DE2932203A1

DE2932203A1 - LOW DENSITY CEMENT SLURRY AND THEIR USE

Info

Publication number: DE2932203A1
Application number: DE19792932203
Authority: DE
Inventors: George Bartlett Holman; Charles Arthur Powers; Robert Cecil Smith
Original assignee: Standard Oil Co
Current assignee: Standard Oil Co
Priority date: 1978-08-08
Filing date: 1979-08-08
Publication date: 1980-02-21
Also published as: EG14041A; NL7906030A; NO149585B; IT1120490B; NO792587L; AU524956B2; BR7905034A; AU4961879A; RO78647A; NO149585C; FR2439169A1; GB2027687A; CA1126300A; MX152715A; IT7949989A0; GB2027687B

Description

STANDARD OIL COMPANY Chicago, Illinois / USASTANDARD OIL COMPANY Chicago, Illinois / USA

Zementaufschlämmung niedriger Dichte und ihre VerwendungLow density cement slurry and its uses

description

Beim Ausbau von Auskleidungssträngen für Bohrlöcher vom Erdöltyp trifft man auf schwache Formationen, die die Verwendung von Zament mit niedrigem Gewicht erforderlich machen. Der Zement mit niedrigem Gewicht der Erfindung umfaßt hydraulischen Zement, -hohle Glasmikrokügelchen und ausreichend Wasser, um eine pumpbare Aufschlämmung mit einem freien API-Wassergehalt von nicht mehr als ca. 2 Volumen-^ zu bilden. Diese Mikrokügelchen besiizen wahre Teilchendichten von ca. 0,2 bis ca. 0,5 g/cm> bestimmt gemäß ANSI/ASTM D 2840-69^und hydrostatische Bruchfestigkeiten von zumindest ca. 3447 kPa (^OO psi), bestimmt gemäß ANSI/ASSM D 3102-72, sowie durchschnittliche Teilchendurcbmesser von weniger als ca. 500 Mikron und können in einer Menge von ca. 8 bis ca. 50 Gewichts-^,bezogen auf das Gewicht des hydraulischen Zementb_} verwendet werden, um in zufriedenstellender Weise Aufschlämmungen mit Dichten von weniger als ca. 1,44 kg/1 (12 ppg) zu ergeben. Die erfindungsgemäßen Zemente mit niedrigem Gewicht besitzen niedrigere Dichten und erreichen höhere Festigkeiten, als die zuvor verwendeten Zeraentierungszusammensetzungen, denen das Wasser zugeben wurde, um die Dichte der Zusammensetzungen zu vermindern und Materialien, wie BentonitjDiatomeeneifle oder Natriummetasilicat zugegeben wurde, um die Zusammensetzungen vor einer Auftrennung zu bewah-In the construction of casing strings for petroleum-type wells, weak formations are encountered which require the use of light weight zament. The light weight cement of the invention comprises hydraulic cement, hollow glass microspheres, and sufficient water to form a pumpable slurry having an API free water content of no more than about 2 volumes. These microspheres have true particle densities of approx. 0.2 to approx. ASSM D 3102-72, as well as average Teilchendurcbmesser of less than about 500 microns and can be used in an amount of from about 8 to about 50 weight - ^, based on the weight of the hydraulic cement _b} are used to satisfactorily slurries with densities less than about 1.44 kg / 1 (12 ppg). The low weight cements of the invention have lower densities and achieve higher strengths than the previously used cementing compositions to which the water was added to reduce the density of the compositions and materials such as bentonite, diatomite or sodium metasilicate were added to the compositions prior to separation preserved-

^ren· 030008/0834 ^ren 030008/0834

In den beigefügten Zeichnungen wird folgendes dargestellt:In the attached drawings the following is shown:

Figur 1 stellt einen Vergleich der Festigkeit des Zements der Erfindung mit der Festigkeit früher verwendeter Zemente dar.FIG. 1 shows a comparison of the strength of the cement of FIG Invention with the strength of previously used cements.

Figur 2 zeigt die Festigkeit der hei der Erfindung verwendeten Mikroglaskügelchen.Figure 2 shows the strength of those used in the invention Glass microspheres.

Figur 3 zeigt die Zunahme der Aufschlämmungsdichte hei der erfindungsgemäßen Aufschlämmung, wenn der hydrostatische Druck erhöht wird.Figure 3 shows the increase in slurry density during that of the present invention Slurry when the hydrostatic pressure is increased.

Figur 4 zeigt die zur Bildung der erfindungsgemäßen Aufschlämmung erforderliche Wassermenge.Figure 4 shows the steps used to form the slurry of the present invention required amount of water.

Figur 5 zeigt die Aufschlämmungskonsistenz des erfindungsgemäßen Z.ements niedriger Dichte.Figure 5 shows the slurry consistency of the invention Low density cement.

Figur 6 zeigt die durch Zugabe von hohlen Glaskügelchen erzielten Aufschlämmungsdichten.Figure 6 shows the slurry densities achieved by adding hollow glass beads.

Figur 7 zeigt die API-Verdickungszeiten d.er erfindungsgemäßen Aufschlämmungen.Figure 7 shows the API thickening times of the invention Slurries.

Figur 8 zeigt die API-Druckfestigkeiten der erfindungsgemäßen Aufschlämmungen.Figure 8 shows the API compressive strengths of the slurries of the invention.

Bei der Zementierung von Bohrlöchern des Erdöltyps wurde nun gefunden, daß ein Zement niedriger Dichte, der hydraulischen Zement, hohle Glasmikrokügelchen und Wasser umfaßt, den früher beschriebenen Zementen mit niedrigem Gewicht überlegen ist. Zemente mit niedriger Dichte oder niedrigem Gewicht werden beim Ausbau von Bohrlöchern verwendet, die sich durch schwache unterirdische Formationen erstrecken, um den von einer Zementsäule auf schwache Formationen ausgeübten hydrostatischen DruckIn the cementing of wells of the petroleum type, it has now been found that a low density cement, the hydraulic Cement, hollow glass microspheres, and water, is superior to the light weight cements previously described. Low density or light weight cements are used in the construction of wells that run through weak underground formations extend around the hydrostatic pressure exerted on weak formations by a cement column

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zu vermindern. Beispiele für derartige Formationen sind die nicht verfestigten Spättertiärformationen, die man in der Golfküstenregion der Vereinigten Staaten antrifft, die flachen Kohleschichten, die man in Wyoming antrifft, die Muskegformationen in Kanada und die weltweit auftretenden gebrochenen Formationen. Diese Formationen werden vorgefunden beim Bohren von Bohrlöchern zur Gewinnung von unterirdischen Bodenschätzen wie öl, Gas, Mineralien und Wasser und der erfindungsgemäße Zement mit niedrigem Gewicht ist beim Ausbau dieser Bohrlöcher wertvoll. Auf einen derartigen Ausbau wird vorliegend als Ausbau von Bohrlöchern Vom öltyp Bezug genommen und umfaßt jedoch auch einen Ausbau, bei dem die Zementaufschlätnmung nach unten durch die Auskleidung in einem Bohrloch und aufwärts in den Ring zwischen der Auskleidung und der Bohrlochwand gepumpt wird, die Zementaufschlämmung in den Ring zwischen der Auskleidung und der Bohrlochwand durch Vergießtechniken eingebracht wird und ein Zementaufschlämmungspropfen in das Bohrloch zum Verbleib oder zur Errichtung eines Puffers eingebracht wird.to diminish. Examples of such formations are the unconsolidated Late Tertiary formations found in the Gulf Coast region of the United States encounters the flat Coal layers found in Wyoming, the Muskeg formations in Canada and the broken formations occurring around the world. These formations are found while drilling of boreholes for the extraction of underground mineral resources such as oil, gas, minerals and water and the invention Light weight cement is valuable in building these wells. Such an expansion is present referred to and encompassed as oil-type well construction but also an expansion in which the cement slurry down through the casing in a borehole and up into the ring between the casing and the borehole wall is pumped, the cement slurry into the ring between the casing and borehole wall is placed by grouting techniques and a cement slurry plug is placed in the borehole is drilled to remain or to build a buffer.

In Teil 3 einer Serie von Artikeln betreffend Basic Cementing, Oil and Gas Journal, Band 75, Nr. 11, 14. März 1977 wird beschrieben, daß "Basically lightweight slurries are made by adding more water to lighten the mixture and then adding materials which keep the solids from separating". Bentonit, Diatomeenerde '. und Natriummetasilicat werden als Materialien beschrieben, die zugegeben werden, um die Feststoffe vor einer Abscheidung zu bewahren, wenn Wasser zur Verminderung der Dichte der Aufschlämmung zugefügt wird. Es wird auch beschrieben, daß Aufschlämmungsdichten von so niedrig als 1,29 kg/1 (10,8 ppg) durch Zugabe von Wasser erreicht werden können. Diese Methode zur Herstellung von Aufschlämmungen von Zement mit niedrigem Gewicht besitzt den Nachteil, daß die Zugabe von weiterem Wasser die Härtungszeit erhöht und die Festigkeit des erhaltenen Zements mit niedrigem Gewicht derart erniedrigt,Part 3 of a series of articles relating to Basic Cementing, Oil and Gas Journal, Volume 75, No. 11, March 14, 1977 describes that "Basically lightweight slurries are made by adding more water to lighten the mixture and then adding materials which keep the solids from separating ". Bentonite, diatomaceous earth '. and sodium metasilicate are described as materials added to keep the solids from separating out when water is added to reduce the density of the slurry. It is also disclosed that slurry densities as low as 1.29 kg / l (10.8 ppg) can be achieved with the addition of water. This method of preparing slurries of light weight cement has the disadvantage that the addition of more water increases the hardening time and lowers the strength of the resulting light weight cement so that

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daß dieser nicht unter Erzielung von Dichten von weniger als ca. 1,29 kg/1 (10,8 ppg) gemischt werden kann.that this cannot be mixed to achieve densities less than about 1.29 kg / l (10.8 ppg).

Die erfindungsgemäßen Zemente mit niedriger Dichte werden hergestellt, indem man hohle Glasmikrokugelchen und ausreichend Wasser zu hydraulischem Zement zugibt, um eine pumpbare Aufschlämmung zu bilden. Das aufgrund der Verwendung von Mikrokügelehen erforderliche zusätzliche Wasser ist erheblich weniger als das für die Verminderung der Dichte der Aufschlämmung erforderliche Wasser. Daher besitzt der erfindungsgemäße gehärtete Zement eine wesentlich höhere Festigkeit als früher verwendete Zemente mit niedriger Dichte und die Härtungszeit ist vermindert. Aufgrund der zusätzlichen Festigkeit kann der erfindungsgemäße Zement mit niedrigem Gewicht bei Dichten von erheblich niedriger als die Aufschlämmungsdiehte von 1,29 kg/l (10,8 ppg) wie in der vorstehend genannten Publikation beschrieben, formuliert werden. Dies wird in Figur 1 veranschaulicht, in der die Druckfestigkeiten der in der vorstehend genannten Publikation beschriebenen Zemente mit niedrigem Gewicht verglichen werden mit den Druckfestigkeiten von erfindungsgemäßen Zementen mit niedrigem Gewicht.The low density cements of the present invention are used made by making hollow glass microspheres and sufficient Adding water to hydraulic cement to form a pumpable slurry. This is due to the use of The additional water required for microspheres is significantly less than that for reducing the density of the slurry required water. Therefore, the hardened cement according to the invention has a much higher strength than previously used low density cements and the hardening time is reduced. Because of the added strength For example, the lightweight cement of the present invention can be used at densities significantly lower than the slurry density of 1.29 kg / l (10.8 ppg) as described in the aforementioned publication. this is illustrated in Figure 1, in which the compressive strengths of those described in the aforementioned publication Cements with low weight are compared with the compressive strengths of cements according to the invention with low Weight.

Die in Figur 1 gezeigten Vergleiche wurden mit American Petroleum Institute (API) Class A Zementen in der API-Bohrlochsimulierungstestliste für ein Bohrloch von 305 m (1000 foot) wie in "API Recommended Practice for Testing Oil Well Cements and Cement Additives", American Pe-troleum Institute, Washington , D.O. API RP-10B, 20. Ausgabe, April 1977 beschrieben, durchgeführt. Diese Vergleiche können unter Bezugnahme auf die vorstehend erwähnte Oil and Gas Journal Publikation durchgeführt werden, in der beschrieben wird, daß die meisten Unternehmer auf Zement warten, um eine minimale Druckfestigkeit von 3447 kPa (500 psi) zu erreichen,The comparisons shown in Figure 1 were made with American Petroleum Institute (API) Class A cements on the API Well Simulation Test List for a 1000 foot (305 m) borehole as described in API Recommended Practice for Testing Oil Well Cements and Cement Additives ", American Petroleum Institute, Washington, D.O. API RP-10B, 20th Edition, April 1977. These comparisons can be made by reference to the aforementioned Oil and Gas Journal publication, which describes that most contractors wait for cement to reach a minimum compressive strength of 3447 kPa (500 psi),

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"bevor der Betrieb wieder aufgenommen wird. Aus Figur 1 ist ersichtlich, daß eine erfindungsgemäße Zementmischung von 1,08 kg/1 (9 ppg) eine Druckfestigkeit von ca. 3447 kPa (500 psi) in 24 Stunden erreicht im Vergleich zu einer Zementmischung von 1,56 kg/1 (13 ppg) unter Verwendung von Wasser, um die Dichte der Zementmischung herabzusetzen und von Bentonit,Diatomeenerde oder Fatriummetasilicat, um die Peststoffe vor einer Abscheidung bzw. Auftrennung zu bewahren. Es ist auch ersichtlich, daß eine erfindungsgemäße Zementmischung von 1,32 kg/1 (11 ppg) eine Druckfestigkeit von ca. 3447 kPa (500 psi) in 12 Stunden erreicht.. Dies zeigt, daß die Verwendung von erfindungsgemäßem Zement mit niedrigem Gewicht erheblich die Wartezeit,während der der Zement auf minimale Festigkeit härtet, nämlich die Zementwartezeit (WOC) vermindern kann."before operations are resumed. From Figure 1 is It can be seen that a cement mixture according to the invention of 1.08 kg / l (9 ppg) has a compressive strength of about 3447 kPa (500 psi) achieved in 24 hours compared to a cement mix of 1.56 kg / l (13 ppg) using water to degrade the cement mix and bentonite, diatomaceous earth or sodium metasilicate to the pesticides to be protected from separation or separation. It can also be seen that a cement mixture according to the invention of 1.32 kg / l (11 ppg) achieves a compressive strength of approximately 3447 kPa (500 psi) in 12 hours. This shows that the use of the inventive cement with low weight considerably reduces the waiting time during which the cement is reduced to a minimum Strength hardens, namely reducing the cement waiting time (WOC) can.

Der erfindungsgemäße Zement mit niedrigem Gewicht ist auch dem in den US-Patentschriften 3 699 701 (Biederman ), 3 722 591 (Maxson), 3 782 985 (Gebhardt) und 3 804 058 (Messenger) beschriebenen Zement mit niedrigem Gewicht überlegen. In Spalte 2, Zeile 35 bis 38 der Biederraan-PS wird beschrieben, daß Ölbohrlochzemente mit niedrigem. Gewicht gebildet werden können durch Zugabe von Flotationsasche als Aggregat zu bestehenden Ölbohrlochzementen. Flotationsasche wird in Spalte 1, Zeile 13 bis 15 der Biederman-PS als der Seil von Flugasche beschrieben,der auf dein Wasser schwimmt und eine spezifische Dichte von ca. 0,7 besitzt. Die Verwendung von Flotationsbestandteilen von Flugasche wird auch in Spalte 2, Zeile 7 bis 18 der Gebhardt-PS beschrieben. In Spalte 2, Zeile 17 bis 22 der Maxson-PS wird beschrieben, daß ein Bohrloch mit einer Isolationsauskleidung ausgekleidet werden kann, die in situ gebildet wird, indem man am Ort eine härtbare fließfähige Zusammensetzung härtet, die im wesentlichen aus einem härtbaren fließfähigen Bindezement und einem zerteil-The lightweight cement of the present invention is also similar to that disclosed in U.S. Patents 3,699,701 (Biederman), 3 722 591 (Maxson), 3 782 985 (Gebhardt) and 3 804 058 (Messenger) is superior to the low-weight cement described. In column 2, lines 35 to 38 of the Biederraan-PS it is described that oil well cements with low. Weight formed can be achieved by adding flotation ash as an aggregate to existing oil well cements. Flotation ash is in Column 1, lines 13 to 15 of the Biederman PS described as the rope of fly ash floating on your water and a has a specific density of approx. 0.7. The use of flotation components of fly ash is also shown in column 2, Lines 7 to 18 of the Gebhardt PS are described. In column 2, lines 17 to 22 of the Maxson PS, it is described that a borehole can be lined with an insulation liner formed in situ by placing a curable in place cures flowable composition, which consists essentially of a hardenable flowable binding cement and a dividable

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ten festen gesehlossenzelligen Material "besteht. Ein geeigneter Bindezement wird in Spalte 3, Zeile 18 der Maxson-PS als hydraulischer Zement "beschrieben. Ein geeignetes zerteiltes festes geschlossenzelliges Material wird in Spalte 3, Zeile 59 bis 63 der Maxson-PS als Flotationsbestandteile von Flugasche beschrieben. In Spalte 5» Zeile 4 bis 8 der Messenger-PS wird beschrieben, daß pumpbare Zementaufschlämmungen gebildet werden können, indem man Portland-Zement , wasserfreies Natriummetasilicat, Wasser und hohle geschlossene Kügelchen aus Keramik oder Glas mischt. Keramik- und Glaskügelchen werden in Spalte 5» Zeile 30 bis 37 der Messenger-PS verglichen, wo beschrieben wird, daß keramische Kügelchen in Bohrlöchern bevorzugt sind, da sie hydrostatische Drucke bis zu ca. 17237 kPa (2500 psi) aufweisen. Das für die Bildung der pumpfähigen Aufschlämmung von Messenger erforderliche Wasser wird in Spalte 5, Zeile 38 bis 55 und in Spalte 6, Zeile 1 und 2 beschrieben, wo angegeben wird,daß weiteres Wasser für die Glaskügelchen und für das Natriummetasilicat zugefügt wird. Durch Zugabe dieses zusätzlichen Wassers erzielte Vorteile werden in Spalte 2, Zeile 11 bis 16 der Messenger-PS beschrieben, wo angegeben wird, daß das zusätzliche Wasser den Abstand zwischen den suspendie'rten hohlen geschlossenen Glaskügelchen erhöht und somit das Brechen der Kügelchen vermindert.th solid closed-cell material ". A suitable one Binding cement is described in column 3, line 18 of the Maxson PS as hydraulic cement ". A suitable divided solid closed-cell material is listed in column 3, lines 59 to 63 of the Maxson PS as flotation constituents of Fly ash described. In column 5 »lines 4 to 8 of the messenger PS it is described that pumpable cement slurries can be formed by using Portland cement, anhydrous Mixes sodium metasilicate, water and hollow, closed spheres made of ceramic or glass. Ceramic and glass beads are compared at column 5 »lines 30 through 37 of the Messenger PS, which describes ceramic beads in wellbores are preferred because they have hydrostatic pressures up to about 17237 kPa (2500 psi). That for them Formation of the pumpable slurry of messenger water required is in column 5, lines 38 to 55 and in column 6, Lines 1 and 2 where it is stated that additional water is required for the glass beads and for the sodium metasilicate is added. Advantages achieved by adding this additional water are shown in column 2, lines 11 to 16 of the messenger PS where it is stated that the additional water closes the distance between the suspended hollow Glass beads increased and thus decreased the breakage of the beads.

Das bei Messenger erforderliche zusätzliche Wasser würde die gleichen nachteiligen Wirkungen aufweisen wie die im Hinblick auf die Aufschlämmungen mit niedrigem Gewicht beschriebenen, die durch Zugabe von Wasser zur Verminderung der Dichte der Aufschlämmungen und von Bentonit,Dlatömeenerde oder ITatriummetasilicat zur Verhinderung einer Abscheidung der Feststoffe gebildet werden. Die Proben Kr. 4a, 8, 9, 9a, 9b und 9c in Tabelle II der Messenger-PS sind Beispiele für Messenger's Verwendung von weiterem Wasser zusammen mit Natriunmetasilicat um eine Abscheidung von Wasser zu verhindern. Messenger's Zu-The additional water required in Messenger would have the same adverse effects as those with regard to the light weight slurries described by adding water to reduce the density of the slurries and of bentonite, dlatome earth or ITodium metasilicate to prevent the solids from separating out. The samples Kr. 4a, 8, 9, 9a, 9b and 9c in the table II's Messenger PS are examples of Messenger's use of additional water along with sodium metasilicate to prevent separation of water. Messenger's Access

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gabe von weiterem Wasser erhöht die Härtungszeit und vermindert die Festigkeit des erhaltenen Zements mit niedrigem Gewicht. Daher "besitzt der Zement mit niedrigem Gewicht von Messenger längere Härtungszeiten und ist hinsichtlich der Festigkeit den erfindungsgemäßen Zementaufschlämmungen unterlegen, die frei sind von wirksamen Mengen an Additiven wie BentonitjDiatomeenerde und ITatriummetasilicat. Eine wirksame Menge eines dieser Additive ist eine Menge, die die !Trennung von Wasser und Teilchen aus der Aufschlämmung verhindernwürde. Adding more water increases the hardening time and reduces the strength of the resulting low weight cement. Therefore, "the messenger light-weight cement has longer setting times and is in terms of strength inferior to the cement slurries of the invention that are free from effective amounts of additives such as Bentonite, diatomaceous earth, and sodium metasilicate. An effective one The amount of one of these additives is an amount that would prevent the separation of the water and particles from the slurry.

Der freie API-Wassergehalt der Aufschlämmungen von Portland-Zement, IG 101 Glaskügelchen, im Handel erhältlich von Emerson & Curaing Inc. und die Wassermenge, wie sie von Messenger in Spalte 5, Zeile 36 Ms 38 und Spalte 6, Zeile 1 und 2 "beschrieben und in Tabelle II gezeigt wird, sind für den Ausbau vom Ölbohrlochtyp zu hoch.The API free water content of Portland cement slurries, IG 101 glass beads, commercially available from Emerson & Curaing Inc. and the amount of water as described by Messenger at column 5, line 36 Ms 38 and column 6, lines 1 and 2 " and shown in Table II are too tall for the oil well type extension.

Der freie API-Wassergehalt einer Aufschlämmung wird bei nieht mehr als 2 Volumen-^ und vorzugsweise weniger als ca. 1 Voluraen-$ gehalten, um eine Wasserabscheidung nach dem Einbringen der Aufschlämmung minimal zuhalten. Die Wasserabscheidung in einer Zementsäule kann Einschlüsse von freiem Waseer innerhalb der Zementsäule bilden oder die Höhe der Aufschlämtnungssäule herabsetzen. Einschlüsse von freiem Wasser innerhalb einer Zementsäule können eine Korrosion der benachbarten Auskleidung herbeiführen. Höhere Prozentgehalte an Wasserabscheidung können Kanäle bilden, durch die ein Fluid hinter die Zementsäule wandern kann.The API free water content of a slurry is set at no more than 2 volumes and preferably less than about 1 volume held to minimize water separation after the slurry is introduced. The water separation In a cement column there can be inclusions of free water within of the cement column or the height of the slurry column reduce. Inclusions of free water within a cement column can corrode the neighboring ones Create lining. Higher percentages of water separation can form channels through which a fluid is behind the cement column can wander.

Der freie API-Wassergehalt einer Aufschlämmung, wie sie durch Mischung von API Class H Zement mit 20,68 Gewichts-^ IG 101 hohlen Glaskügelchen und 126 Gewichts-^ Wasser hergestellt wird, beträgt ca. 18,4 Volumen-^. Zusätzlich zu der Wasserabscheidung sondern sich während dieses API-Tests Feststoffe ab.The API free water content of a slurry as obtained by mixing API Class H cement at 20.68% by weight ^ IG 101 hollow glass spheres and 126 weight- ^ water is about 18.4 volume- ^. In addition to water separation separate solids during this API test.

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Der untere Teil eines 250 ml Meßzylinders, in dem der Test durchgeführt wurde, enthielt 84 ml Peststoff, der Mittelteil enthielt ca. 46 ml Wasser und der o"bere Teil enthielt ca. 120 ml Peststoffe, die auf dem Wasser schwammen. Diese Aufschlämmung wies die gleichen Komponenten wie Probe 1 in Tabelle II der Hessenger-PS auf.Der freie Wassergehalt einer anderen Zementaufschlämmung, hergestellt durch Mischen von Zement der API Klasse H mit 10,34 Gewichts-^ IG 101 hohlen Glaskügelchen und 84 Gewichts-^ Wasser "beträgt ca. 16 YoIumen-$. Diese Aufschlämmung "besaß ebenfalls in etwa den gleichen Nachteil einer ernsthaften Teilchenabscheidung, wie sie hinsichtlich der mit 20,68 $ Kügelchen gemischten Aufschlämmung beschrieben wurde. Diese Aufschlämmung enthält die in Spalte 5, Zeile 53 bis 55 für den Zement und die Glaskügelchen angegebene Wassermenge. In der Messenger-PS wird beschrieben, daß eine Aufschlämmung 5 Gallon Wasser je 94 Pounds Zement und 4,4 Gallon Wasser je 10 Gewichts-Ja Glaskügelchen enthalten sollte. Dies entspricht einer Pormu-r lierung der Aufschlämmung mit ca. 44 Gewichts-^ Wasser für den Zement und ca. 3,9 Gewichts-^ Wasser für jedes Gewichts-^ Glaskügelchen. Eine mit dieser Wassermenge^gemischte Aufschlämmung würde ca. 84 Gewichts-^ Wasser enthalten, wenn man mit ca. 10,34 Gewichts-^ Glaskügelchen mischen würde und ca. 124 Gewichts-^ Wasser enthalten, wenn man mit ca. 20,68 Gewichts-^ Glaskügelchen mischen würde. Diese Gewichts-?a-Angaben sind auf das Zementgewicht bezogen.The lower part of a 250 ml graduated cylinder in which the test was carried out, contained 84 ml of pesticide, the middle part contained approx. 46 ml of water and the upper part contained approx. 120 ml of pests floating on the water. This slurry had the same components as Sample 1 in Table II of the Hessenger PS. The free water content of a other cement slurry prepared by mixing API class H cement with 10.34 weight- ^ IG 101 hollow glass spheres and 84 weight- ^ water is about 16 yuan. This "slurry" was also about the same Disadvantage of severe particulate separation as seen with the slurry mixed with $ 20.68 beads has been described. This slurry includes those in column 5, lines 53 to 55 for the cement and glass beads specified amount of water. The Messenger PS describes a slurry as having 5 gallons of water each 94 pounds of cement and 4.4 gallons of water per 10 weight-yes Glass beads should contain. This corresponds to a Pormu-r lation of the slurry with about 44 weight ^ water for the cement and about 3.9 weight ^ water for each weight ^ Glass beads. A slurry mixed with this amount of water would contain about 84 weight ^ water if one were to mix with about 10.34 weight ^ glass spheres and contain about 124% by weight of water if one were to mix with about 20.68% by weight of glass beads. This weight? A information are based on the weight of the cement.

Die in der Messenger-PS beschriebenen keramischen Kügelchen werden von Emerson & Cuming Inc. unter der Handelsbezeichnung PA-A-Eccοspheres in den Handel gebracht. Diese Keramikkügelehen sind in der Industrie als Plotationsbestandteile der Plugasche oder PlotationsaBche bekannt.The ceramic beads described in the Messenger PS are sold by Emerson & Cuming Inc. under the trade name PA-A-Eccοspheres put on the market. These ceramic balls marry are known in the industry as the plot components of the plug pocket or plot pocket.

Es wurde gefunden, daß hohle Keramikkügelchen EigenschaftenIt has been found that hollow ceramic spheres have properties

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"besitzen, die sie unerwünscht machen als Additiv in Zementen mit niedrigem Gewicht für den Aushau von ölbohrlöchern. Eine mit einem Zement der API Klasse A gemischte Aufschlämmung von 1,52 kg/1 (12,7 ppg), ca 20 Gewichts-^ hohlen Keramikkügelchen und ausreichend Wasser für die Bildung einer Aufschlämmung mit einem normalen API-Wassergehalt verlor ca. 10 io ihres Volumßns, wenn sie Drücken von weniger als ca. 3447 kPa (5000 psi) unterzogen wurde und eine mit Zement der API Klasse A gemischte Aufschlämmung von 1,2 kg/1 (10 ^ ca. 67 Gewichts-S^ hohlen Keramikkügelchen und ausreichend Wasser flir die Bildung einer Aufschlämmung mit einem normalen Api-Wassergehalt verlor ca. 10 % ihres Aufschlämmungsvolumen, wenn sie Drücken von weniger als ca. 13800 kPa (2000 pei) unterzogen wurde. Der Volumenverlust "bei der Aufschlämmung von 1,2 kg/l (10 ppg) führt zu einem festen Propfen, der nicht pumpbar ist. Erfindungsgemäße Aufschlämmungen verlieren ihre Pumpbarkeit nach einem Verlust von 10 $> ihres AufBchlämnrangB-volumenB unter hydrostatischem Druck nicht, wobei außerdem der Verlust des Aufschlämmungsvolumens der erfindungsgemäßen Aufschlämmungen nicht der Menge der mit der Aufschlämmung gemischten Hohlkügelchen proportional ist. ."which make it undesirable as an additive in low-weight cements for drilling oil wells. A slurry of 1.52 kg / l (12.7 ppg), approx. 20 pounds by weight, mixed with an API class A cement ceramic spheres and sufficient water to form a slurry with a normal API water content lost about 10 io their Volumßns when it was subjected to (psi 5000) of less than about 3447 kPa pressure and a mixed cement API class a slurry of 1.2 kg / l (10 ^ approx. 67 weight hollow ceramic spheres and sufficient water to form a slurry with a normal api water content) lost approx. 10 % of their slurry volume when they were subjected to pressures of less than approx. 13800 kPa (2000 pei). The "volume loss" of the 1.2 kg / l (10 ppg) slurry results in a solid plug that is not pumpable. Slurries of the invention lose their pumpability after a loss of $ 10> ye there is no slurry volume B under hydrostatic pressure, and in addition, the loss of slurry volume of the slurries of the present invention is not proportional to the amount of hollow spheres mixed with the slurry. .

Es wurde auch gefunden, daß die Zemente mit niedrigem Gewicht, die mit diesen keramischen Kügelchen gemischt wurden, den Nachteil einer wesentlichen Zunahme der Dichte der Aufschlämmung und Verminderung des Aufschlämmungsvolumens besitzen, wenn sie unter einem hydrostatischen Druck von ca. 3447 KPa (500 psi) gehärtet werden. Eine Aufschlämmung von 1,16 kg/1 (9»7 ppg) eines Zements der API Klasse A von Keramikkügelchen und ausreichend Wasser, um eine Aufschlämmung mit einem normalen API-Wassergehalt zu "bilden, schrumpfte nicht und nahm nicht hinsichtlich der Dichte zu, als sie hei Umgehungstemperatur und -druck gehärtet wurde. Jedoch verlor eine Prohe der gleichen Aufschlämmung,die hei Umgebungstemperatur undIt has also been found that the cements with low weight, mixed with these ceramic beads suffered a substantial increase in the density of the slurry and decrease in slurry volume when under hydrostatic pressure of about 3447 KPa (500 psi). A 1.16 kg / l (9 »7 ppg) slurry of API Class A cement of ceramic beads and sufficient water to form a slurry with a normal API water content "did not shrink and." did not increase in density when it was at the bypass temperature and pressure has been cured. However, a sample of the same slurry lost the hot and ambient temperature

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unter einem hydrostatischen Druck von 3447 kPa (500 psi) gehärtet wurde, ca. 10 $> ihres Volumens und nahm hinsichtlich der Dichte auf ca. 1,2 kg/l (10 ppg) zu.was cured under a hydrostatic pressure of 3447 kPa (500 psi), about 10 $> in volume and increased in density to about 1.2 kg / l (10 ppg).

Die Wirkung des hydrostatischen Drucks in Bezug auf das Volumen einer Aufschlämmung von Zement mit niedrigem Gewicht, die mit hohlen Keramikkügelchen gemischt ist, schmälert die Verwendung dieser Aufschlämmungen "beim Aushau von Bohrlöchern des Öltyps. Diese nachteiligen Wirkungen sind "besonders ernsthaft, wenn Aufschlämmungen aus Zement mit niedrigem Gewicht mit Keramikhohlkügelchen gemischt werden, um Aufschlämmungen mit Dichten von weniger als ca. 1,2 kg/1 (10 ppg) zu "bilden. Der erfindungsggemäße Zement mit niedrigem Gewicht "besitzt nicht die erheblichen nachteiligen Wirkungen, wie vorliegend für Aufschlämmungen aus leichtem Zement, die mit Keramikhohlkügelchen gebildet werden, gezeigt wird. In Bezug auf die vorliegenden Figuren 2 und 3 wird beschrieben, daß die Wirkung des hydrostatischen Drucks auf erfindungsgemäße Aufschlämmungen der Dichte der gewählten Glashohlkügelchen proportional ist.The effect of hydrostatic pressure on the volume of a slurry of low weight cement that is mixed with hollow ceramic beads, the use is reduced of these slurries "in drilling oil-type wells. These adverse effects are" particularly serious, when slurries of low weight cement mixed with ceramic hollow spheres to make slurries with densities less than about 1.2 kg / l (10 ppg) ". The lightweight cement of the present invention" possesses does not have the significant adverse effects as present for light cement slurries made with ceramic hollow spheres formed, is shown. With reference to the present Figures 2 and 3, it will be described that the effect of the hydrostatic pressure on slurries according to the invention is proportional to the density of the hollow glass spheres selected is.

Die für die Bildung des erfindungsgemäßen Zements mit niedrigem Gewicht verwendeten hohlen Glasmikrokügelehen besitzen durchschnittliche Teilchendurchmesser von weniger als ca. 500 Mikron und können nach den in den US-Patentschriften 3 365 315 (Beck et al.) und 3 030 215 (Veatch et al.) beschriebenen Verfahren hergestellt werden. In der Beck et al. PS wird beschrieben, daß hohle Glasmikrokügelehen hergestellt werden, indem man Glasteilchen, die ein Gas bildendes Material enthalten, durch einen erhitzten Luftstrom oder eine Flamme leitet. Die Gas-bildenden Materialien können in die Glasteilchen eingebracht werden, indem man in einer einfachen Stufe die Teilchen entweder bei Raumtemperatur oder bei höheren Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur die folgenden Materialien aus der die Teilchen umgebenden AtmosphäreThe hollow glass microspheres used to form the lightweight cement of the present invention have them average particle diameters of less than about 500 microns and can be made according to those described in US patents 3,365,315 (Beck et al.) And 3,030,215 (Veatch et al.) Can be prepared. In the Beck et al. PS is described as making hollow glass microspheres by passing glass particles containing a gas-forming material through a heated air stream or a Flame directs. The gas-generating materials can be introduced into the glass particles by in a simple manner Grade the particles as follows, either at room temperature or at temperatures higher than the melting temperature Materials from the atmosphere surrounding the particles

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absorbieren oder adsorbieren läßt: H₂O, CO₂, SO₂, ]?₂ etc. In der Veatch et al. PS wird beschrieben, daß hohle Glasmikrokügelchen hergestellt werden, indem man eine teilchenförmige Mischung von Siliciumdioxid-haltigem Material wie Hatriumsilicat einem Wasser-Desensibilisierungsmittel wie Borsäure und einem Treibmittel wie Harnstoff einer erhöhten Temperatur während einer Zeitdauer aussetzt, die erforderlich ist, um die Teilchen zu schmelzen und die Expansion der Teilchen zu hohlen Glaskügelchen herbeizuführen. Es kann Glas mit hoher Festigkeit wie Borsilicatglas verwendet werden, um hohle Mikrokügelchen mit hydrostatischen !Druckfestigkeiten von ca. 34474 kPa (5000 psi), bestimmt gemäß dem American Society for Testing and Materials Verfahre^beschrieben in ANSI/ASTM D 3102-72, zu bilden.absorb or adsorb: H ₂ O, CO ₂ , SO ₂ ,]? ₂ etc. In the Veatch et al. PS discloses that hollow glass microspheres are made by exposing a particulate mixture of silica-containing material such as sodium silicate to a water desensitizer such as boric acid and a propellant such as urea at an elevated temperature for a period of time necessary to melt the particles and causing the particles to expand into hollow glass spheres. High strength glass such as borosilicate glass can be used to provide hollow microspheres with hydrostatic compressive strengths of approximately 34474 kPa (5000 psi) as determined by the American Society for Testing and Materials procedure described in ANSI / ASTM D 3102-72 form.

In Figur 2 wird gezeigt, daß hohle Mikrokügelchen mit durchschnittlichen wahren Teilchendichten von ca. 0,2 g/cm _} bestimmt gemäß dem American Society for Testing and Materials Verfahren,beschrieben in ANSI/ASTM D 2840-69;im allgemeinen hydrostatische ANSI/ASTM-Druckfestigkeiten von weniger als ca. 3447 kPa (500 psi) besitzen, während hohle Glasraikrokügelchen mit wahren ANSI/ASTM-Teilchendichten von ca. 0,5 g/enr hydrostatische ANSI/ASTM-Druckfestigkeiten von ca. 34474 kPa (5000 psi) besitzen.In figure 2 is shown that hollow microspheres with average true particle densities of about 0.2 g / _cm} determined according to the American Society for Testing and Materials procedure described in ANSI / ASTM D 2840-69; hydrostatic generally ANSI / ASTM - Have compressive strengths less than about 3447 kPa (500 psi) while hollow glass microspheres with true ANSI / ASTM particle densities of about 0.5 g / en have ANSI / ASTM hydrostatic compressive strengths of about 34474 kPa (5000 psi) .

Die in Figur 2 beschriebenen Messungen der hydrostatischen Bruchfestigkeit wurden gemäß dem in ANSI/ASTM D 3102-72 beschriebenen Verfahren durchgeführt. Der für den Bruch von ca. 10 Volumen-^ der hohlen Glasmikrokügelchen erforderliche Druck wird als die hydrostatische Bruchfestigkeit der Mikrokügelchen bezeichnet. Dies soll den hydrostatischen Druck simulieren, dem Zementaufschlämmungen, die diese Mikrokügelchen enthalten, während Bohrlochzementierungsverfahren vom öltyp unterzogen werden und simuliert auch den isostatischen Druck, dem diese Mikrokügelchen während dieser Verfahren unterzogen werden.The hydrostatic fracture strength measurements described in Figure 2 were made according to that described in ANSI / ASTM D 3102-72 Procedure carried out. The pressure required to break approximately 10 volumes of the hollow glass microspheres is referred to as the hydrostatic rupture strength of the microspheres. This is to simulate the hydrostatic pressure, the cement slurries containing these microspheres, while subjected to oil-type well cementing processes and also simulates the isostatic pressure to which these microspheres are subjected during these procedures.

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Diese Mikrokügelchen werden im allgemeinen mit durchschnittlichem Teilchendurchmesser von ca. 10 "bis ca. 300 Mikron hergestellt. These microspheres are generally average Particle diameters produced from about 10 "to about 300 microns.

Beim Aushau von Bohrlöchern mit liefen von ca. 300 m (1000 feet) his ca. 1830 m (6000 feet) finden die erfindungsgemäßen Zemente mit niedrigem Gewicht zahlreiche Anwendungen. In API RP-10B wird hesehriehen, daß Bohrlöcher für API-simulierte Testhedingungen mit Tiefen von ca. 305 m (1000 feet) Drücke am Boden des Loches von ca. 7000 kPa (1020 psi) "besitzen und daß Bohrlöcher mit Tiefen von ca. 1830 m (6000 feet) Drükke am Boden des Loches von ca. 26700 kPa (3870 psi) "besitzen. Im Handel erhältliche hohle Glasmikrokügelchen mit wahren ANSI/ASTM-Teilchendichten von ca. 0,3 g/ctn^ und hydrostatischen ANSI/ASTI-I-Bruchfestigkeiten von ca. 6895 kPa (1000 psi) sind für den Aushau von API-siaulierten Bohrlöchern mit Tiefen von ca. 305 m (1000 feet) zufriedenstellend. Im Handel erhältliche hohle Glasmikrokügelchen mit wahren ANSI/ASTM-Teilchendichten von ca. 0,4 g/cm' und hydrostatischen ANSI/ASTM-Bruchfestigkeiten von ca. 27579 kPa (4000 psi) sind für den Aushau von API-simulierten Bohrlöchern mit Tiefen von ca. 1830 m (6000 feet) zufriedenstellend. Im allgemeinen sind hohle Glasmikroktigelchen mit einer höheren Dichte und somit höheren Festigkeit für den Aushau von tieferen Bohrlöchern erwünscht. Glaskügelchen mit hydrostatischen ANSI/ASTM-Bruchfestigkeiten von höher als ca. 27579 kPa (4000 psi) können für den Aushau von Bohrlöchern auf Tiefen von 3050 m (1000 feet) und tiefer, wirtschaftlich sein.The cements of the invention are found when drilling boreholes running from about 300 m (1000 feet) to about 1830 m (6000 feet) with low weight numerous applications. In API RP-10B it is stated that wells are simulated for API Have test conditions with depths of about 305 m (1000 feet) pressures at the bottom of the hole of about 7000 kPa (1020 psi) " and that wellbores at depths of about 1830 m (6000 feet) have pressures at the bottom of the hole of about 26700 kPa (3870 psi) ". Commercially available hollow glass microspheres with true ANSI / ASTM particle densities of approximately 0.3 g / ctn ^ and hydrostatic ANSI / ASTI-I breaking strengths of approx. 6895 kPa (1000 psi) are for drilling API-sealed boreholes with depths of about 305 m (1000 feet) is satisfactory. Commercially available hollow glass microspheres with true ANSI / ASTM particle densities of approximately 0.4 g / cm 'and ANSI / ASTM hydrostatic breaking strengths of approx. 27579 kPa (4000 psi) are required for drilling API-simulated boreholes with depths of approx. 1830 m (6000 feet) satisfactory. In general, hollow glass microspheres are of a higher density and thus higher strength desirable for drilling deeper holes. Glass beads with ANSI / ASTM hydrostatic breaking strengths greater than approximately 27579 kPa (4000 psi) can be used for drilling wells to depths of 3050 m (1000 feet) and deeper, be economical.

Es wurde heohachtet, daß die Dichte der erfindungsgemäßen Zementaufschlämmungen mit zunehmendem Druck auf die Aufschlämmung zunimmt. Dies wird in Figur 3 veranschaulicht, in der gezeigt wird, daß die Dichte der Aufschlämmung kompensiert werden kann, indem man die Aufschlämmung mit einer Menge anIt was considered that the density of the invention Cement slurries increases as the pressure on the slurry increases. This is illustrated in Figure 3, in which it is shown that the density of the slurry can be compensated for by treating the slurry with an amount of

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hohlen Glasmikrokügelchen mischt, die die geeignete Dichte der Aufschlämmung unter denhydrostatischen Bedingungen, denen die Aufschlämmung unterzogen wird, ergibt. Es wird gezeigt, daß eine einem hydrostatischen Druck von ca. 13790 KPa (2000 pei) zu unterziehende Aufschlämmung anfänglich eine höhere Konssentration an diesen Mikrokügelchen aufweisen sollte, als eine einem hydrostatischen Druck von ca. 6895 kPa (1000 psi) zu unterziehende Aufschlämmung und daß, nachdem sie diesem maximalen hydrostatischen Druck unterzogen worden sind, beide Aufschlämmungen in etwa die gleiche Konzentration an diesen Mikrokügelchen aufweisen, wie sich aufgrund ihrer Aufschlämmungsdichten ergibt. Aus Figur 3 ist ersichtlich, daß ein höherer Prozentanteil an Mikrokügelchen verloren·geht, wenn der hydrostatische Druck von 10342 auf 13790 kPa (1500 bis 2000 psi) erhöht wird, als es der Fall ist, wenn der hydrostatische Druck von 3447 auf 6895 kPa (von 500 bis 1000 psi) erhöht wird.Die für die in Figur 3 gezeigten Tests verwendeten Mikrokügelchen sind für den Ausbau eines Bohrlochs mit einem hydrostatischen Druck am Boden des Loches von 6895 kPa (1000 psi) zufriedenstellend; jedoch können Mikrokügelchen mit höheren Druckfestigkeiten für die Verwendung bei größeren Tiefen wirtschaftlicher sein.hollow glass microspheres that have the appropriate density of the slurry under the hydrostatic conditions to which the slurry is subjected to results. It is shown that a hydrostatic pressure of approx. 13790 KPa (2000 pei) The slurry to be subjected initially has a higher concentration on these microspheres should have, as one, a hydrostatic pressure of about 6895 kPa (1000 psi) subjecting slurry and that after this maximum Both slurries have been subjected to hydrostatic pressure will have about the same concentration of these microspheres as will be due to their slurry densities results. From Figure 3 it can be seen that a higher percentage of microspheres is lost when the hydrostatic Pressure from 10342 to 13790 kPa (1500 to 2000 psi) is increased than when the hydrostatic pressure increases from 3447 to 6895 kPa (from 500 to 1000 psi) The microspheres used for the tests shown in Figure 3 are for the construction of a borehole with a hydrostatic pressure at the bottom of the hole of 6895 kPa (1000 psi) satisfactory; however, microspheres with higher compressive strengths may be more economical for use at greater depths be.

Der erfindungsgemäße Zement mit niedriger Dichte wird mit ausreichend Wasser gemischt, um eine pumpbare Aufschlämmung Bit einem freien Wassergehalt von nicht mehr als ca. 2 Volumen-^ und vorzugsweise weniger als ca. 1 Volumen-^^bestimmt gemäß dem in Abschnitt 4 von "Determination of Water Content of Slurry" API RP-10B beschriebenen Verfahren,zu ergeben. Die erfindungsgemäße pumpbare Aufschlämmung besitzt vorzugsweise einen höheren als den minimalen Wassergehalt und insbesondere etwa den normalen Wassergehalt jeweils wie in diesem Abschnitt von API EP-10B beschrieben. Eine Aufschlämmung mit einea minimalen Wassergehalt wird in API RP-10B als eine solche mit einer Konsistenz von ca. 30 Bearden-Einheiten der Auf- The low density cement of the present invention is mixed with sufficient water to form a pumpable slurry bit having a free water content of no more than about 2 volumes - ^ and preferably less than about 1 volume - ^^ determined according to that determined in Section 4 of "Determination of Water Content of Slurry "API RP-10B. The pumpable slurry of the present invention preferably has a water content greater than the minimum, and more preferably about normal water content, each as described in this section of API EP-10B. A slurry with a minimal water content is defined in API RP-10B as one with a consistency of about 30 Bearden units of the slurry.

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schlämmungskonsistenz (B ) beschrieben, während eine Aufschlämmungmit einem normalen Wassergehalt als eine solche mit einer Konsistenz von ca. 11 B. beschrieben wird. Eine Aufschlämmung mit weniger als einem minimalen API-Wassergehalt ist schwer zu pumpen und eine Aufschlämmung mit einem normalen API-Wassergehalt wird als eine solche mit einer optimalen Konsistenz für das Pumpen und einem zufriedenstellenden freien Wassergehalt angesehen.slurry consistency (B), while a slurry with a normal water content is described as one with a consistency of approx. 11 B. A slurry with less than a minimum API water content is difficult to pump and a slurry with a normal API water content is considered to have an optimal consistency for pumping and a satisfactory free water content viewed.

In Figur 4 wird gezeigt, daß eine erfindungsgemäße Aufschlämmung, die mit einem Portland-Zement der API Klasse A formuliert wurde und ca. 8 bis ca. 50 Gewichts-^ hohle Borsilicatglasraikrokügelchen^bezogen auf das Gewicht des Zements^ttesitzt, mit ausreichend Waser gemischt werden kann, um eine Aufschlämmung mit einem normalen API-Wassergehalt zu ergeben. Die in diesen Tests gezeigten hohlen Glasmikrokügelchen sind B37/2OOO Mikrokügelchen, die von der Minnesota Mining and Manufacturing Company in den Handel gebracht werden und durchschnittliche Teilchendurchmesser von ca. 20 bis ca. 130 Mikron aufweisen. Andere Mikrokügelchen können andere Wassererfordernisse besitzen. Diese Aufschlämmung wird mit ausreichend Wasser, um eine pumpbare Aufschlämmung mit dem Portland-Zement zu bilden und einer zusätzlichen Menge an Wasser aufgrund der Mikrokügelchen entsprechend ca. 1,2 Gewichts-^ zusätzlichem Wasser für jedes Gewichts-Jo der hohlen Mikrokügelchen, wenn die Aufschlämmung mit ca. 8 Gewichts-^ Mikrokügelchen^bezogen auf das Gewicht des Zements gemischt wird_?und ca. 2,2 Gewichts-^ zusätzlichem Wasser für jedes Gewichts-$ dieser Mikrokügelchen, wenn die Aufschlämmung mit ca. 50 Gewichts-^ dieser Mikrokügelchen,bezogen auf den Zement^gemischt wird, gemischt. Bei ca. 10 Gewichts-^ dieser Mikrokügelchen beträgt der API-Gehalt an freiem Wasser einer mit ca. 1,3 Gewichts-^ zusätzlichem Wasser für jedes Gewichts-5^ hohle Mikrokügelchen gemisehtaiAufschlämmung ca. 2,5 ml oder ca. 1 Volumen-S6. Bei ca. 30 Gewichts-^ dieser Mikro-In Figure 4 it is shown that a slurry according to the invention, which was formulated with an API Class A Portland cement and contains about 8 to about 50 weight hollow borosilicate glass microspheres based on the weight of the cement, is mixed with sufficient water can be made to give a slurry with a normal API water content. The hollow glass microspheres shown in these tests are B37 / 20000 microspheres sold by the Minnesota Mining and Manufacturing Company and having average particle diameters of about 20 to about 130 microns. Different microspheres can have different water requirements. This slurry is mixed with enough water to form a pumpable slurry with the Portland cement and an additional amount of water due to the microspheres corresponding to approximately 1.2% additional water for each weight yo of the hollow microspheres when the slurry is mixed with about 8 microspheres by weight based on the weight of the cement _? and about 2.2% additional water by weight for each one weight of these microspheres when the slurry is mixed with about 50% by weight of these microspheres based on the cement. With about 10 weight ^ of these microspheres, the API content of free water is one with about 1.3 weight ^ additional water for each weight - 5 ^ hollow microspheres mixed with about 2.5 ml or about 1 volume- S6. At about 30 weight ^ of these micro-

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kügelchen beträgt der API-Gehalt an freiem Wasser einer mit ca. 1,8 Gewichts-^ zusätzlichem Wasser gemischten Aufschlämmung für jedes Gewichts-^ hohle Mikrokügelchen ca. 1 ml oder ca. 0,4 Volumen-^.globules, the API free water content is one with 1.8% by weight of additional water mixed slurry for each weight of hollow microsphere approx about 0.4 volume- ^.

Der Gewichtsprozentanteil an Wasser für jedes Gewichts-^ Mikrokügelchen ist, wie in Figur 4 gezeigt, zusätzlich zu dem erforderlichen Wasser, um eine pumpbare Aufschlämmung mit dem Zement zu ergeben. Dies wird anhand eines Portland-Zements der API Klasse A veranschaulicht, der mit ca. 10 Gewichts-# hohlen Glasmikrokügelchen mit durchschnittlichen wahren ANSI/ASTM-Ieilchendiehten von ca. 0,37 g/cm^ und ca. 59 Gew.-$ Wasser,bezogen auf das Gewicht des Zements,gemischt wird, um eine Aufschlämmung mit einer Dichte von ca. 1,4 kg/1 (12 ppg) und einem normalen API-Wassergehalt zu ergeben. Ca. 46 Gewichts-# Wasser,bezogen auf das Gev/icht des Zements, sind erforderlich, um eine pumpbare Aufschlämmung mit dem Zement zu ergeben und ca. 13 Gewichts-^ Wasser,bezogen auf das Gewicht des Zements,sind erforderlich, um die Oberfläche der Glaskügelchen zu befeuchten und eine pumpbare Aufschlämmung mit der Mischung des Zements und den Glaskügelchen zu ergeben. Ohne die Zugabe von weiterem Wasser für jedes Gewichts-^ Mikrokügelchen kann die Aufschlämmung von Zement, Glaskügelchen und Wasser nicht pumpbar gemacht werden.The weight percent of water for each weight ^ microsphere is, as shown in Figure 4, in addition to the water required to make a pumpable slurry with the To yield cement. This is illustrated by means of an API class A Portland cement, which has a weight of approx. hollow glass microspheres with average true ANSI / ASTM particles density of about 0.37 g / cm 2 and about 59 wt Water, based on the weight of the cement, is mixed around to give a slurry with a density of approximately 1.4 kg / l (12 ppg) and a normal API water content. Approx. 46 weight # Water, based on the weight of the cement, is required to make a pumpable slurry with the cement and about 13% water by weight of the cement, are required to finish the surface of the To moisten glass beads and form a pumpable slurry with the mixture of cement and glass beads. Without adding more water for each weight ^ microsphere the slurry of cement, glass beads and water cannot be made pumpable.

Der Wassergehalt der hydraulischen Zementaufschlämmungen für die Verwendung bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Mischung wird in Abschnitt 4 von API RP-10B angegeben, wo normale und minimale Wassergehalte spezifiziert sind. Der hydraulische Zement kann jegliche herkömmliche Additive enthalten, die erforderlich sind, um den Bohrlochbedingungen zu entsprechen und sollte normale bis minimale Wassergehalte entsprechend den Erfordernissen enthalten, wenn derartige Additive mit dem hydraulischen Zement gemischt werden. Additive, die erwünscht sein können, sind Beschleuniger, Zirkula-The water content of hydraulic cement slurries for use in making those of the present invention Mixture is specified in Section 4 of API RP-10B where normal and minimum water contents are specified. Of the Hydraulic cement can contain any conventional additives required to meet the wellbore conditions and should correspond to normal to minimal water contents included according to the requirements, if such Additives can be mixed with the hydraulic cement. Additives that may be desirable are accelerators, circular

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tionsverlustmaterialien und Dispergiermittel. Die folgende Tabelle I findet sich auch in Abschnitt 4 von API RP-1OB und gibt das für das Mischen von Zement der reinen API Klassen mit Wasser erforderliche Wasser an, um Aufschlämmungen mit normalen Wassergehalten zu ergeben.loss materials and dispersants. The following Table I can also be found in Section 4 of API RP-10B and specifies the water required to mix cement of the pure API classes with water to make slurries with normal water content.

!Tabelle I! Table I.

ZementaufschlämmungszusammensetzungCement slurry composition

Zement der
API KlasseCement the
API class

5» Wasser bezogen auf Zementgewicht 5 »Water based on cement weight

. 3
Wasser. 3
water

(Gallon) je 94 Ib Sack(Gallon) 94 Ib sack each

Liter je 42,6 kg SackLiters per 42.6 kg sack

A & BAWAY

D, E, F, & HD, E, F, & H

46 56 3846 56 38

44 *44 *

(5,19) (6,32) (4,29) (4,97)(5.19) (6.32) (4.29) (4.97)

19,6 23,9 16,219.6 23.9 16.2

18,8 *18.8 *

* wie vom Hersteller empfohlen* as recommended by the manufacturer

In Figur 5 wird veranschaulicht, daß ca. 1,3 Gewichts-^ zusätzliches Wasser für jedes Gewichts-^ B37/2000 Mikrokügelchen, bezogen auf das Gewicht des Zements^eine Aufschlämmung mit einem normalen API-Wassergehalt bei ca. 10 Volumen-^ hohlen Mikrokügelchen,bezogen auf das-Gewicht des Zements_;bis zu einer Aufschlämmung mit einem minimalen API-Wassergehalt von ca. 40 Gewichts-# hohlen Glasmikrokügelchen ergibt.In Figure 5, it is illustrated that about 1.3 weight- ^ additional water for each weight- ^ B37 / 2000 microsphere based on the weight of the cement ^ a slurry with a normal API water content at about 10 volume- ^ hollow Microspheres based on the weight of cement _; to a slurry with a minimum API water content of about 40 wt. # hollow glass microspheres.

In Figur 6 wird gezeigt, daß ein Zement der API-KlasseIn Figure 6 it is shown that a cement of the API class

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derthe

gemischt worden ist mit Glasmikrokügelchen mit durchschnittlichen wahren ANSI/ASTM-iDeilchendichten im Bereich von ca. 0,2 bis ca. 0,5 g/cm⁵ und einen normalen .API-Wassergehalt besitzt, formuliert werden kann, um Aufschlämmungen mit Dichten von weniger als ca. 1,4 kg/1 (12 ppg) zu ergeben. Im allgemeinen werden Mikrokügelchen mit wahren ANSI/ASTM-Teilchenäichten im Bereich von ca. 0,3 bis ca. 0,4 g/cm⁵ verwendet, um Aufschlämmungen mit Dichten von ca. 1,08 bis ca. 1,4 kg/1 (9 bis 12 ppg) zu ergeben.has been mixed with glass microspheres with average true ANSI / ASTM particle densities in the range of about 0.2 to about 0.5 g / cm ⁵ and has a normal .API water content, can be formulated to make slurries with densities less than approx. 1.4 kg / 1 (12 ppg). In general, microspheres having true ANSI / ASTM particle sizes in the range of about 0.3 to about 0.4 g / cm ⁵ are used to make slurries having densities of about 1.08 to about 1.4 kg / l (9 to 12 ppg) result.

Der erfindungsgemäße Zement mit niedrigem Gewicht kann in . jeder normalerweise bei der Zementierung von Bohrlöchern vom Öltyp verwendeten hydraulischen Zementförmulierung angewandt werden und die hohlen Glasmikrokügelchen können in Kombination mit anderen Additiven verwendet werden. Portland-Zemente sind die grundlegenden hydraulischen Zemente, die derzeit für das Zementieren von Bohrlöchern vom Öltyp* verwendet werden und werden häufig mit Beschleunigungsmitteln, Verzögerungsmitteln, Dispergiermitteln und Zirkulationsverlustmitteln gemischt, um speziellen Bohrlochbedingungen zu entsprechen.The lightweight cement of the present invention can be used in. everyone normally dated when cementing boreholes Oil type used hydraulic cement formulation applied and the hollow glass microspheres can be used in combination with other additives. Portland cements are the basic hydraulic cements currently used for cementing oil-type * wells and are often used with accelerators, retardants, dispersants, and circulation loss agents mixed to suit specific downhole conditions.

Die Verwendung von Calciumchlorid als Beschleuniger beim erfindungsgemäßen Zement niedriger Dichte wird in den Figuren 7 und 8 veranschaulicht, aus denen ersichtlich ist, daß die Verdickungszeiten der erfindungsgemäßen Zemente vor niedrigem Gewicht im allgemeinen zunehmen, wenn sie mit höheren Konzentrationen an hohlen Glasarikrokügelchen gemischt werden und daß ihre Druckfestigkeiten im allgemeinen bei höheren Konzentrationen der Mikroktigelchen abnehmen. Es ißt auch ersichtlich, daß Calciumchlorid eine stärkere beschleunigende Wirkung auf die erfindungsgemäßen Zemente mit diesem niedrigen Gewicht, die mit geringeren Konzentrationen an hohlen Glasmikrokügelchen gemischt sind, ausübt. Das Calciumchlorid wird durch zusätzliches Wasser für jedes Gewichts-^ Glasmikrokügelchen verdünnt.The use of calcium chloride as an accelerator in the invention Low density cement is illustrated in Figures 7 and 8 from which it can be seen that the thickening times of the cements according to the invention before low Weight generally gain when mixed with higher concentrations of hollow glass microspheres and that their compressive strengths generally decrease at higher concentrations of the microspheres. It also obviously eats that calcium chloride has a stronger accelerating effect on the cements according to the invention with this low Weight mixed with lower concentrations of hollow glass microspheres. The calcium chloride is made by additional water for each weight ^ glass microsphere diluted.

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Es wurden Tests an'einen) Zement .der API-Klasse. A, der mit ca. 25,5 Gewichts-^ hohlen Glasmikrokügelchen mit wahren AHSI/ ASIM-Ieilchendichten von ca. 0,37 g/cnr und mit einem Dispergiermittel und Gipshemihydrat gemischt worden ist, durchgeführt. Die Prozente Mikrokügelchen sind auf das Zementgewicht "bezogen. Dispergiermittel sind für die Verminderung des "beim Mischen von Zementen erforderlichen Wassers bekannt und Gipshemihydrat ist für die Bildung einer Zementaufschlämmung bekannt, die eine hohe Gelfestigkeit bei der Verminderung oder Beendigung der Bewegung der Aufschlämmung erreicht. Zementauf schlämmungen, die bei einer Verminderung der Bewegung gelieren, sind für das Verstopfen von Bruchstellen oder für das Füllen von Hohlräumen, die sich von*einer Bohrlochbohrung ausbreiten, und für die Verminderung des auf die Aufschlämmung ausgeübten hydrostatischen Drucks, um unterirdische Formationen nach Beendigung des Einbringens der Zementaufschlämmung zu erweichen, verwendbar. Die Zugabe von 0,75 Gewichts-Jo Dispergiermittel, bezogen auf das Zementgewicht^reduzierte die aufgrund der Zugabe von hohlen Glasmikrokügelchen erforderliche Wassermenge von 1,65 auf ca. 1 Gewichts-^ Wasser für jedes fo dieser Mikrokügelchen,bezogen auf das Zementgewicht. Die Zugabe von 7,5 Gewichts-^ Gipshemhydrat ergab eine Aufschlämmung mit einer Gelfestigkeit von ca. 50 kg/cm (1000 pounds je 100 square feet) nach Aussetzen der Bewegung der Aufschlämmung für ca. 12 Minuten im Vergleich zu einer Gelfestigkeit von ca. 2,5 kg/cm (50 pounds je 100 square feet) für eine Aufschlämmung, die kein Gipshemihydrat enthielt. Tests were carried out on a cement of the API class. A, which was mixed with about 25.5 weight hollow glass microspheres with true AHSI / ASIM particle densities of about 0.37 g / cm3 and with a dispersant and gypsum hemihydrate. Percent microspheres are based on "cement weight. Dispersants are known for reducing the" water required in cement mixing, and gypsum hemihydrate is known for forming a cement slurry that achieves high gel strength by reducing or stopping the agitation of the slurry. Cement slurries that gel when agitation is reduced are useful for plugging fractures or for filling cavities extending from * a borehole and for reducing the hydrostatic pressure exerted on the slurry to create subterranean formations after the termination of the Pouring the cement slurry to soften, usable. The addition of 0.75 weight Jo dispersant based on the weight of cement ^ reduced the required hollow glass microsphere due to the addition amount of water of from 1.65 to about 1 wt ^ of water for each fo these microspheres, based on the weight of cement. The addition of 7.5 weight gypsum hemhydrate produced a slurry with a gel strength of about 50 kg / cm (1000 pounds per 100 square feet) after the slurry was suspended for about 12 minutes compared to a gel strength of about 12 minutes. 2.5 kg / cm (50 pounds per 100 square feet) for a slurry that did not contain gypsum hemihydrate.

Der erfindungsgemäße Zement mit niedriger Dichte ist auch in ungewöhnlich heißen Bohrlöchern verwendbar, da er die Eigenschaft besitzt, bei einer ziemlich hohen Druckfestigkeit bei erhöhten Temperaturen (oberhalb 110⁰C) zu erhärten. In dem ungewöhnlichen Fall, bei dem der API Zement (mit Ausnah-The low-density cement according to the invention can also be used in unusually hot boreholes, since it has the property of ^{hardening with a fairly high compressive strength at elevated temperatures (above 110 °} C.). In the unusual case in which the API cement (with the exception of

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me der Klasse J) unter Bedingungen hoher Temperatur (oberhalb ca. 11O⁰C) zu härten ist oder später diesen Bedingungen unterzogen wird, wird die anfängliche Druckfestigkeit nicht sufrecht erhalten, sondern nimmt rasch in der Größenordnung von 30 % oder mehr ab. Der erfindungsgemäße Zement mit niedrigem Gewicht ist auch bei Bohrlöchern mit Dampf- oder Heißwasserinjektion und bei der Herstellung von Bohrlöchern von Thermalquellen und dergleichen sowie bei Bohrlöchern, die Dauerfrostregionen durchdringen, wo ein definiertes Bedürfnis besteht, eine zufriedenstellende Isolationsauskleidung zwischen dem Fluid und den das Bohrloch umgebenden Formationen zu erhalten, verwendbar.me is the class J) under conditions of high temperature (above about 11O ⁰ C) to cure or later these conditions is subjected to the initial crush strength is not obtained sufrecht, but increases rapidly in the order of 30% or more from. The low-weight cement according to the invention is also in boreholes with steam or hot water injection and in the production of boreholes for thermal springs and the like as well as in boreholes which penetrate permafrost regions, where there is a defined need, a satisfactory insulation lining between the fluid and those surrounding the borehole To get formations, usable.

Es wurde nun gefunden, daß der erfindungsgemäße Zement mit niedrigem Gewicht eine hohe Temperaturfestigkeit bei Temperaturen oberhalb 110⁰C (23O⁰I¹) besitzt entsprechend zumindest der gleichen Größenordnung (und manchmal überschreitend) derjenigen des Materials, wenn es bei einer Temperatur in der Größenordnung von 32 bis 49°C (90 bis 120⁰F) gehärtet wird. Dies wird unter Bezugnahme auf das folgende Beispiel einer erfindungsgemäßen Aufschlämmung veranschaulicht. Eine Aufschlämmung von Zement der API Klasse A würde in Abwesenheit von fein verteilten hohlen Kügelchen ca. 46 Gewichts-^ Wasser enthalten. Werden 25,5 Gewichts-^ B37/2OOO Kügelchen zugegeben (durchschnittliche wahre AHSI/ASTM-Teilchendichte von 0,37 g/cnr), können zusätzlich 34 Gewichts-^ Wasser, ca. 1,3 Gewichts-$ Wasser für jedes Gewichts-^ hohle Kügelchen^bei insgesamt 80 Gewichts-^ Wasser in diesem speziellen Fall eingebracht werden. Die Prozentangaben sind auf das Zementgewicht bezogen. Die Dichte der erhaltenen Aufschlämmung liegt in der Größenordnung von 1,14 kg/1 (9,5 ppg). Wird diese Aufschlämmung bei ca. 149⁰C (300⁰F) gehärtet, so besitzt sie eine eintägige Festigkeit von ca. 6895 kPa (1000 psi). Eine Probe dieses Zements mit niedrigem Gewicht, die einer Temperatur von 149⁰C (300⁰F) während 7 Tagen ausgesetzt wurde, besaß eineIt has now been found that the cement according to the invention with a low weight a high-temperature strength at temperatures above 110 ⁰ C (23O ⁰ I ¹⁾ corresponding has at least the same order of magnitude (and sometimes border) that of the material when at a temperature in the order is cured from 32 to 49 ° C (90 to 120 ⁰ F). This is illustrated with reference to the following example of a slurry according to the invention. An API Class A cement slurry in the absence of finely divided hollow spheres would contain approximately 46% water by weight. If 25.5 weight- ^ B37 / 2OOO beads are added (average true AHSI / ASTM particle density of 0.37 g / cnr), an additional 34 weight- ^ water, approx. 1.3 weight- $ water for each weight- ^ hollow spheres ^ with a total of 80 weight ^ water in this special case. The percentages are based on the cement weight. The density of the resulting slurry is on the order of 1.14 kg / l (9.5 ppg). When this slurry is ^{cured at about 149 °} C (300 ^° F), it has a one day strength of about 6895 kPa (1000 psi). A sample of this light weight cement ^{that was exposed to a temperature of 149 °} C (300 ^° F) for 7 days had one

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Druekfestigkeit von ca. 6688 kPa (970 psi), die eine "belanglose Reduktion darstellt. Mir sämtliche praktischen Zwecke kann man sagen, daß die "beiden Druckfestigkeiten identisch sind. Gewöhnlich würde eine Aufschlämmung von Zement der API Klasse A für ein Ölbohrloch ohne Additiv für geringe Dichte "beim Härten eine eintägige Festigkeit in der Größenordnung von 20684 kPa (3000 psi) "bei einer Temperatur von 149⁰C (300⁰I¹) besitzen. Wenn sie jedoch dieser Temperatur von 149°C (30O⁰F) 7 Tage ausgesetzt wird, würde diese typischerweise ca. 30 S^ abnehmen. Ein Zement mit niedrigem Gewicht, der durch Zugabe von Wasser für die Verminderung der Dichte der Aufschlämmung auf ca. 1,56 kg/1 (13 ppg) und unter Zugabe von Bentonit ,Diatomeen erde oder ITatriummetaailicatjUm die Feststoffe vor einer Abscheidung zu bewahren, hergestellt worden ist, würde im wesentlichen die gesamte Druckfestigkeit verlieren, nachdem er eine Woche bei 149⁰O (30O⁰F) gehärtet worden ist.Compressive strength of about 6688 kPa (970 psi) which is "an insignificant reduction. For all practical purposes it can be said that the" two compressive strengths are identical. Typically, a slurry of API Class A cement for an oil well with no low density additive would have "one day strength on the order of 20684 kPa (3000 psi)" when cured at a temperature of 149 ⁰ C (300 ⁰ I ¹ ). But when it is exposed to this temperature of 149 ° C (30O ⁰ F) 7 days this would typically be about 30 S ^ decrease. A lightweight cement made by adding water to reduce the density of the slurry to about 1.56 kg / l (13 ppg) and adding bentonite, diatomaceous earth, or sodium metalate to keep the solids from separating out has been, would essentially lose the entire compressive strength after being cured for one week at 149 ⁰ O (30O ⁰ F).

Beispiele für hohle Glasmikrokügelchen, die sich bei der Formulierung des erfindungsgemäßen Zements mit niedrigem Gewicht als verwendbar erwiesen, sind in der Tabelle II angeben.Examples of hollow glass microspheres used in formulation of the lightweight cement of the present invention proved to be useful are shown in Table II.

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-28-Tabelle II-28-Table II

29327032932703

Typische Eigenschaften für freifließende hohle GlaskugelcnenTypical properties for free flowing hollow glass spheres

hergestellt von *prepared by *

GlasGlass

1G101 E-C1G101 E-C

SBSB

1GD1O1 B23/5OO B57/2OOO B38/4OOO1GD1O1 B23 / 5OO B57 / 2OOO B38 / 4OOO

E-C 3M 3M 3ME-C 3M 3M 3M

SBSB

SEBSEB

SIBSIB

SIiBSIiB

durchschnittliche wahre AFSI/ASSM-Teilchendichte (g/cm?) o,31average true AFSI / ASSM particle density (g / cm?) o, 31

durchschnittliche {Teilchen durchmesser (Mikron)average {particle diameter (Micron)

hydrostatische ANSI/ASTII-Bruchfestigkeit "bei einem Bruch von 10 Volumen-^ psi)
(kPa)hydrostatic ANSI / ASTII breaking strength "at a break of 10 volume- ^ psi)
(kPa)

hydrostatische Bruchfestigkeit - VoIumen-$ an erhalten Gebliebenem beihydrostatic breaking strength - volume- $ of what has been preserved

10340 kPa (1500 psi)10340 kPa (1500 psi)

Erweichungstemperatur (⁰C)Softening temperature ( ⁰ C)

0,3 0,230.3 0.23

0,370.37

480480

715715

0,380.38

40-175+ 40-150 20-130 20-130 20-13040-175 + 40-150 20-130 20-130 20-130

(unbekannt) (unbek.) (500) (2000) (4OOO) unbekannt unbek. 3447 Ί379Ο 27579(unknown) (unknown) (500) (2000) (4OOO) unknown unknown 3447 Ί379Ο 27579

76,6 unbek. unbek. unbek. 76.6 unknown unknown unknown

715715

*E-C bedeutet Emerson & Cuming, Inc., Canton, Massachusetts * EC means Emerson & Cuming, Inc., Canton, Massachusetts

3 M bedeutet 3M Manufacturing Co., St. Paul, Minnesota 3M means 3M Manufacturing Co., St. Paul, Minnesota

** SB ist Natriumborsilicatglas SIlB ist Sodakalkborsilicat glas ** SB is sodium borosilicate glass. SIlB is soda lime borosilicate glass

(Anmerkung: In den Ansprüchen beziehen sich sowohl Natriumborsilicatglas als auch Sodakalkborsilicatglas auf Uatriumboreilicatglae bzw. Borsilicatglas im allgemeinen. Die thermische Leitfähigkeit liegt in der Größenordnung von 8 bis 11 (Kcal)(cm)(Sta.)(n²)(⁰C)). (Note: In the claims, both sodium borosilicate glass and soda lime borosilicate glass refer to Uatriumborei licatglae and borosilicate glass in general. The thermal conductivity is in the order of 8 to 11 (Kcal) (cm) (Sta.) (N ² ) ( ⁰ C)).

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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

Die Mikrokügelchen von Emerson and Cuming werden vermutlich nach dem in der US-PS 3 030 215 (Veatch) "beschriebenen Verfahren und die Mikrokügelchen von 3M Manufacturing Company werden vermutlich nach dem in der US-PS 3 365 315 (Beck et al.) beschriebenen Verfahren hergestellt. Die im Handel erhältlichen nach dem in der Beck et al. PS beschriebenen Verfahren hergestellten hohlen Glasmikrokügelchen besitzen Festigkeiten, die mit den wahren AlTSI/ASTI-I-Ieilchendichten variieren wie in Figur 2 gezeigt und verwendbar sind unter einem breiten Bereich von hydrostatischen Druckbedingungen, die man bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Zements mit niedrigem Gewicht anzutreffen vermutet. Mikrokügelchen, die nach anderen Verfahren als den in der TJS-PS 3 365 315 (Beck et a^..) beschriebenen hergestellt werden, können für die Verwendung unter Bedingungen, bei denen der erfindungsgeraäße Zement mit niedrigem Gewicht hydrostatischen Drücken von höher als ca. 10340 kPa (1500 psi) unterzogen wird, nicht zufriedenstellend sein.The Emerson and Cuming microspheres are believed to be by the method described in US Pat. No. 3,030,215 (Veatch) " and the microspheres from 3M Manufacturing Company presumably according to the method described in US Pat. No. 3,365,315 (Beck et al.) described method produced. The commercially available according to the method described in Beck et al. PS produced method described hollow glass microspheres have strengths that vary with true AlTSI / ASTI-I particle densities as in Figure 2 and are useful under a wide range of hydrostatic pressure conditions that can be encountered in use of the cement according to the invention suspected to be found with low weight. Microspheres made by other methods than that described in TJS-PS 3,365,315 (Beck et a ^ ..) can be prepared for use under conditions where the inventive cement is lightweight subjected to hydrostatic pressures greater than about 10340 kPa (1500 psi) will not be satisfactory.

Hinsichtlich der Verwendung ist folgendes festzustellen: Da diese winzigen Kügelchen aus Glas hergestellt sind,ist es offensichtlich, daß man beim Mischen der Kugelchen mit dem Zement vorsichtig sein muß. Es wurde als nicht notwendig befunden, Metasilicat zu verwenden. Es wird jedoch erfindungsgemäß gemischt, indem man diese materialien in einem Aufbewahrungstank unter Verwendung einer Vorrichtung, die einem großen Vakuumreiniger oder einer Diaphragmapumpe ähnelt, bewegt und es ist erwünscht, daß die Leute, die diese verwenden, Atemmasken und Schutzbrillen tragen. Es sollte zumindest ein gewöhnlicher Vakuumbeutelfilter in der Ausgangsleitung aus dem Vakuumsystem vorhanden sein. Bei der Schüttstation, bei der diese Mischungen miteinander vermischt werden, werden die Kügelchen und der Zement in Anwesenheit von ausreichend Luft, um eine homogene Mischung dieser Materialien herbeizuführen, gemischt. Sie werden dann in ein Fahrgestell übergeführt undRegarding use, the following should be noted: Since these tiny spheres are made of glass, it is Obviously, care must be taken in mixing the balls with the cement. It was found unnecessary To use metasilicate. However, according to the invention, it is mixed by placing these materials in a storage tank using a device resembling a large vacuum cleaner or diaphragm pump, moves and it is desirable that people using them wear respiratory masks and goggles. It should at least be an ordinary one Vacuum bag filter in the outlet line from the vacuum system. At the dumping station, at the these mixtures are mixed together, the beads and the cement are in the presence of sufficient air, to bring about a homogeneous mixture of these materials, mixed. They are then transferred to a chassis and

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dem Bohrloch zugeführt. Am Bohrloch kann ein gewöhnlicher HaI-liburton-Strahlmischer oder eine äquivalente Vorrichtung verwendet werden, um diese trockenen Bestandteile mit Wasser unter Erzielung der notwendigen Dichte zu mischen. Bei Verwendung von pneumatischen Handhabungsgefäßen für Schüttmaterialien "brauchen die Arbeiter nicht diesen winzigen Glaskügelehen ausgesetzt zu werden, um diesen Sicherheitsvorschriften zu entsprechen.fed to the borehole. An ordinary HaI liburton jet mixer can be attached to the borehole or an equivalent device can be used to mix these dry ingredients with water under Mix to achieve the necessary density. When using pneumatic handling vessels for bulk materials "The workers don't need that tiny glass peg to be exposed to comply with these safety regulations.

Die Verwendung eines Dichtemessers oder eines Dichteausgleichs mit einem, unter Druck gesetzten Fluid wie in der Anlage B von API RP-1OB beschrieben, entspricht in etwa der minimalen Ausrüstung, die gegenwärtig für die Überwachung der Dichte erforderlich ist. Es kann auch eine Handzentrifuge für die Bestimmung des Wassergehalts verwendet werden. Bei einer Handzentrifuge muß man nicht von einer elektrischen Energiequelle oder ähnlichem abhängig sein. Kurz vor Beginn des 1-Iischens im Bereich des Standorts werden kleine Testproben hergestellt, die die Menge an festen Bestandteilen enthalten, die für einen speziellen Vorgang bestimmt ist, wobei jede eine calibrierte Viassermenge ansteigend beispielsweise auf 70 $, 80 %, 90 % und 100 5ö (bezogen auf das Zeraentgewicht) enthält. Diese getrennten Proben werden zentrifugiert, wodurch sich das Material in einen Zementteil, einen Wasserteil und einen Teil auftrennt, der fein zerteilte Glaskügelchen enthält. Man fertigt eine Darstellung an, in der der wahre oder calibrierte Prozentanteil Wasser an einer Achse aufgetragen wird und derjenige, der aufgrund des Zentrifugenvolumens bestimmt wird, an der anderen Achse aufgetragen wird. Man zeichnet durch die Punkte eine glatte Kurve. Hierdurch wird die Zentrifuge geeicht.The use of a densitometer or pressurized fluid density equalizer as described in Appendix B of API RP-10B is about the minimum equipment currently required for density monitoring. A hand centrifuge can also be used to determine the water content. With a hand centrifuge one does not have to be dependent on an electrical energy source or the like. Shortly before the start of mixing in the area of the site, small test samples are made that contain the amount of solid constituents intended for a particular operation, each with a calibrated amount of water increasing, for example, to $ 70, 80 %, 90 % and 100 5ö (based on the cereal weight) contains. These separated samples are centrifuged, whereby the material separates into a cement part, a water part and a part containing finely divided glass beads. A representation is made in which the true or calibrated percentage of water is plotted on one axis and that determined on the basis of the centrifuge volume is plotted on the other axis. Draw a smooth curve through the points. This calibrates the centrifuge.

Danach werden beim eigentlichen Mischen des Zements,der Glaskügelchen und des Wassers alle 2 Minuten Proben entnommen und in der geeichten Zentrifuge zentrifugiert. Das in der Probe aufgefundene Wasservolumen wird gegen die Eichkurve abgelesen,After that, the actual mixing of the cement, the glass beads and the water is sampled every 2 minutes and centrifuged in the calibrated centrifuge. That in the rehearsal The volume of water found is read off against the calibration curve,

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um die tatsächliche prozentuale Wasserkonzentration in der speziellen Probe zu bestimmen. Die Geschwindigkeit des Verfahrens kann aufgrund der Tatsache bewertet werden, daß eine typische Zahl für die Aufschlämmungsmischgeschwindigkeit ca. 636 l/Min. (4 Barrels/Hin.) ist.to determine the actual percent water concentration in the particular sample. The speed of the process can be assessed based on the fact that a typical figure for the slurry mixing rate is approx. 636 l / min. (4 barrels / Hin.) Is.

Um ein spezielles Beispiel für ein derartiges Verfahren zu geben, mischt man 907 kg (2000 lbs) hohle IGD-101 Glasmikrokügelchen mit 85 Säcken 3630 kg (8000 lbs) Oklahoma Zement der API Klasse A. Der Zement und die winzigen hohlen Glaskügelchen werden in zwei Ansätzen mit gleichem Volumen gemischt. In jedem Ansatz wird die Hälfte Zement durch Vakuum in den wischer injiziert und anschließend die Kügelchen und.dann der verbliebene Teil des Zements. Die Ansätze werden vom Tank zum Schüttmaterialfahrzeug dreimal hin und her geblasen, um die hohlen Kügelchen mit dem Zement zu mischen. Das Mischverfahren nimmt 1 bis 1 1/2 Stunden in Anspruch,-wobei das Auspacken der Glaskügelchen eingeschlossen ist. Man verwendet bei diesem Verfahren vier Zementcompanybelegschaften. Der Staub war nicht übermäßig, jedoch wurden Schutzbrillen und Staubmasken im Mischbereich vom gesamten Personal getragen. Bei diesem Arbeitsgang wurden die Glaskügelchen in einen Konus abgelassen, der einem Halliburton-Trichter für das Strahlmischen sehr ähnlich war und dann vertikal aus dem Konus mit einem Vakuumrohr mit einem Durchmesser von 15 cm (6 inch) vertikal herausgesaugt. Han fand aufgrund dieses Verfahrens eine ziemlich homogene Mischung von fein vermahlenem Zement (nominal 0,048 mm (300 mesh)) und den IGD-101 Mikrokügelchen vor.To provide a specific example of such a process, mix 907 kg (2000 lbs) of IGD-101 hollow glass microspheres with 85 bags of 3630 kg (8000 lbs) Oklahoma API Class A cement. The cement and the tiny hollow glass beads are mixed in two batches with the same volume. In each approach, half the cement is vacuumed into the wiper injected and then the beads and then the remaining part of the cement. The approaches are from the tank to the The bulk material vehicle was blown back and forth three times to mix the hollow spheres with the cement. The mixing process takes 1 to 1 1/2 hours to complete, including unpacking the glass beads. One uses in this Process four cement company workforces. The dust was not excessive, but safety goggles and dust masks were worn by all staff in the mixing area. With this one In the operation, the glass beads were drained into a cone that was very much like a Halliburton funnel for jet mixing was similar and then vertically sucked out of the cone with a 15 cm (6 inch) diameter vacuum tube. Han found a fairly homogeneous mix of finely ground cement (nominally 0.048 mm (300 mesh)) and the IGD-101 microspheres.

Dieses Material wurde dann zur Bildung einer Zementaufschlämmung mit niedrigem Gewicht gemischt. Währenddessen verwendete man einen, speziellen Halliburton-Schleifedichtemesser mit einem Bereich von 0,99 bis 1,29 kg/1 (8,3 lbs/gal bis 10,8 lbs/gal), der mit Wasser bei 1 kg/l (8, 34 ppg) geeicht worden war. Das Mischen wurde mit einem Strahlmischer undThis material was then used to form a cement slurry mixed with low weight. Meanwhile, a special Halliburton loop densitometer was used a range from 0.99 to 1.29 kg / l (8.3 lbs / gal to 10.8 lbs / gal) calibrated with water at 1 kg / l (8.34 ppg). Mixing was done with a jet mixer and

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einem Pumpenfahrgestell,ausgestattet mit zwei Halliburton T-10 Pumpen, d.h. einer typischen Ausrüstung für ein ölfeld, durchgeführt. Die Aufschlämmung wurde bei verschiedenen Beschickungswasserdrücken im Bereich von 8,79 bis 33,4 kg/cm (125 bis 4-75 psi) gemischt. Die Aufschlämmung wurde am besten bei einem Beschickungswasserdruck von 33,4 kg/cm (475 psi) gemischt. Danach war, wie vorstehend erwähnt, nach einem Mischen bei einer Geschwindigkeit von 636 l/Min. (4 Barrels/Min.) die Aufschlämmung ziemlich gut pumpbar, obgleich sie etwas dick erschien. Die Zentrifuge zeigte einen Wassergehalt im Bereich von 80 bis 85 % entsprechend dem objektiven Wassergehalt. Ein Pyknometer zeigte eine spezifische Dichte der Aufschlämmung im Bereich von 1,03 bis 1,14. Die Skala des Schleifendichtemessers zeigte Bereiche für die spezifische Dichte von 1,04 bis 1,06, die nach der Eichung gegen die Pyknometermessungen ergaben, daß der Dichtemesser im wesentlichen exakt arbeitete.a pump chassis equipped with two Halliburton T-10 pumps, typical equipment for an oil field. The slurry was mixed at various feed water pressures ranging from 8.79 to 33.4 kg / cm (125 to 4-75 psi). The slurry was best mixed at a feed water pressure of 33.4 kg / cm (475 psi). Thereafter, as mentioned above, after mixing at a rate of 636 l / min. (4 barrels / min.) The slurry was fairly pumpable, although it appeared a bit thick. The centrifuge showed a water content in the range of 80 to 85 % according to the objective water content. A pycnometer indicated the specific gravity of the slurry ranged from 1.03 to 1.14. The loop densitometer scale indicated specific gravity ranges from 1.04 to 1.06 which, when calibrated against the pycnometer readings, indicated that the densitometer was essentially accurate.

Die Arbeitsweise der Aufschlämmung des pumpbaren hydraulischen Zements mit niedrigem Gewicht auf dem Feld ist, wie beschrieben wurde, im wesentlichen die folgende: Die homogen gemischten trockenen Materialien, nämlich die Kügelchen und der Zement werden am Bohrloch mit der Menge Wasser gemischt, die äquivalent ist zu a) der üblichen Wassermenge (normale bis minimale API-Wassergehalte) plus b) dem Oberschuß ,bezogen auf die Konzentration der Kügelchen wie vorstehend beschrieben. Dies ergibt eine Aufschlämmung mit einer Konsistenz im Bereich von einer maximalen Konsistenz von 30 B₀ (API) bis zu einer solchen mit einen freien Wassergehaltjder 2 Volumen-^ (API) nicht tiberschreitet (Konaistenztests in Beardens und für prozentfreies Wasser sind wie in API Code RP 1OB spezifiziert). Fach einer derartigen Herstellung wird das Material mit Hilfe üblicher Zementierungsmaschinen unter Verwendung der üblichen Zementierungsverfahren gepumpt. Bei einem derartigen Verfahren wird derThe operation of the light weight pumpable hydraulic cement slurry in the field, as described, is essentially as follows: The homogeneously mixed dry materials, namely the pellets and cement, are mixed at the well with the amount of water equivalent to a) the usual amount of water (normal to minimal API water content) plus b) the excess, based on the concentration of the beads as described above. This results in a slurry with a consistency in the range from a maximum consistency of 30 B ₀ (API) to one with a free water content not exceeding 2 volumes (API) (consistency tests in Beardens and for percent free water are as in API Code RP 1OB specified). In such manufacture, the material is pumped with the aid of conventional cementing machines using conventional cementing techniques. In such a method, the

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Zement abwärts durch die Auskleidung gepumpt, strömt dann nach oben und um diese herum, wobei die Handhabung der Auskleidung ermöglicht wird, wie Schrammen, Rotieren, Oszillieren etc., um den Bohrschlamm zu ersetzen und eine gute Zementierungsarbeit zu ermöglichen.Cement is pumped down through the liner, then flows up and around this, handling the liner such as scraping, rotating, oscillating, etc. to replace the drilling mud and a good cementing job to enable.

ITach dem Einbringen des Zements ergaben sich übliche Zementwartezeiten (WOC). Die Entwicklung der Festigkeit beim Erhärten der Aufschlämmung hängt nicht nur von der Temperatur und dem Druck ab, sondern auch von der Zementklasse, dem Wassergehalt und der Anwesenheit von Additiven. Erfindungsgemäße Zementierungsaufschlämmungen für Ölbohrlöcher gemäß der Erfindung entwickeln relativ hohe Druckfestigkeiten innerhalb von 12 Stunden wie aus Figur 1 ersichtlich ist, wohingegen früher verwendete Aufschlämmungen mit niedriger Dichte lediglich nach 24 Stunden niedrige Festigkeiten entwickelten. Dies ist insbesondere aufgrund der Aufschlämmungsdichten im Bereich von ca. 1,08 bis ca. 1,4 kg/l (ca. 9 bis ca. 12 pounds per gallon) der Fall.After the cement had been placed, there were the usual cement waiting times (WOC). The development of strength as the slurry hardens depends not only on the temperature and the pressure, but also the cement class, the water content and the presence of additives. Cementing slurries according to the invention for oil wells according to the invention develop relatively high compressive strengths within 12 hours as can be seen in Figure 1, whereas previously used low density slurries only Developed low strengths after 24 hours. This is particularly due to the slurry densities in the range of approx. 1.08 to approx. 1.4 kg / l (approx. 9 to approx. 12 pounds per gallon) is the case.

Es ist außerordentlich zeitraubend, die Reaktion der Zemente auf die Anwesenheit sämtlicher Zementadditivtypen zu bestimmen. Jedoch geben verfügbare Tests keinen Hinweis auf irgendeinen Unterschied hinsichtlich der Verwendung von Zementadditiven bei diesen speziellen Aufschlämmungen im Vergleich zu solchen, die in Abwesenheit von fein verteilten hohlen Kügelchen hergestellt worden sind. Mit anderen Worten verhalten sich Zusätze wie Dispergiermittel, Beschleuniger und dergleichen im wesentlichen in der gleichen Weise wie zuvor.It is extremely time consuming to determine the response of the cements to the presence of all types of cement additives. However, available tests give no indication of any difference in the use of cement additives in these particular slurries compared to those in the absence of finely divided hollow spheres have been manufactured. In other words, additives behave like dispersants, accelerators and the like in essentially the same way as before.

Es sollte betont werden, daß der gehärtete oder fest gewordene Zement (wobei das feste Material von der bereits beschriebenen Aufschlämmung herrührt) eine weitere wertvolle Eigenschaft zusätzlich zu den hohen mechanischen Festigkeiten undIt should be emphasized that the hardened or solidified cement (the solid material being different from that already described Slurry originates) another valuable property in addition to the high mechanical strengths and

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niedrigen Dichten besitzt. Bei dieser handelt es sich darum, daß er eine beträchtlich geringere thermische Leitfähigkeit besitzt, wie gewöhnliche Zemente, die ausgehend von Aufschläramunmungen gehärtet wurden, die nicht diese hohlen Kügelchen besitzen. Wie es für andere Wärmeisolatoren der EaIl ist, ergibt die Anwesenheit von eingeschlossenem Gas in der sehr großen Anzahl von hohlen Kügelchen, die in den gehärteten Feststoff eingearbeitet sind, eine beträchtliche Abnahme der thermischen Leitfähigkeit. Dies ist von Bedeutung, wenn Zement in Anwesenheit von Dauerfrost gehärtet wird oder wenn Bohrlochfluide ziemlich heiß sind.has low densities. This is because it has a considerably lower thermal conductivity, like ordinary cements that are based on slurry that do not have these hollow spheres. As is the EaIl for other thermal insulators, presence results of trapped gas in the very large number of hollow spheres incorporated into the hardened solid are a significant decrease in thermal conductivity. This is important when cement is in presence hardened by permafrost or when well fluids are quite hot.

Es wurden zwei Auskleidungsstränge experimentell mit dem erfindungsgemäßen Zement mit niedrigem Gewicht ausgebaut. In beiden Fällen wurde eine Zirkulation des Zements zur Schlammlinie mit einer entfernten Kamera beobachtet. Diese Auskleidungsstränge waren diejenigen von 610 mm (24 inch) und 406 mm (16 inch), die sich 183 und 305 m (600 und lOOOfeet) unter die Schlammlinie in 305 m (1000 feet) Wasser erstreckten. Frühere Versuche bei ähnlichen Bohrlöchern im Handel erhältliche Zemente niedriger Diohte unter der Schlammlinie zu zirkulieren, schlugen fehl.Two strands of lining were experimented with the one of the present invention Cement expanded with low weight. In both cases the cement was having circulation to the mud line observed by a remote camera. These liner strands were those of 610 mm (24 inches) and 406 mm (16 inches), the 183 and 305 m (600 and 100 feet) below the mudline extended in 1,000 feet of water. Previous attempts at commercially available low-density cements similar to boreholes circulating under the mud line failed.

Der Auskleidungsstrang von 610 mm (24 inch) wurde mit ca. 70 nr (2456 cubic feet) Aufschlämmung zementiert, die durch Mischen von ca. 900 Säcken (38370 kg, 84600 pounds) von Portland-Zement der API Klasse A mit ca. 590 kg (1300 pounds) Calciumchlorid, ca. 65 kg (144 pounds) Entschäumer, ca. 10206 kg (22500 pounds) hohlen B37/2000 Glasmikrokügelchen und ausreichend Wasser, um eine Aufschlämmung von 1,14 kg/1 C3*5 PPg) zu ergeben, formuliert worden waren. Der 406 mm (16 inch) Auskleidungsstrang wurde mit ca. 62 nr (2188 cubic feet) Aufschlämmung zementiert, die durch Mischen von ca. 800 Säcken (75200 pounds) 34100 kg Por+land-Zement der API Klasse A mit ca. 544 kg (1200 pounds) Calciumchlorid , ca. 58 kg (123 pounds) Entschäumer, ca. 9072 kg (20000 pounds) hohlen 337/2000 Glasmikro-The 610 mm (24 inch) liner string was cemented with approximately 70 nr (2456 cubic feet) of slurry which was mixed by mixing of approximately 900 sacks (38,370 kg, 84,600 pounds) of API Class A Portland cement containing approximately 590 kg (1,300 pounds) calcium chloride, approximately 65 kg (144 pounds) of defoamer, approximately 10206 kg (22500 pounds) of hollow B37 / 2000 glass microspheres, and sufficient Water to make a slurry of 1.14 kg / 1 C3 * 5 PPg) revealed, had been formulated. The 406 mm (16 inch) liner strand was filled with approximately 62 nr (2188 cubic feet) of slurry cemented by mixing approx. 800 bags (75200 pounds) 34100 kg por + land cement of API class A with approx. 544 kg (1200 pounds) calcium chloride, approximately 58 kg (123 pounds) defoamer, approx. 9072 kg (20000 pounds) hollow 337/2000 glass micro-

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kügelchen und aisreichend frischem Wasser, um eine Aufschlämmung von 1,14 kg/1 (9,5 ppg) zu "bilden, formuliert worden war. Die Mikrokügelchen, der Entschäumer und das Calciumchlorid wurden trocken mit dem Zement gemischt und danach wurde die trokken gemischte Mischung mit dem Wasser unmittelbar vor dem Zementieren der Auskleidungsstränge gemischt.pellets and enough fresh water to make a slurry of 1.14 kg / l (9.5 ppg) ". The microspheres, the defoamer and the calcium chloride were dry mixed with the cement and then the dry mixed mixture was mixed with the water just before cementing of the lining strands mixed.

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Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing F. Klingseisen - Or. *=. Zumstein jun.Dr. F. Zumstein Sr. - Dr. E. Assmann - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing F. Klingseisen - Or. * =. Zumstein jun.

8000 Munich 2 ■ BrSuhausstroße 4 ■ Telephone collective no. 2253 41 ■ Telegrams Zumpat ■ Telex 529979

Case ÜB 932052/047533
H / 90 / tfe

Claims

'\ i Hydraulic cement slurry containing as essential components:

hydraulic cement, about 8 "to about 50 wt .- # hollow glass microspheres _- based on the weight of the cement, and sufficient water to form a pumpable slurry, the API free water content of the slurry not exceeding about 2 Volume - ^, based only on the hydraulic cement and the microspheres ^ and the microspheres average true ANSI / ASTM D 2840-69 particle densities of approx. 0.2 to 0.5 g / cm hydrostatic Atfsi / ASTM D 3102-72- Have crush strengths of at least 3447 kPa (500 psi) and average particle diameters less than about 500 microns.

2. cement slurry according to claim 1, characterized in that it as substantially all of the water in the Slurry contains "sufficient water" to be a pumpable slurry with at least a minimal API water content and an API free water content of not more than 2 volume ^.

3. Cement slurry according to claim 1, characterized in that that it contains, as essentially all of the water in the slurry, sufficient water to be pumpable Slurry with at least a minimum API water content and a free API water content of less than approx. 1 volume # to build.

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4. Cereal slurry according to claim 1, characterized in that that they are essentially all of the water in the slurry Contains sufficient water to make a pumpable slurry with a normal API water content.

5. cement slurry according to claim 1, characterized in that that it contains as substantially all of the water in the slurry an amount of water necessary to a pumpable slurry with the hydraulic cement with a free API water content of not more than approx. 2 volumes and an additional amount of water corresponding approximately to the amount shown in Figure 4 for each weight of the microspheres to build.

6. cement slurry according to claim 1, characterized in that that it contains as substantially all of the water in the slurry an amount of water necessary to a slurry with the hydraulic cement with at least a minimum API water content and a free API water content of no more than approx. 2 volume ^ and an additional amount of water corresponding to approx. 1.2 "to approx. 2.2 wt .- # Water, based on the weight of the cement, for each weight ^ of the microspheres to "form".

7. cement slurry according to claim 1, characterized in that that it contains as substantially all of the water in the slurry an amount of water necessary to a slurry with the hydraulic cement with at least a minimum API water content and a free API water content of no more than about 2 volume ^ and an additional amount of water corresponding to about 1.3 "to 1.8 weight ^ Water, "based on the weight of the cement ^ for each weight - 6 of the microspheres to "form".

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8. cement slurry according to claim 1, characterized in that that the microspheres showed average true ANSI / AS3M from about 0.3 "to about 0.4 g / cm ^".

9. cement slurry according to claim 1, characterized in that that the average diameters of the microspheres are about 10 "to about 300 microns".

10. Cement slurry according to claim 1, characterized in that that the hydraulic cement is Portland cement.

11. Cement slurry according to claim 1, characterized in that that the slurry about 10 to about 30 weight ^ hollow Glass microspheres based on the weight of the cement ^ contains.

12. Cement slurry according to claim 1, in which the hollow Glass microspheres are further characterized in that the average true ANSI / ASCM particle density of approx. 0 »3 g / cm * microspheres hydrostatic ANSI / ASiDM breaking strengths after a collapse of about 10 volumes of microspheres of at least about 6895 kPa (1000 psi).

13. Cement slurry according to Claim 12, in which the hollow glass microspheres are further characterized in that the average true ANSI / ASTM particle density of about 0.4 g / cm ⁵ having hydrostatic ANSI / ASTM breaking strengths after collapse of about 0.4 g / cm 5 microspheres. 10 have volumes of the microspheres of at least about 27579 kPa (400 psi).

14. The cement slurry of claim 1, wherein the microspheres are further characterized by having collapsed about 10 volume-6 of the microspheres

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ANSI / ASTM hydrostatic breaking strengths, «Le sie are shown essentially in FIG.

15. Cement slurry according to claim 1, characterized in that the microspheres are produced according to the method described in TSS-TS 3,365,315.

16. Cement slurry according to claim 1, characterized in that that the slurry is free of effective amounts of sodium metasilicate.

17. A method for cementing a borehole, in which the cement slurry is introduced into the borehole and left therein until the cement has hardened, characterized in that one is in the borehole. Introduces cement slurry and leaves in this, the hydraulic cement as essential components, approx. Contains 8 to about 15 weight ^ hollow glass microspheres based on the weight of the cement ^ and sufficient water to form a pumpable slurry, the API free water content of the slurry not exceeding about 2 volumes - ^ based only on the hydraulic cement and the microspheres, and the microspheres average true ANSI / ASTM D 2840-69 particles are from about 0.2 to about 0.5 g / cm ⁵ _? ASSI / ASTM D 3102-72 hydrostatic fracture strengths of at least 3447 kPa (500 psi) and average particle diameters of less than about 500 microns.

18. The method according to claim 17, characterized in that there is sufficient water in the cement slurry used as substantially all of the water to produce a pumpable slurry with a minimum API water content and a free API water content of no more than about 2 volume. # to build.

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19. The method according to claim 17 »characterized in that there is sufficient water in the cement slurry used as substantially all of the water to produce a pumpable slurry with at least a minimum API water content and a free API water content of less than about 1 volume SS to "form".

20. The method according to claim 17, characterized in that there is sufficient water in the slurry used as substantially all of the water to be pumpable Form a slurry with a normal API water content.

21. The method according to claim 17, characterized in that in the cement slurry used as substantially of all water there is an amount of water required to make a pumpable slurry with the hydraulic Cement with a free API water content of no more than approx. 2 volume ^ and an additional amount of water accordingly approx. the amount shown in Pigur 4 for each weight ^ of the microspheres to form.

22. The method according to claim 17, characterized in that in the cement slurry used as substantially All the water has an amount of water available that is required is to make a slurry with the hydraulic cement with at least a minimum API water content and a free API water content of no more than approx. 2 volume ^ and an additional amount of water corresponding to approx. 1.2 up to about 2.2% by weight of water, based on the weight of the cement each pound weight of the microspheres to form.

23. The method according to claim 17, characterized in that in the cement slurry used as substantially all water contains the amount of water required to create a slurry with the hydraulic ze-

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ment with at least a minimal API water content and a free API water content of no more than approx. 2 volume ^ and an additional amount of water corresponding to approx. 1.3 "to approx. 1.8 weight8 - #, "based on the weight of the cement, for each Weight S & "form the microspheres."

24. Terfahren according to claim 17 »characterized in that the hydraulic cement is Portland cement.

25. The method according to claim 17 »characterized in that the slurry is about 10 to about 30 weight ^ hollow glass microspheres "based on the weight of the cement.

26. The method of claim 17 wherein the microspheres have A2TSI / ASTM average true particle densities from about 0.3 "to 0.4 g / cm".

27. The method according to claim 17 »characterized in that the average particle diameter of the microspheres about 10 "to about 300 microns.

28. The method of claim 17 »characterized in that the slurry further comprises finely divided hollow glass microspheres having a softening temperature of not less than about 480- ⁰ O and an average diameter in the range of about 10 to about 300 microns and water in an amount to bring about the maximum slurry consistency which does not substantially exceed 30 B "(API) and is less than that to produce 2 Voluoen-Jfe free water content (API).

29. The method according to claim 17, characterized in that the hollow glass microspheres are made from sodium borosilicate glass.

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30. The method of claim 17, "wherein the hollow glass microspheres are further characterized in that the average true ANSI / ASTM particle densities of about 0.3 g / cm ⁵ ANSI / ASTM hydrostatic fracture strengths after breakdown of about 0.3 g / cm 5 having ANSI / ASTM microspheres Have 10 volumes of microspheres of at least about 6895 kPa (1000 psi).

31. The method of claim 30, wherein the hollow glass microspheres are further characterized in that the average true ANSI / ASEM particle densities of approx. ANSI / ASTM hydrostatic crush strengths after collapse of 0.4 g / cm microspheres approx. 10 volume-jS of the microspheres of at least approx. Have 27579 kPa (4000 psi).

32. The method of claim 17, wherein the microspheres are further characterized by being hydrostatic Breaking strength after the collapse of approx. 10 volume- # of microspheres, essentially as shown in Pigur 2.

33. The method according to claim 17 »characterized in that the microspheres are made by the process described in TJS Patent 3,365,315.

34. The method according to claim 17 »characterized in that the slurry is free of effective amounts of sodium metasilicate.

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