JPH1036825A - 高温用低比重地熱井セメントスラリー - Google Patents
高温用低比重地熱井セメントスラリーInfo
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- JPH1036825A JPH1036825A JP8209028A JP20902896A JPH1036825A JP H1036825 A JPH1036825 A JP H1036825A JP 8209028 A JP8209028 A JP 8209028A JP 20902896 A JP20902896 A JP 20902896A JP H1036825 A JPH1036825 A JP H1036825A
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- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/42—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 地熱井のセメンチングに適した安定で低比重
のセメントスラリーを提供する。 【解決手段】 ３５〜６５重量％の微粉ポルトランドセ
メントおよび６５〜３５重量％の微粉シリカ質混合材を
主構成成分とする高温用セメント組成物が水に分散され
て形成された、スラリー比重１．４０〜１．６５（好ま
しくは１．４０〜１．６０）のセメントスラリーであっ
て、微粉シリカ質混合材が１０〜９０重量％の結晶質シ
リカ微粉末と９０〜１０重量％の非晶質シリカ微粉末と
からなり、微粉ポルトランドセメントと結晶質シリカ微
粉末のいずれもが８５００ｃｍ2 ／ｇ以上の粉末度（ブ
レーン値）を持ち、かつ非晶質シリカ微粉末が１２００
００ｃｍ2 ／ｇ以上の粉末度（ＢＥＴ比表面積）を持つ
ことを特徴とする高温用低比重地熱井セメントスラリ
ー。
のセメントスラリーを提供する。 【解決手段】 ３５〜６５重量％の微粉ポルトランドセ
メントおよび６５〜３５重量％の微粉シリカ質混合材を
主構成成分とする高温用セメント組成物が水に分散され
て形成された、スラリー比重１．４０〜１．６５（好ま
しくは１．４０〜１．６０）のセメントスラリーであっ
て、微粉シリカ質混合材が１０〜９０重量％の結晶質シ
リカ微粉末と９０〜１０重量％の非晶質シリカ微粉末と
からなり、微粉ポルトランドセメントと結晶質シリカ微
粉末のいずれもが８５００ｃｍ2 ／ｇ以上の粉末度（ブ
レーン値）を持ち、かつ非晶質シリカ微粉末が１２００
００ｃｍ2 ／ｇ以上の粉末度（ＢＥＴ比表面積）を持つ
ことを特徴とする高温用低比重地熱井セメントスラリ
ー。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、高温用低比重地
熱井セメントスラリーに関する。より詳しくは、本発明
は、地層温度が非常に高い坑井である地熱井のセメンチ
ングに適した低比重セメントスラリーに関するものであ
る。
熱井セメントスラリーに関する。より詳しくは、本発明
は、地層温度が非常に高い坑井である地熱井のセメンチ
ングに適した低比重セメントスラリーに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】地熱井の掘削時には、地層と坑井内に挿
入したケーシングとの間のアニュラス部分にセメントス
ラリーが充填される。この場合、坑壁の崩壊防止あるい
はセメンチングをより効果的に行うため、一般に、ポル
トランドセメントとシリカ質混合材とを主成分とする高
温用セメントを水に分散させて調製した比重が１．６０
〜２．０のスラリーが利用されており、また比重が１．
２０〜１．６５（特に、１．２０〜１．６０）程度の低
比重スラリーが使用されてきた。
入したケーシングとの間のアニュラス部分にセメントス
ラリーが充填される。この場合、坑壁の崩壊防止あるい
はセメンチングをより効果的に行うため、一般に、ポル
トランドセメントとシリカ質混合材とを主成分とする高
温用セメントを水に分散させて調製した比重が１．６０
〜２．０のスラリーが利用されており、また比重が１．
２０〜１．６５（特に、１．２０〜１．６０）程度の低
比重スラリーが使用されてきた。
【０００３】従来、セメントスラリーの低比重化方法と
しては、溶解水量の増量、低比重化材の添加あるいは気
泡の導入などの方法が知られている。このうち、溶解水
量の増量は、比重の小さい水の助けによるものであり、
この方法ではスラリー中での材料分離（遊離水の増大）
が顕著になる。これを防止するために、膨潤性の高いベ
ントナイトなどが添加されることが多いが、この方法で
は、２５０℃以上の高温下においては、ベントナイトの
添加により強度が低下するため、低比重化に限界があ
る。
しては、溶解水量の増量、低比重化材の添加あるいは気
泡の導入などの方法が知られている。このうち、溶解水
量の増量は、比重の小さい水の助けによるものであり、
この方法ではスラリー中での材料分離（遊離水の増大）
が顕著になる。これを防止するために、膨潤性の高いベ
ントナイトなどが添加されることが多いが、この方法で
は、２５０℃以上の高温下においては、ベントナイトの
添加により強度が低下するため、低比重化に限界があ
る。
【０００４】低比重化材を添加する方法では、パーライ
トあるいはマイクロスフェア（中空粒状材料）などが一
般的に使用される。しかしながら、低比重化材のスラリ
ー中での浮上分離、施工時における低比重化材粒子シェ
ル部（殻）の圧力破壊によるスラリー比重の大幅な増
加、さらには２５０℃を超えるような高温地熱環境下で
のセメントとの反応による粒子シェル部の溶出に起因す
る硬化後の大幅な収縮や強度低下などが起こる。
トあるいはマイクロスフェア（中空粒状材料）などが一
般的に使用される。しかしながら、低比重化材のスラリ
ー中での浮上分離、施工時における低比重化材粒子シェ
ル部（殻）の圧力破壊によるスラリー比重の大幅な増
加、さらには２５０℃を超えるような高温地熱環境下で
のセメントとの反応による粒子シェル部の溶出に起因す
る硬化後の大幅な収縮や強度低下などが起こる。
【０００５】スラリー中への気泡の導入は、空気や窒素
ガスにより行われる。この場合、気泡の粒径は地熱井の
温度や圧力（深度）によって大幅に変化するため、その
調節のために、地上装置としてのハード、制御のための
ソフトなどが必要となる。
ガスにより行われる。この場合、気泡の粒径は地熱井の
温度や圧力（深度）によって大幅に変化するため、その
調節のために、地上装置としてのハード、制御のための
ソフトなどが必要となる。
【０００６】一方、地熱井の地層部分には浸透性地層、
節理、亀裂、断層などが多く、スラリー中の水が施工時
に地層中に濾過・吸収される脱水現象を起こし、このた
めセメンチング部分に欠陥を生じやすい。このため、脱
水調整剤がスラリー調整時に添加されるが、従来の脱水
調整剤は耐熱性が低く、２５０℃を超えるような高温条
件下では機能が劣化し、使用に耐えない。
節理、亀裂、断層などが多く、スラリー中の水が施工時
に地層中に濾過・吸収される脱水現象を起こし、このた
めセメンチング部分に欠陥を生じやすい。このため、脱
水調整剤がスラリー調整時に添加されるが、従来の脱水
調整剤は耐熱性が低く、２５０℃を超えるような高温条
件下では機能が劣化し、使用に耐えない。
【０００７】一方、特開平６−４２２８１号公報には、
微粉ポルトランドセメントと硬珪石など微粉シリカ質混
合材の混合物を、ブレーン値で５０００〜１３０００ｃ
ｍ2／ｇの範囲の粉末度に調整し、これに遅硬剤を添加
したものを水に分散させたセメントスラリーを油井、地
熱井及び一般土木等の坑井の掘削における逸水防止工法
に利用する発明が記載されている。この公報に記載のセ
メントスラリーは、掘削用泥水が地層に逸流する障害が
起こった場合に、その箇所を補修するために使用するも
の、すなわち逸水防止に用いられるものであり、高度の
耐熱性や低比重化に対する考慮は施されていない。従っ
て、高温の地熱井のセメンチングに適した低比重で、か
つ安定なセメントスラリーの製造のための示唆はない。
微粉ポルトランドセメントと硬珪石など微粉シリカ質混
合材の混合物を、ブレーン値で５０００〜１３０００ｃ
ｍ2／ｇの範囲の粉末度に調整し、これに遅硬剤を添加
したものを水に分散させたセメントスラリーを油井、地
熱井及び一般土木等の坑井の掘削における逸水防止工法
に利用する発明が記載されている。この公報に記載のセ
メントスラリーは、掘削用泥水が地層に逸流する障害が
起こった場合に、その箇所を補修するために使用するも
の、すなわち逸水防止に用いられるものであり、高度の
耐熱性や低比重化に対する考慮は施されていない。従っ
て、高温の地熱井のセメンチングに適した低比重で、か
つ安定なセメントスラリーの製造のための示唆はない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では上記のよ
うに、特に地熱井のセメンチングの用途を意識した場合
において、低比重化の限界、低比重化材の耐熱性あるい
は気泡導入時のハード、ソフト面での複雑さなどの、解
決が容易ではない技術的あるいは経済的な問題がある。
そこで、本発明の課題は、２５０℃を超えるような、特
に３００℃を超えるような極めて高温の地熱井の地層条
件下で、低比重セメントスラリーの施工性及び長期的な
硬化特性を改善することにある。
うに、特に地熱井のセメンチングの用途を意識した場合
において、低比重化の限界、低比重化材の耐熱性あるい
は気泡導入時のハード、ソフト面での複雑さなどの、解
決が容易ではない技術的あるいは経済的な問題がある。
そこで、本発明の課題は、２５０℃を超えるような、特
に３００℃を超えるような極めて高温の地熱井の地層条
件下で、低比重セメントスラリーの施工性及び長期的な
硬化特性を改善することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、３５〜６５重
量％の微粉ポルトランドセメント及び６５〜３５重量％
の微粉シリカ質混合材を主構成成分とする高温用セメン
ト組成物が水に分散されてなる、スラリー比重１．４０
〜１．６５（好ましくは１．４０〜１．６０）のセメン
トスラリーであって、該微粉シリカ質混合材が、１０〜
９０重量％の結晶質シリカ微粉末と９０〜１０重量％の
非晶質シリカ微粉末とからなり、微粉ポルトランドセメ
ントと結晶質シリカ微粉末のいずれもが８５００ｃｍ2
／ｇ以上の粉末度（ブレーン値）を持ち、かつ非晶質シ
リカ微粉末が１２００００ｃｍ2／ｇ以上の粉末度（Ｂ
ＥＴ比表面積）を持つことを特徴とする高温用低比重地
熱井セメントスラリーにある。
量％の微粉ポルトランドセメント及び６５〜３５重量％
の微粉シリカ質混合材を主構成成分とする高温用セメン
ト組成物が水に分散されてなる、スラリー比重１．４０
〜１．６５（好ましくは１．４０〜１．６０）のセメン
トスラリーであって、該微粉シリカ質混合材が、１０〜
９０重量％の結晶質シリカ微粉末と９０〜１０重量％の
非晶質シリカ微粉末とからなり、微粉ポルトランドセメ
ントと結晶質シリカ微粉末のいずれもが８５００ｃｍ2
／ｇ以上の粉末度（ブレーン値）を持ち、かつ非晶質シ
リカ微粉末が１２００００ｃｍ2／ｇ以上の粉末度（Ｂ
ＥＴ比表面積）を持つことを特徴とする高温用低比重地
熱井セメントスラリーにある。
【００１０】上記の微粉ポルトランドセメントと結晶質
シリカ微粉末のいずれの粉末度（ブレーン値）も８５０
０〜１３０００ｃｍ2 ／ｇの範囲にあることが好まし
く、また、非晶質質シリカ微粉末は、その粉末度が、Ｂ
ＥＴ比表面積で１２００００〜２５００００ｃｍ2 ／ｇ
の範囲にあるような超微粉末であることが好ましい。そ
のような超微粉末の非晶質質シリカ微粉末の例としては
シリカフュームを挙げることができる。また、セメンチ
ング時の施工条件（坑井条件）によって、添加剤を使い
分けることが好ましく、遅硬剤、分散剤、脱水調整剤あ
るいは消泡剤のうち１種または２種以上の添加剤が使用
できる。
シリカ微粉末のいずれの粉末度（ブレーン値）も８５０
０〜１３０００ｃｍ2 ／ｇの範囲にあることが好まし
く、また、非晶質質シリカ微粉末は、その粉末度が、Ｂ
ＥＴ比表面積で１２００００〜２５００００ｃｍ2 ／ｇ
の範囲にあるような超微粉末であることが好ましい。そ
のような超微粉末の非晶質質シリカ微粉末の例としては
シリカフュームを挙げることができる。また、セメンチ
ング時の施工条件（坑井条件）によって、添加剤を使い
分けることが好ましく、遅硬剤、分散剤、脱水調整剤あ
るいは消泡剤のうち１種または２種以上の添加剤が使用
できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明は、上記のように、２５０
℃を超えるような、特に３００℃を超えるような非常に
高温の地熱環境下で施工性及び長期硬化特性に優れた低
比重セメントスラリーを提供するものである。この本発
明の地熱井用低比重セメントスラリーは、耐熱性の高い
高温用セメント成分を水に分散して得られるものであ
る。耐熱性は、セメントや、その他の任意添加成分に不
可欠な特性である。セメントスラリーの低比重化は、基
本的には溶解水量の増量によるものであるが、使用材料
の種類、粉末度あるいは配合割合などに関する詳細な検
討の結果、それらを特定の範囲で組合せることにより、
従来の溶解水量の増量による一般的な方法では達成困難
であった特性が得られることを見出した。
℃を超えるような、特に３００℃を超えるような非常に
高温の地熱環境下で施工性及び長期硬化特性に優れた低
比重セメントスラリーを提供するものである。この本発
明の地熱井用低比重セメントスラリーは、耐熱性の高い
高温用セメント成分を水に分散して得られるものであ
る。耐熱性は、セメントや、その他の任意添加成分に不
可欠な特性である。セメントスラリーの低比重化は、基
本的には溶解水量の増量によるものであるが、使用材料
の種類、粉末度あるいは配合割合などに関する詳細な検
討の結果、それらを特定の範囲で組合せることにより、
従来の溶解水量の増量による一般的な方法では達成困難
であった特性が得られることを見出した。
【００１２】高温用セメントは、大別するとベースセメ
ント（ポルトランドセメント）とシリカ質混合材から構
成される。これらの材料の粉末度はいずれも細かいこと
が必要であって、共に、ブレーン値で表示した場合に８
５００ｃｍ2 ／ｇ以上（好ましくは、９０００ｃｍ2 ／
ｇ以上）であることが有効である。従って、高温用セメ
ントとしての粉末度は、ブレーン値で８５００ｃｍ2 ／
ｇ以上となる。すなわち、スラリー中での材料不分離性
や極めて高温の地熱環境下で優れた硬化特性を確保する
ため、使用材料の微粉化は不可欠となる。
ント（ポルトランドセメント）とシリカ質混合材から構
成される。これらの材料の粉末度はいずれも細かいこと
が必要であって、共に、ブレーン値で表示した場合に８
５００ｃｍ2 ／ｇ以上（好ましくは、９０００ｃｍ2 ／
ｇ以上）であることが有効である。従って、高温用セメ
ントとしての粉末度は、ブレーン値で８５００ｃｍ2 ／
ｇ以上となる。すなわち、スラリー中での材料不分離性
や極めて高温の地熱環境下で優れた硬化特性を確保する
ため、使用材料の微粉化は不可欠となる。
【００１３】更に、本発明では、シリカ質混合材とし
て、結晶質のシリカと非晶質（ガラス状）のシリカを併
用する。結晶質シリカとしては硬珪石、珪石などを挙げ
ることができる。非晶質シリカとしてはシリカフューム
が特に好ましい。非晶質シリカは、その粉末度（Ｎ2 ガ
ス吸着によるＢＥＴ比表面積）が１２００００〜２５０
０００ｍ2 ／ｇの範囲にあるものが好ましく、特に顆粒
状にしたものが良い。この超微粒子の非晶質は、特に高
温条件における本発明の地熱井用セメントスラリーの安
定性（分散安定性）の向上やセメンチングにおける反応
性の向上に有効である。また顆粒状の非晶質シリカは、
セメント製造時のハンドリング性及びセメントスラリー
調製時の分散性、そして硬化特性に優れている。
て、結晶質のシリカと非晶質（ガラス状）のシリカを併
用する。結晶質シリカとしては硬珪石、珪石などを挙げ
ることができる。非晶質シリカとしてはシリカフューム
が特に好ましい。非晶質シリカは、その粉末度（Ｎ2 ガ
ス吸着によるＢＥＴ比表面積）が１２００００〜２５０
０００ｍ2 ／ｇの範囲にあるものが好ましく、特に顆粒
状にしたものが良い。この超微粒子の非晶質は、特に高
温条件における本発明の地熱井用セメントスラリーの安
定性（分散安定性）の向上やセメンチングにおける反応
性の向上に有効である。また顆粒状の非晶質シリカは、
セメント製造時のハンドリング性及びセメントスラリー
調製時の分散性、そして硬化特性に優れている。
【００１４】本発明の高温用低比重地熱井セメントスラ
リーに配合することができる添加剤としては、セメント
の硬化を遅らせる遅硬剤、セメント粒子の凝集物をスラ
リー中で十分に解こうして流動性を高める分散剤、スラ
リー中の溶解水の地層への逸水を防止する脱水調整剤、
あるいはセメントスラリー調製時（セメントの溶解、攪
拌時）の気泡の混入を防止するための消泡剤などを挙げ
ることができる。これらの添加剤は、地層条件、高温用
セメントの組成あるいは使用する添加剤の種類や添加量
によって組合わされ、これら添加剤の添加総量はセメン
トに対して１０％以下が好ましい。その特に重要な添加
剤は、遅硬剤及び脱水調整剤である。遅硬剤としては、
地層温度が高くなると有機系（例えば、ＴＲ−１４、Ｔ
Ｒ−１６（いずれも（株）テルナイト製））と無機系
（例えば、ＴＲ−１８（（株）テルナイト製））との併
用が特に効果的である。脱水調整剤は高温下で劣化が起
こり易く、その耐熱性の向上が強く望まれていたが、セ
メントスラリーの循環温度が２００℃を超えるような場
合において、脱水調整剤としては、ＡＭＰＳ系（Acryla
mido Methyl Propane Sulphonic Acid）やビニルアミド
とビニルスルフォン酸との共重合物は脱水量を大幅に低
減することが可能である。本発明の高温用低比重地熱井
セメントスラリーには、その他の各種のセメント用添加
剤を任意に配合することができる。そのような添加剤で
上記記載のもの以外の各種の添加剤の例は、特開平６−
４２２８１号公報に記載がある。
リーに配合することができる添加剤としては、セメント
の硬化を遅らせる遅硬剤、セメント粒子の凝集物をスラ
リー中で十分に解こうして流動性を高める分散剤、スラ
リー中の溶解水の地層への逸水を防止する脱水調整剤、
あるいはセメントスラリー調製時（セメントの溶解、攪
拌時）の気泡の混入を防止するための消泡剤などを挙げ
ることができる。これらの添加剤は、地層条件、高温用
セメントの組成あるいは使用する添加剤の種類や添加量
によって組合わされ、これら添加剤の添加総量はセメン
トに対して１０％以下が好ましい。その特に重要な添加
剤は、遅硬剤及び脱水調整剤である。遅硬剤としては、
地層温度が高くなると有機系（例えば、ＴＲ−１４、Ｔ
Ｒ−１６（いずれも（株）テルナイト製））と無機系
（例えば、ＴＲ−１８（（株）テルナイト製））との併
用が特に効果的である。脱水調整剤は高温下で劣化が起
こり易く、その耐熱性の向上が強く望まれていたが、セ
メントスラリーの循環温度が２００℃を超えるような場
合において、脱水調整剤としては、ＡＭＰＳ系（Acryla
mido Methyl Propane Sulphonic Acid）やビニルアミド
とビニルスルフォン酸との共重合物は脱水量を大幅に低
減することが可能である。本発明の高温用低比重地熱井
セメントスラリーには、その他の各種のセメント用添加
剤を任意に配合することができる。そのような添加剤で
上記記載のもの以外の各種の添加剤の例は、特開平６−
４２２８１号公報に記載がある。
【００１５】
［実施例１〜３、比較例１〜６］使用したベースセメン
ト及びシリカ質混合材の粉末度及び化学組成を第１表に
示す。
ト及びシリカ質混合材の粉末度及び化学組成を第１表に
示す。
【００１６】
【表１】 第１表 ──────────────────────────────────── 種別 ブレーン値 化学組成（％） （cm2/g ） SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO SO2 ──────────────────────────────────── ビーライトＩ 8700 30.1 1.7 2.3 61.0 1.9 ベースセメント ビーライトII 9400 25.0 3.6 3.8 62.0 1.9 クラスＧ 9200 22.2 3.1 4.8 64.4 1.9 ──────────────────────────────────── シリカ質混合材 珪石粉 11300 97.5 0.8 0.4 0.2 − シリカフューム 148000* 97.6 1.1 0.0 0.1 − ──────────────────────────────────── 注）シリカフュームの値はＢＥＴ比表面積である
【００１７】ビーライトIIのベースセメント、そしてシ
リカ質混合材を配合割合を変えて用い、分散剤（ＴＤ−
５５（（株）テルナイト製）、０．５％）及び所要量の
水を添加してセメントスラリーを調製した。水量は、Ａ
ＰＩ規格の標準コンシステンシー（２０分後のコンシス
テンシーが１１ＡＢｃ）になることを条件とした。上記
で得られたセメントスラリーについて、比重、粘性（５
秒後のコンシステンシー）、および硬化特性（圧縮強
度、水浸透率、養生条件：３５０℃、２１１ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 、２４時間）を測定した。スラリーの調製、及び試
験方法などはＡＰＩ規格に準拠して行った。これらの試
験の結果を第２表に示す。
リカ質混合材を配合割合を変えて用い、分散剤（ＴＤ−
５５（（株）テルナイト製）、０．５％）及び所要量の
水を添加してセメントスラリーを調製した。水量は、Ａ
ＰＩ規格の標準コンシステンシー（２０分後のコンシス
テンシーが１１ＡＢｃ）になることを条件とした。上記
で得られたセメントスラリーについて、比重、粘性（５
秒後のコンシステンシー）、および硬化特性（圧縮強
度、水浸透率、養生条件：３５０℃、２１１ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 、２４時間）を測定した。スラリーの調製、及び試
験方法などはＡＰＩ規格に準拠して行った。これらの試
験の結果を第２表に示す。
【００１８】
【表２】 第２表 ──────────────────────────────────── 配合割合（％） 水/セメント スラリー コンシステン 圧縮強度 水浸透率 ビ-ライトII 珪石粉 シリカフューム 比(%) 比重 シー(ABc) (kgf/cm3) （ｍｄ） ──────────────────────────────────── 比１ ７０ ２０ １０ ９２ 1.53 ５ ５６ 3.01×10-1 比２ ７０ １０ ２０ １０１ 1.49 ５ ７０ 2.30×10-1 比３ ７０ ０ ３０ １０９ 1.46 ５ ７４ 2.80×10-1 ──────────────────────────────────── 実１ ５５ ３０ １５ 92.5 1.51 ４ １０３ 1.06×10-1 実２ ５５ １５ ３０ １０３ 1.47 ７ ８５ 2.85×10-2 実３ ３５ ２２ ４３ １１１ 1.42 １０ １０２ 3.35×10-2 ──────────────────────────────────── 比４ ３５ ０ ６５ １１９ 1.39 １４ １５２ 5.63×10-3 比５ １０ ０ ９０ １３８ 1.32 １８ ２４ 2.54×10-1 比６ １０ ９０ ０ ６４ 1.62 ８ ５ 1.87 ────────────────────────────────────
【００１９】上記の結果から、混練直後にスラリーがこ
わばらず（コンシステンシーが１１ＡＢｃ以下）、３５
０℃での硬化特性（強度と耐水浸透性）に優れたもの
は、シリカ質混合材料として結晶質シリカとシリカフュ
ーム（非晶質シリカ）とを組合せて用いたセメントスラ
リーであることが分る。
わばらず（コンシステンシーが１１ＡＢｃ以下）、３５
０℃での硬化特性（強度と耐水浸透性）に優れたもの
は、シリカ質混合材料として結晶質シリカとシリカフュ
ーム（非晶質シリカ）とを組合せて用いたセメントスラ
リーであることが分る。
【００２０】［実施例４〜６］第１表のベースセメント
（ビーライトＩ、ビーライトII、クラスＧ）、珪石粉及
びシリカフュームをそれぞれ５５重量％、３０重量％、
１５重量％配合し、脱水調整剤（ビニルアミドとビニル
スルフォン酸との共重合物）、遅硬剤（ＴＲ−１８、Ｔ
Ｒ−１６）及び水を加えてセメントスラリーを調製し
た。これらのスラリーについて、地熱井の温度３００℃
を想定し、ＡＰＩ規格に準拠して遊離水、脱水量（２０
０℃−２時間熱処理後、９０℃、差圧７０ｋｇｆ／ｃｍ
2 条件下で測定）、シックニングタイム（試験条件は２
００℃、６００ｋｇｆ／ｃｍ2 ）、圧縮強度（条件：３
００℃、２１１ｋｇｆ／ｃｍ2 ）と水浸透率（条件：３
００℃、２１１ｋｇｆ／ｃｍ2 ）を測定した。結果を第
３表及び第４表に示す。
（ビーライトＩ、ビーライトII、クラスＧ）、珪石粉及
びシリカフュームをそれぞれ５５重量％、３０重量％、
１５重量％配合し、脱水調整剤（ビニルアミドとビニル
スルフォン酸との共重合物）、遅硬剤（ＴＲ−１８、Ｔ
Ｒ−１６）及び水を加えてセメントスラリーを調製し
た。これらのスラリーについて、地熱井の温度３００℃
を想定し、ＡＰＩ規格に準拠して遊離水、脱水量（２０
０℃−２時間熱処理後、９０℃、差圧７０ｋｇｆ／ｃｍ
2 条件下で測定）、シックニングタイム（試験条件は２
００℃、６００ｋｇｆ／ｃｍ2 ）、圧縮強度（条件：３
００℃、２１１ｋｇｆ／ｃｍ2 ）と水浸透率（条件：３
００℃、２１１ｋｇｆ／ｃｍ2 ）を測定した。結果を第
３表及び第４表に示す。
【００２１】
【表３】 第３表 ──────────────────────────────────── ベースセメント 添加剤（％）1) 水／セメン 脱水調整剤2) ＴＲ−１８ ＴＲ−１６ ト比（％） ──────────────────────────────────── 実施例４ ビーライトＩ ０．５０ ２．５０ ２．１０ ８２．０ 実施例５ ビーライトII ０．５０ ２．５０ ２．２０ ９２．５ 実施例６ クラスＧ ０．５０ ３．００ １．７０ ８９．０ ──────────────────────────────────── 注１）高温用セメントに対する外割重量基準。 ２）ビニルアミドとビニルスルフォン酸との共重合物。 スラリー比重：実施例４（１．５５）、実施例５と６（共に１．５１）
【００２２】
【表４】 第４表 ──────────────────────────────────── 遊離水 脱水量 シックニングタイム 圧縮強度 水浸透率 （％）(ml/30分) （時：分）（kgf/cm2 ） （ｍｄ） ７日 ２８日 ７日 ２８日 ──────────────────────────────────── 実施例４ 0.04 ２１５ ４：０１ １０５ ９８ 1.10×10-2 3.19×10-2 実施例５ 0.10 ３４４ ４：０３ ８９ ８１ 1.57×10-3 2.99×10-3 実施例６ 0.00 ３２０ ４：２３ ７９ ８７ 1.39×10-2 2.30×10-2 ────────────────────────────────────
【００２３】［実施例７〜９］実施例４〜６において用
いた高温用セメント三種に、脱水調整材（ビニルアミド
とビニルスルフォン酸との共重合物）、分散剤（ＴＤ−
６０）、遅硬剤（ＴＲ−１８、ＴＲ−１６）、および水
を加えてセメントスラリーを調製した。これらのセメン
トスラリーのそれぞれについて、地熱井の温度３５０℃
を想定し、ＡＰＩ規格に準拠した方法で、遊離水、脱水
量（２３０℃で２時間熱処理ののち、９０℃、差圧７０
ｋｇｆ／ｃｍ2 で測定）、シックニングタイム（試験条
件は２３０℃、６００ｋｇｆ／ｃｍ2 ）、圧縮強度（試
験条件は、３５０℃、２１１ｋｇｆ／ｃｍ2 ）、水浸透
率（試験条件は３５０℃、２１１ｋｇｆ／ｃｍ2 ）を測
定した。これらの試験の結果を第５表及び第６表に示
す。
いた高温用セメント三種に、脱水調整材（ビニルアミド
とビニルスルフォン酸との共重合物）、分散剤（ＴＤ−
６０）、遅硬剤（ＴＲ−１８、ＴＲ−１６）、および水
を加えてセメントスラリーを調製した。これらのセメン
トスラリーのそれぞれについて、地熱井の温度３５０℃
を想定し、ＡＰＩ規格に準拠した方法で、遊離水、脱水
量（２３０℃で２時間熱処理ののち、９０℃、差圧７０
ｋｇｆ／ｃｍ2 で測定）、シックニングタイム（試験条
件は２３０℃、６００ｋｇｆ／ｃｍ2 ）、圧縮強度（試
験条件は、３５０℃、２１１ｋｇｆ／ｃｍ2 ）、水浸透
率（試験条件は３５０℃、２１１ｋｇｆ／ｃｍ2 ）を測
定した。これらの試験の結果を第５表及び第６表に示
す。
【００２４】
【表５】 第５表 ──────────────────────────────────── ベースセメント 添加剤（％）1) 水／セメン 脱水調整剤2)TD-60 TR-18 TR-16 ト比（％） ──────────────────────────────────── 実施例７ ビーライトＩ ０．５０ 0.75 3.50 2.80 ８２．０ 実施例８ ビーライトII ０．５０ 0.75 4.20 3.00 ９２．５ 実施例９ クラスＧ ０．５０ 0.75 4.20 3.00 ８９．０ ──────────────────────────────────── 注１）高温用セメントに対する外割重量基準。 注２）ビニルアミドとビニルスルフォン酸との共重合物。
【００２５】
【表６】 第６表 ──────────────────────────────────── 遊離水 脱水量 シックニングタイム 圧縮強度 水浸透率 （％）(ml/30分) （時：分）（kgf/cm2 ） （ｍｄ） ７日 ２８日 ７日 ２８日 ──────────────────────────────────── 実施例７ 0.00 ３９５ ４：５２ １２３ ９８ 1.06×10-2 2.57×10-2 実施例８ 0.14 ４２８ ５：００ ９６ １０７ 1.79×10-2 2.20×10-2 実施例９ 0.00 ４０８ ４：５０ ８２ １００ 3.62×10-2 2.37×10-2 ────────────────────────────────────
【００２６】［比較例７〜１０］粉末度（ブレー値で表
示）の異なるビーライトIIおよび珪石粉を用い、これに
シリカフュームを加えた高温用セメントに、添加剤及び
水を加えて、比重１．５のスラリーを調製した。これら
のスラリーについて、遊離水及びシックニングタイム
（試験条件は、２００℃、６００ｋｇｆ／ｃｍ2 ）の測
定を行った。結果を第７表及び第８表に示す。参考のた
め、前述の実施例５の結果を併記した。
示）の異なるビーライトIIおよび珪石粉を用い、これに
シリカフュームを加えた高温用セメントに、添加剤及び
水を加えて、比重１．５のスラリーを調製した。これら
のスラリーについて、遊離水及びシックニングタイム
（試験条件は、２００℃、６００ｋｇｆ／ｃｍ2 ）の測
定を行った。結果を第７表及び第８表に示す。参考のた
め、前述の実施例５の結果を併記した。
【００２７】
【表７】 第７表 ──────────────────────────────────── 配合割合（％） シリカ 高温用セメント ビーライトII 珪石粉 フューム ブレ ーン 値(cm2/g) 3200 6300 9400 6300 7300 11300 ──────────────────────────────────── 実施例５ ０ ０ ５５ ０ ０ ３０ １５ １１３００ 比較例７ ０ ５５ ０ ０ ３０ ０ １５ ８１００ 比較例８ ５５ ０ ０ ０ ３０ ０ １５ ５９００ 比較例９ ５５ ０ ０ ３０ ０ ０ １５ ４９００ 比較例10 ５５ ０ ０ １５ ０ ０ ３０ ７０００ ────────────────────────────────────
【００２８】
【表８】 第８表 ──────────────────────────────────── 添加剤（％）1) 水セメント 遊離水 シックニングタイム 脱水調整剤2)TD-60 TR-18 TR-16 比（％） (ml) （時：分） ──────────────────────────────────── 実施例５ 0.50 0 2.50 2.20 92.5 ０．１ ４：０３ 比較例７ 0.50 0.60 0 0 92.5 ２．８ ４：５３ 比較例８ 0.50 0.50 0 0 92.5 ２．８ ４：３７ 比較例９ 0.50 0.45 0 0 92.5 ３．２ ３：４１3) 比較例10 0.50 1.25 0 0 92.5 １．６ ４：３０ ──────────────────────────────────── 注１）高温用セメントに対する外割重量基準。 注２）ビニルアミドとビニルスルフォン酸との共重合物。 注３）ＴＤ−６０（０．４０％）
【００２９】上記の結果から、高温用セメントの粉末度
（ブレーン値）が８１００ｃｍ2 ／ｇ以下では、セメン
トスラリー中で材料分離を起こし、遊離水量が多くなり
望ましくないことがわかる。
（ブレーン値）が８１００ｃｍ2 ／ｇ以下では、セメン
トスラリー中で材料分離を起こし、遊離水量が多くなり
望ましくないことがわかる。
【００３０】［比較例１１〜１６」第９表に示す従来の
地熱井セメント材料を使用し、溶解水量を増量して低比
重化を図り、その際のスラリー中での材料分離を抑制す
るため、ベントナイトを添加する方法で比重１．５０の
セメントスラリーを調製した。その場合、セメント添加
剤として、分散剤（ＴＤ−５５）及び遅硬剤（ＴＲ−１
８、ＴＲ−１４）を添加した。このスラリーについて、
地熱井温度３５０℃を想定し、シックニングタイム（２
３０℃、６００ｋｇｆ／ｃｍ2 ）、圧縮強度（３５０
℃、２１１ｋｇｆ／ｃｍ2 ）、水浸透率（３５０℃、２
１１ｋｇｆ／ｃｍ2 ）を測定した。それらの試験の結果
を第１０表に示す。
地熱井セメント材料を使用し、溶解水量を増量して低比
重化を図り、その際のスラリー中での材料分離を抑制す
るため、ベントナイトを添加する方法で比重１．５０の
セメントスラリーを調製した。その場合、セメント添加
剤として、分散剤（ＴＤ−５５）及び遅硬剤（ＴＲ−１
８、ＴＲ−１４）を添加した。このスラリーについて、
地熱井温度３５０℃を想定し、シックニングタイム（２
３０℃、６００ｋｇｆ／ｃｍ2 ）、圧縮強度（３５０
℃、２１１ｋｇｆ／ｃｍ2 ）、水浸透率（３５０℃、２
１１ｋｇｆ／ｃｍ2 ）を測定した。それらの試験の結果
を第１０表に示す。
【００３１】
【表９】 第９表 ──────────────────────────────────── ベースセメント ブレーン値 化学組成（％） （cm2/g ） SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO SO2 ──────────────────────────────────── 地熱井セメント ３５２０ 44.6 2.5 3.7 45.5 1.4 ────────────────────────────────────
【００３２】
【表１０】 第１０表 ──────────────────────────────────── 添加剤 ベント1)水セメ シックニング 圧縮強度 水浸透率 （％） ナイト ント比 タイム （kgf/cm2 ）（ｍｄ） TD−55 TR −18 TR−14 (%) (%) (h:min) 7日 28日 7日 28日 ──────────────────────────────────── 比較例11 0.5 2.5 1.1 1.5 101.8 3:50 42 60 2.51 6.32 ──────────────────────────────────── 注１）地熱井セメントに対する外割重量基準。
【００３３】上記の試験結果を考慮し、一般的に使用さ
れている脱水調整剤であるＣＭＨＥＣ（カルボキシメチ
ルヒドロキシエチルセルロース）の５．９４ｇ／ｌ水溶
液を用い、処理温度を１２０〜２００℃に変え２時間オ
ートクレーブ養生を行った。これとは別に、比較例１１
に使用した地熱井セメント、分散剤（ＴＤ−５５）と上
記の熱処理したＣＭＨＥＣ水溶液を水セメント比５０．
５％加えて、２７℃で７０ｋｇｆ／ｃｍ2 の差圧条件下
で脱水量を測定した。脱水試験装置はＡＰＩ規定のもの
を使用した。結果を第１１表に示す。第１１表からわか
るように、従来の脱水調整剤では耐熱性が低く、試験温
度が１８０℃を超えると脱水量が多くなる。
れている脱水調整剤であるＣＭＨＥＣ（カルボキシメチ
ルヒドロキシエチルセルロース）の５．９４ｇ／ｌ水溶
液を用い、処理温度を１２０〜２００℃に変え２時間オ
ートクレーブ養生を行った。これとは別に、比較例１１
に使用した地熱井セメント、分散剤（ＴＤ−５５）と上
記の熱処理したＣＭＨＥＣ水溶液を水セメント比５０．
５％加えて、２７℃で７０ｋｇｆ／ｃｍ2 の差圧条件下
で脱水量を測定した。脱水試験装置はＡＰＩ規定のもの
を使用した。結果を第１１表に示す。第１１表からわか
るように、従来の脱水調整剤では耐熱性が低く、試験温
度が１８０℃を超えると脱水量が多くなる。
【００３４】
【表１１】 第１１表 ──────────────────────────────────── ＴＤ−１５ セメント比 スラリー 脱水調整剤の 脱水量 （％） （％） 比重 熱処理温度（℃） ──────────────────────────────────── 比較例12 ０．５ ５０．５ １．８０ 未処理 ２２２ 比較例13 ０．５ ５０．５ １．８０ １２０ ２３６ 比較例14 ０．５ ５０．５ １．８０ １５０ ２５６ 比較例15 ０．５ ５０．５ １．８０ １８０ １２９９ 比較例16 ０．５ ５０．５ １．８０ ２００ １３６４ ────────────────────────────────────
【００３５】
【発明の効果】本発明のセメントスラリーは、地熱井で
の使用に適する低比重を持ちながら、極めて高温の地層
温度を持つ地熱井での使用に際して、成分の分離が起こ
りにくく、高い安定性を示し、また硬化処理後には、高
い圧縮率や低い水浸透率などのような地熱井のセメンチ
ングに必須な特性を示す。
の使用に適する低比重を持ちながら、極めて高温の地層
温度を持つ地熱井での使用に際して、成分の分離が起こ
りにくく、高い安定性を示し、また硬化処理後には、高
い圧縮率や低い水浸透率などのような地熱井のセメンチ
ングに必須な特性を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡林 茂生 山口県宇部市西本町１丁目12番32号 宇部 興産株式会社宇部本社内 (72)発明者 小西 和夫 山口県宇部市西本町１丁目12番32号 宇部 興産株式会社宇部本社内
Claims (4)
- 【請求項１】 ３５〜６５重量％の微粉ポルトランドセ
メントおよび６５〜３５重量％の微粉シリカ質混合材を
主構成成分とする高温用セメント組成物が水に分散され
てなる、スラリー比重１．４０〜１．６５のセメントス
ラリーであって、該微粉シリカ質混合材が、１０〜９０
重量％の結晶質シリカ微粉末と９０〜１０重量％の非晶
質シリカ微粉末とからなり、微粉ポルトランドセメント
と結晶質シリカ微粉末のいずれもが８５００ｃｍ2 ／ｇ
以上の粉末度（ブレーン値）を持ち、かつ非晶質シリカ
微粉末が１２００００ｃｍ2 ／ｇ以上の粉末度（ＢＥＴ
比表面積）を持つことを特徴とする高温用低比重地熱井
セメントスラリー。 - 【請求項２】 微粉ポルトランドセメントと結晶質シリ
カ微粉末のいずれの粉末度（ブレーン値）も８５００〜
１３０００ｃｍ2 ／ｇの範囲にある請求項１に記載の高
温用低比重地熱井セメントスラリー。 - 【請求項３】 非晶質質シリカ微粉末の粉末度（ＢＥＴ
比表面積）が１２００００〜２５００００ｃｍ2 ／ｇの
範囲にある請求項１もしくは２に記載の高温用低比重地
熱井セメントスラリー。 - 【請求項４】 非晶質質シリカ微粉末がシリカフューム
である請求項１もしくは２に記載の高温用低比重地熱井
セメントスラリー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20902896A JP3574536B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 高温用低比重地熱井セメントスラリー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20902896A JP3574536B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 高温用低比重地熱井セメントスラリー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1036825A true JPH1036825A (ja) | 1998-02-10 |
| JP3574536B2 JP3574536B2 (ja) | 2004-10-06 |
Family
ID=16566072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20902896A Expired - Fee Related JP3574536B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | 高温用低比重地熱井セメントスラリー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3574536B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008214536A (ja) * | 2007-03-06 | 2008-09-18 | Ube Ind Ltd | 油井セメント組成物およびその製造方法 |
| CN101929326A (zh) * | 2010-08-16 | 2010-12-29 | 邯郸市伟业地热开发有限公司 | 地热井分层投滤料工艺方法 |
| JP2013147409A (ja) * | 2012-01-23 | 2013-08-01 | Kajima Corp | 高温での水中不分離性に優れた自己充填性セメント系混練物およびその製造方法 |
| US8728229B2 (en) | 2009-06-11 | 2014-05-20 | Kao Corporation | Cement slurry composition |
| CN117228999A (zh) * | 2023-07-27 | 2023-12-15 | 嘉华特种水泥股份有限公司 | 一种适用co2取热型地热井用固井水泥浆体系及其制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7464047B2 (ja) | 2019-04-24 | 2024-04-09 | 日産化学株式会社 | 坑井用セメントスラリー用添加剤とその製造方法、坑井用セメントスラリー、及び坑井用セメンチング工法 |
-
1996
- 1996-07-19 JP JP20902896A patent/JP3574536B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| JP2013147409A (ja) * | 2012-01-23 | 2013-08-01 | Kajima Corp | 高温での水中不分離性に優れた自己充填性セメント系混練物およびその製造方法 |
| CN117228999A (zh) * | 2023-07-27 | 2023-12-15 | 嘉华特种水泥股份有限公司 | 一种适用co2取热型地热井用固井水泥浆体系及其制备方法 |
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|---|---|
| JP3574536B2 (ja) | 2004-10-06 |
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