlamm vermischt werden. Der Festigungsaktivator kann gleichfalls nach Bedarf mit dem nichtaktivierten Zementschlamm vermischt werden, während die so gebildete festigungsaktivierte Zementierzusammensetzung durch das die Zone durchschneidende Bohrloch in die zu zementierende unterirdische Zone gepumpt wird. Das heißt, die Komponenten der Zementierzusammensetzung werden miteinander vermischt, während sie gepumpt werden. Die so gebildete festigungsaktivierte Zementierzusammensetzung wird in ein Bohrloch und eine unterirdische Zone gepumpt, die zu zementieren sind.
Eine bevorzugte festigungsaktivierte Zementierzusammensetzung zur Verwendung nach dieser Erfindung besteht aus Wasser, kondensiertem Silikapartikelpulver mit einem Durchmesser kleiner als ca. 1 Mikron und einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von ca. 0,1 Mikron, die in einem Gewichtsverhältnis von kondensiertem Silikapulver zu Wasser im Bereich von ca. 1:2 bis ca. 1,5:1 in Wasser suspendiert sind,
einem Dispersionsmittel des Kondensationspolymerproduktes von Aceton, Formaldehyd und Natriumsulfit, das in einer Menge vorhanden ist, die ausreicht, um das kondensierte Silikapartikelpulver in Suspension zu halten,
einem Festigungsaktivator, bestehend aus Kalziumhydroxid, das in der Zusammensetzung in einer Menge vorhanden ist, die zu einem Gewichtsverhältnis von kondensiertem Silikapulver zu Kalziumhydroxid im Bereich von ca. 1:1,5 bis ca. 3:1 führt,
einem Festigungsverzögerungsmittel, bestehend aus Kalziumlignosulfonat, das in der Zusammensetzung in einer Menge vorhanden ist, die ausreicht, um das Verfestigen der Zusammensetzung solange zu verzögern, bis diese in eine zu zementierende Zone eingeführt ist und
Spülschlamm, der zum Bohren des Bohrlochs benutzt wurde, der in der Zusammensetzung in einer Menge vorhanden ist, die zu einem Gewichtsverhältnis des Spülschlammes zu den anderen Komponenten der Zusammensetzung im Bereich von ca. 1:10 bis ca. 1:3 führt.
In der bevorzugtesten Zementierzusammensetzung zur Verwendung nach dieser Erfindung liegt das Gewichtsverhältnis des kondensierten Silikapulvers zu Wasser in der Zusammensetzung im Bereich von 1:1. Das Gewichtsverhältnis des kondensierten Silikapulvers zum Kalziumhydroxid-Aktivator in der Zusammensetzung liegt bei ca. 2:1. Das oben beschriebene Dispersionsmittel ist in der Zusammensetzung in einer Menge von ca. 2,5 % Massenanteil Wasser in der Zusammensetzung vorhanden. Das oben beschriebene Festigungsverzögerungsmittel ist in der Zusammensetzung in einer Menge von ca. 0,3 % Massenanteil in der Zusammensetzung vorhanden. Spülschlamm ist in der Zusammensetzung in solcher Menge vorhanden, daß sich ein Gewichtsverhältnis zu den anderen Bestandteilen der Zusammensetzung von ca. 1:5 ergibt. Wie oben beschrieben, eignet sich die Vorgehensweise dieser Erfindung besonders zum Durchführen einer Primärzementierung in einem Bohrloch. Die Vorgehensweise kann dagegen auch für andere Zementiermaßnahmen in einem Bohrloch benutzt werden, wie z.B. Zementieren von Zonen in einem Bohrloch, aus denen die Umwälzung verlorengegangen ist.
Im Laufe der Durchführung der Vorgehensweise dieser Erfindung kann die festigungsaktivierte Zementierzusammensetzung durch Vermischen des Wassers, des kondensierten Silikapartikelpulvers, des Dispersionsmittels sowie des Festigungsverzögerungsmittels, d.h. der Bestandteile der Zusammensetzung, mit entweder dem gesamten oder einem Teil des Spülschlamms gebildet werden, während der Spülschlamm im Bohrloch umgewälzt wird, um einen nichtaktivierten Zementschlamm mit Spülschlammgehalt zu erzeugen. Dann kann der Festigungsaktivator mit dem nichtaktivierten Zementschlamm oder einem Teil davon vermischt werden. Dieser Teil kann dann in die im Bohrloch zu zementierende Zone, wie z.B. den Ringraum, eingepumpt werden. Während der festigungsaktivierte Anteil der Zementierzusammensetzung mit Spülschlammgehalt in die zu zementierende Zone eingeführt wird, wird der überflüssige Teil des Spülschlamms aus dem Bohrloch verdrängt. Wenn der unbenutzte Teil mit den oben erwähnten Komponenten vermischt wird, ergibt sich daraus ein nichtaktivierter Zementschlamm, , der an eine Einsatz- oder Entsorgungsstelle abtransportiert werden kann, wo der Schlamm mit einem Festigungsaktivator vermischt, und an sicherem Ort plaziert wird und sich in eine zementöse Masse verfestigen kann. Wenn der unbenutzte Teil des Spülschlamms nicht mit den oben beschriebenen Komponenten vermischt wird, können ihm diese mit dem Festigungsaktivator an der Einsatz- oder Entsorgungsstelle beigemischt werden oder er kann auf andere sichere Weise entsorgt werden.
In der bevorzugtesten Vorgehensweise der Vermischung einer pumpfähigen festigungsaktivierten Zementierzusammensetzung mit Spülschlammgehalt zur Verwendung nach dieser Erfindung wird ein konzentrierter wässeriger Schlamm des kondensierten Silikapartikelpulvers mit zusätzlichem Wasser und mit den wassengen Lösungen des Dispersionsmittels vermischt, um so einen pumpfähigen nichtaktivierten Zementschlamm ohne Spülschlamm zu bilden. Wie schon erwähnt, kann der Zementschlamm ohne Spülschlammkomponente an einem Ort abseits von der Einsatzstelle vorbereitet werden, an der Einsatzstelle vorbereitet und eingelagert werden oder im Verlauf der Bohrlochbehandlung gebildet werden. Der zu verwendende Spülschlamm wird mit dem nichtaktivierten Zementschlamm vermischt. Der so gebildete Zementschlamm mit Spülschlammgehalt wird mit Festigungsaktivator vermischt, was ebenfalls wänrend der Behandlung erfolgen kann. Die so gebildete festigungsaktivierte Zementierzusammensetzung wird in eine zu zementierende unterirdische Zone eingeführt, wo sie sich verfestigen kann.
Der konzentrierte wässerige Schlamm des kondensierten Silikapartikelpulvers hat ein Gewichtsverhältnis von kondensiertem Silikapulver zu Wasser von ca. 1:1. Die wässerige Lösung des oben beschriebenen bevorzugten Dispersionsmittels enthält das Dispersionsmittel vorzugsweise in Mengen von ca. 33 % Massenanteil der Lösung. Die wässerige Lösung des oben beschriebenen bevorzugten Festigungsverzögerungsmittels enthält das Festigungsverzögerungsmittel vorzugsweise in Mengen von ca. 40 % Massenanteil. Die wässerige Lösung des Kalziumhydroxid- Aktivators enthält den Aktivator vorzugsweise in Mengen von ca. 30 % Massenanteil der Lösung.
Um die Vorgehensweise dieser Erfindung näher darzustellen, werden die folgenden Versuchsmodelle beispielhaft aufgeführt.

Beispiel 1

Eine zementöse Zusammensetzung dieser Erfindung wurde mit Hilfe der folgenden Bestandteile erzeugt:
¹ Eine wässerige Lösung des Kondensationspolymerproduktes von Aceton, Formaldehyd und Natriumsulfit mit 33 % Massenanteil.
² Eine wässerige Lösung von Kalziumlignosulfonat mit 40 % Massenanteil.
³ 1054 kg/m³ Frischwasserschlamm (30 Gewichtsanteile Bentonit und 350 Teile Frischwasser).
Eine Probe der o.g. Zusammensetzung wurde bei 26,7º C 72 Stunden lang nach API Spezifikation für Material und Prüfung für Bohrlochzement, API Spezifikation 10A, 21. Auflage, 1. September 1991, American Petroleum Institute, Washington, D.C. auf Druckfestigkeit getestet. Als Resultat der Prüfung ergab sich, daß die Zusammensetzung eine Druckfestigkeit von 8,54 MPa aufwies.

Beispiel 2

Eine weitere zementöse Zusammensetzung dieser Erfindung mit den folgenden Komponenten und Mengen wurde vorbereitet.
¹ Eine wässerige Lösung des Kondensationspolymerproduktes von Aceton, Formaldehyd und Natriumsulfit mit 33 % Massenanteil.
² 1054 kg/m³ Frischwasserspülschlamm (100 Gewichtsanteile Bentonit, 116,7 Teile Frischwasser, 13,3 Teile flüssiges Dispersionsmittel und 3,3 Teile Natriumhydroxid).
Eine Probe der o.g. Zusammensetzung wurde bei 26,7º C 72 Stunden lang auf Druckfestigkeit getestet. Als Resultat der Prüfung ergab sich, daß die Zusammensetzung eine Druckfestigkeit von 689 kPa aufwies.
Aus den o.g. Beispielen geht hervor, daß die zementösen Zusammensetzungen dieser Erfindung gute Druckfestigkeit aufweisen und zur Verwendung bei Zementierarbeiten in Bohrlöchern geeignet sind.

Claims

1. Eine Vorgehensweise des Zementierens eines Bohrlochs, bestehend aus den folgenden Schritten:

Einführen in das Bohrloch einer festigungsaktivierten Zementierzusammensetzung, bestehend aus

einem Festigungsverzögerungsmittel,

einem Festigungsaktivator, wobei es sich um Kalziumhydroxid oder Magnesiumoxid oder eine Mischung beider handelt;

einem Dispersionsmittel und

einem Anteil von Spülschlamm

und dem Einräumen der Zeit zum Verfestigen der Zementierzusammensetzung in eine harte Masse im Bohrloch, gekennzeichnet dadurch, daß

die Zusammensetzung ebenfalls Wasser, kondensiertes Silikapartikelpulver aus Partikeln mit einem Durchmesser kleiner als 1 Mikron, die im Wasser im Gewichtsverhältnis von kondensiertem Silikapulver zu Wasser von 1:2 bis 1,5:1 suspendiert werden

und wobei das Gewichtsverhältnis des Spülschlammes zu den anderen Komponenten der Zementierzusammensetzung zwischen 1:10 und 1:3 liegt, enthält.

2. Eine Vorgehensweise nach Anspruch 1, bei der das Dispersionsmittel ein Kondensationspolymerprodukt von Aceton, Formaldehyd und Natriumsulfit ist und in der Zementierzusammensetzung in Mengen von 2% bis 7% Massenanteil Wasser der Zusammensetzung vorhanden ist.

3. Eine Vorgehensweise nach Ansprüchen 1 oder 2, bei der das Festigungsverzögerungsmittel ein Lignosulfonatsalz ist, das in der Zementierzusammensetzung in einer Menge von 0,1% bis 2 % Massenanteil der Zusammensetzung vorhanden ist.

4. Eine Vorgehensweise nach Ansprüchen 1, 2 oder 3, bei der der Festigungsaktivator Kalziumhydroxid ist, der in der Zementierzusammensetzung in einer Menge vorhanden ist, die zu einem Gewichtsverhältnis zwischen dem kondensierten Silikapulver und Kalziumhydroxid von 1:1,5 bis 1:3 führt.

5. Eine Vorgehensweise nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Silikapulverpartikel einen durchschnittlichen Durchmesser von 0,1 Mikron aufweisen.

6. Eine Vorgehensweise nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Zementierzusammensetzung durch Vermischen eines konzentrierten wässerigen Schlamms aus kondensiertem Silikapartikelpulver mit zusätzlichem Wasser, vorgemischten wässerigen Lösungen des Dispersionsmittels und des Festigungsverzögerungsmittels sowie dem Spülschlamm hergestellt wird. Dadurch wird ein pumpfähiger, nichtaktivierter Zementschlamm gebildet, der eine wässerige Lösung des Aktivators mit dem nichtaktivierten Zementschlamm verbindet, um diesen zu aktivieren. Danach wird die so zusammengestellte Zementierzusammensetzung in das Bohrloch eingepumpt.

7. Eine Vorgehensweise nach einem der Ansprüche 1 bis 6, inklusive der Schritte des Einführens einer Rohrkette in das Bohrloch, Umwälzen von Spülschlamm durch Abwärtspumpen durch das Innere des Rohrs und aufwärts durch einen Ringraum zwischen der Außenseite des Rohrs und einer Wand des Bohrlochs, während der Spülschlamm durch Entfernen der Festkörper und Gase aus dem Schlamm konditioniert wird; Pumpen der festigungsaktivierten Zementierzusammensetzung durch das Innere des Rohrs in den Ringraum, während Spülschlamm dadurch aus dem Ringraum verdrängt wird.