JPH0317037B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

ａ 産業上の利用分野 本発明は坑井セメンチング工法用のセメントス
ラリーに関する。 石油、天然ガス、地熱井、鉱山及び土木等の坑
井掘削の工程においては、坑井のケーシングセメ
ンチング、スクイズセメンチング、ライナーセメ
ンチング、さらには埋立セメンチングなどの工法
が、必要に応じて行われる。本発明は、これらの
セメンチング工法に用いるセメントスラリーに関
するものである。 坑井の掘削工程における、セメンチング工法
は、各生産層をお互い分離するとともに、それら
と水層とを隔離して坑井を通して地層間に流体の
移動が起こることを防止し、また淡水層、崩壊層
を遮蔽するために所定の深度までケーシングパイ
プを降下して、地表からケーシングパイプを通し
て、ケーシングパイプと坑壁との環状部にセメン
トスラリーを送入し、環状部をセメントスラリー
で充填し、裸孔を保護して、その後の掘削を安全
にする作業で、最も重要な作業の一つである。し
たがつて、セメンチング効果を上げるためには、
それぞれの坑井条件に適合したセメントスラリー
を使用しなければならない。 このセメントスラリーは、坑井条件に適合させ
るために、セメントと水よりなるスラリーに各種
添加剤を加えてなるセメント組成流体である。こ
こに用いる各種添加剤としては、セメント速硬
剤、セメント遅硬剤、低比重添加剤、高比重添加
剤、セメント分散剤、セメント脱水減少剤、セメ
ント強度安定剤、逸泥防止剤（セメントスラリー
が逸水層より地層中に浸透しすぎることを防止す
る資材）などがあり、その他必要に応じた特性材
料が使用される。 従来から用いられている坑井用セメント材料
は、その母体をポルトランド系セメントとするも
のであり、一般の土木建築用のセメント材料と異
なる点は、必要に応じて各種の添加剤を加えるこ
とにより、比重、粘性、チツクニングタイム、強
度などの特性を坑井条件に適合せしめることがで
きることにある。すなわち、添加剤を加えて坑井
条件に適合させる、温度や圧力の高い坑井内に送
入することができる点で、土木建築用のセメント
材料とは異なつている。したがつて、添加する添
加剤は、ポルトランド系セメントとの適応性が要
求される。 また、このような従来の無機系セメント材料の
みを用いたセメンチング工法においては、高温か
つ酸性の強い地層水の存在する地層帯において、
長期間にケーシングの腐食が進み、その外側のセ
メント硬化体に直接酸性物質を含む蒸気が接触す
ることが予想される。その際、セメント硬化体の
耐摩耗性が要求されるが、その点従来の無機系セ
メント材料のみでは充分ではない。 さらに、蒸気生産井においては、ケーシングパ
イプの熱膨張によるセメント硬化体とのズレを抑
えるために、ケーシングパイプとセメント硬化体
との接着面の接着強度をより大きくすることが望
まれる。 本発明者らは、このような課題を解決すべく説
意研究を行つて来た結果、無機系セメント材料
（例えばポルトランド系セメント、混合セメント、
シリカ及び石こう等）に合成樹脂および／または
合成樹脂組成物を添加することによつて、耐酸
性、耐摩耗性、接着強さ及び耐熱性の優れた坑井
セメンチング工法用のセメントスラリーを発明す
るに思い至つた。 すなわち本発明の要旨は、高温度用セメント材
料に対して合成樹脂および／または合成樹脂組成
物を添加混合し、これにセメント速硬剤、セメン
ト遅硬剤、低比重添加剤、高比重添加剤、セメン
ト分散剤、セメント脱水減少剤、セメント強度安
定剤および逸泥防止剤のグループから選ばれた少
なくとも１種を添加してなることを特徴とする坑
井セメンチング工法用のセメントスラリーにあ
る。 上記高温度用セメント材料として好ましいもの
は、地熱井用セメント（宇部興産(株)、日本セメン
ト(株)、住友セメント(株)製）、低比重地熱井用セメ
ント（宇部興産(株)製）、超低比重地熱井セメント
（宇部興産(株)製）などを用いることができ、これ
らはいずれも市販されている。これらの高温度用
セメント材料は、油井用セメント（API規格によ
り、ＡからＪまでの９クラスに区分されている）
のうちクラスＧセメント（高耐硫酸塩型）を母体
とし、これにケイ酸質材料を混合したセメントで
ある。 本発明の高温度用セメント材料は、上記の高温
度用セメント材料に限定されるものではなく、
API規格の各クラスのセメント及び混合セメント
（ポゾランセメント、高炉セメントなど）なども
適宜用いることができる。 表−１に上記地熱井用セメントと、該セメント
を調製するための油井用セメント（クラスＧ）の
化学的組成例を示す。

【表】 上記地熱井セメントは、 セメント添加剤（遅硬剤、逸泥防止剤等）を
自由な割合で添加使用できる、 低比重添加剤を混合して低比重セメントスラ
リーを作ることができる、 高温度下で耐熱性、耐久性に富んでいる、 硫酸塩に対する抵坑性に優れている、 風化速度が遅いため、長時間貯蔵することが
できる、などの特徴を有している。 本発明のセメントスラリーは、上記高温度用セ
メント材料を主材とし、これに合成樹脂および／
または合成樹脂組成物を添加することにより、耐
酸性、耐摩耗性、接着強さおよび耐熱性を向上さ
せたものである。 合成樹脂および合成樹脂組成物としては、一般
の合成樹脂あるいはその組成物を用いることがで
きる。合成樹脂の具体例としてはスチレンブタジ
エンゴムラテツクス、ポリクロロプレンゴムラテ
ツクス、塩化ビニリデン塩化ビニル、ポリ塩化ビ
ニル、エチレン酢酸ビニル、ポリアクリル酸エス
テルなどが挙げられ、合成樹脂組成物としては、
ポリ塩化ビニルとエチレン酢酸ビニル（１：１）、
スチレンブタジエンゴムラテツクスとポリクロロ
プレンゴムラテツクス（１：１）、ポリアクリル
酸エステルとエチレン酢酸ビニル（１：１）など
を挙げることができる。なお、本発明において用
いることができる合成樹脂および合成樹脂組成物
は、上記のものに限定されるものではない。 合成樹脂および合成樹脂組成物は、例えば坑井
内条件によつて選択されることになり、このこと
はセメンチング工法の成功、不成功に大きな影響
を与えることになる。 上記合成樹脂および合成樹脂組成物またはその
混合物は、高温度用セメント材料100重量部に対
し、５〜20重量部添加する。添加量が５重量部未
満の場合は、耐酸性、耐摩耗性、接着強さおよび
耐熱性を向上させる効果が劣り、添加量が20重量
部を越えると、セメンチング効果が急激に低下し
て、ケーシングパイプを長期間安全に保持できな
くなる。 本発明においては、高温度用セメント材料に合
成樹脂および／または合成樹脂組成物を添加混合
するとともに、これに坑井条件に適合するように
各種の添加剤を添加する。 添加される各種添加剤の具体例と添加量（高温
度用セメント材料100重量部に対する重量部）は
次のとおりである。

【表】

【表】 セメント速硬剤の添加量が0.5重量部未満の場
合は、硬化時間を短縮できない、５重量部を越え
ると、硬化時間が短かくなりすぎて、制御できな
い。セメント遅硬剤の添加量が0.1重量部未満の
場合は、硬化時間の遅延に硬化がなく、5.0重量
部を越えると、硬化しにくくなる。 低比重添加剤の添加量が100重量部を越えると、
地下水等の噴出を止めることができず、高比重添
加剤の添加量が70重量部を越えると、坑壁に圧力
がかかりすぎて、崩壊の虞れがある。 セメント分散剤の添加量が0.1重量部未満の場
合は、セメントスラリーとしての十分な流動性が
得られず、３重量部を越えると、スラリーの硬化
時間に悪影響を及ぼす。セメント脱水減少剤の添
加量が0.2重量部未満の場合は、脱水減少効果が
なくなり、遊離水が生じ、坑壁崩壊事故の虞れが
あり、6.0重量部を越えると、セメントスラリー
の硬化に悪影響を及ぼす虞れがある。セメント強
度安定剤の添加量が５重量部未満の場合は、セメ
ントスラリーの硬化後の強度が不均一になり、70
重量部を越えると、硬化後のセメント強度が強く
なりすぎ、ケーシングパイプの破裂などの事故の
虞れがある。 逸泥防止剤の添加量が５重量部未満の場合は逸
泥層のクラツクから地層内にセメントスラリーが
逃げ、ケーシングパイプと坑壁との環状部を十分
に充填できなくなり、30重量部を越えると、セメ
ントスラリーの流動性が悪化し、ポンピンクが困
難になる。 本発明のセメントスラリーは、好ましくは、先
ず清水に合成樹脂および／または合成樹脂組成物
を充分に混合懸濁してから、これに高温度用セメ
ント材料粉末を投入し、均一に混合懸濁させ、次
いで他の添加剤を適宜加えることにより製造す
る。速硬剤などの添加剤を添加したのち、合成樹
脂および／または合成樹脂組成物を混合する場合
は、合成樹脂あるいは合成樹脂組成物による効果
が低下して、耐酸性、耐摩耗性、接着強さ及び耐
熱性が低下する。 本発明のセメントスラリーには水が含有される
が、その含有量は高温度用セメント材料100重量
部に対して、20〜100重量部である。 合成樹脂および／または合成樹脂組成物を添加
してなる本発明のセメントスラリーは、従来のセ
メントスラリーよりも耐酸性、耐摩耗性、接着強
さおよび耐熱性に優れている点に特徴を有し、酸
性の高い地層水を有する地域及び高温度地層の地
域の掘削の際のセメンチング工法に最も適合した
セメントスラリーである。 次に、本発明のセメントスラリーを用いるセメ
ンチング工法について説明する。 一般の坑井におけるセメンチング工法は、各種
のセメンチング材料を水に懸濁させて、セメント
スラリーとして、このスラリーを坑井内に圧送入
して目的とするセメンチングを行なう。 この場合、セメントスラリーを坑井内に圧送す
る際、坑井のセメンチングの目的深度に達する前
に硬化したりスラリー性状が変化したりすること
はセメンチング工法の失敗の原因となり、以後の
掘削作業が困難になる。従つて、これらのセメン
トスラリーの流動特性を坑井内条件に適合せしめ
たものとすることも重要かつ必要な用件である。 従来のセメンチング工法用のスラリーは、セメ
ントを清水に懸濁させて、基礎セメントスラリー
を作り、これに坑井内条件に適合させるために遅
硬剤、脱水減少剤などの添加剤を加えてその特性
を調整していた。 これに対して、本発明のセメントスラリーは、
従来のセメントスラリーにさらに合成樹脂およ
び／または合成樹脂組成物を加えたもので、耐酸
性、耐摩耗性、接着強さ及び耐熱性の優れたセメ
ントスラリーである。 したがつて、本発明のセメントスラリーを用い
るセメンチング工法によれば、酸性の高い地層水
を有する地域及び高温度地層の掘削に適したセメ
ンチングを行なうことができる。 もちろん本発明のセメントスラリーは、通常の
坑井、例えば坑低温度が110℃以下のセメンチン
グ工法にも適用できる。 次に実施例を参照して本発明を一層詳細に説明
する。 実施例 １ ミキサーに全固形分40％のスチレンブタジエン
ゴムテツクス（以下「SBR」という。）をそれぞ
れ０、62.5、125、187.5、250ｇ取り、それぞれ
に水を225、187.5、150、112.5、75ｇ加えて撹拌
し、均一な懸濁液とし、これに地熱井用セメント
（時部興産社製、以下同じ）をそれぞれ500ｇ添加
し、撹拌混合し、スラリーを作り、各特性試験に
供した。特性試験は後述する各試験方法に従つ
た。 以上の試験結果を表−２に示す。

【表】

【表】 実施例 ２ ミキサーにSBRを250ｇ取り、水を75ｇ加え、
撹拌し、均一な懸濁液とし、これに地熱井用セメ
ントを500ｇ添加し、撹拌混合し、さらに遅硬剤
（米国、ハリバートン社、HR−12；リグニンス
ルホン酸系遅硬剤）を０、２、2.25、2.5ｇそれ
ぞれ添加し、撹拌混合し、セメントスラリーを作
り、実施例１と同様にシツクニングタイム及び圧
縮強さを測定した。 結果を表−３に示す。

【表】 実施例 ３ ミキサーに全固形分40％のエチレン酢酸ビニル
のエマルジヨン（以下EVAという。）を０、
62.5、125、187.5、250ｇそれぞれ取り、それぞ
れに水を225、187.5、150、112.5、75ｇ加えて撹
拌し、均一な懸濁液とし、これに地熱井用セメン
トをそれぞれ500ｇ添加し、撹拌混合し、セメン
トスラリーを作り、実施例１と同様に各項目につ
いて測定を行つた。 結果を表−４に示す。

【表】 実施例 ４ 実施例１における供試セメントスラリーをセメ
ント水比を変えてセメントスラリー比重を1.56と
一定にした場合、及びセメント水比を一定にして
スラリー比重を変えた場合のそれぞれのスラリー
をφ38.1×50.8mmの型に成形し、１日温水（50℃）
に浸し、その後168時間高温高圧（200℃、211
Kg／cm²下で蒸気養生し、この成形供試体を酸性温
水において温泉水に30日間浸せきし、その前後の
重量変化を測定し、重量変化率を求めた。 重量変化率は Ｗ−Wi−Wo／Wo×100 より求めた。 Ｗ；重量変化率（％）、 Wo；浸せき前の供試体重量（ｇ）、 Wi；１日後の浸せき後の供試体重量（ｇ） 結果を表−６に示す。

【表】

【表】 実施例 ５ ミキサーにSBRまたはEVAをそれぞれ０、
62.5、125、187.5、250ｇ取り、それぞれに水を
225、187.5、150、112.5、75ｇを加えて撹拌し、
均一な懸濁液とし、これにそれぞれ地熱井用セメ
ントを500ｇ添加して撹拌混合し、供試セメント
スラリーを作り、これを内径φ27.2×200mmのパイ
プに埋め込み成形し、１日温水（50℃）に浸し、
その後７日間高温高圧蒸気（200℃、211Kg／cm²）
下で養生し、押抜法によつてパイプの押抜力を測
定し、これをセメントとパイプの接着力として、
接着強さ試験を行つた。 その結果を表−７に示す。

【表】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高温度用セメント材料に、合成樹脂および／
   または合成樹脂組成物を添加混合し、これにセメ
   ント速硬剤、セメント遅硬剤、低比重添加剤、高
   比重添加剤、セメント分散剤、セメント脱水減少
   剤、セメント強度安定剤および逸泥防止剤のグル
   ープから選ばれた少くとも１種を添加してなるこ
   とを特徴とする坑井セメンチング工法用のセメン
   トスラリー。