Fachausschuss Bohr- und Komplettierungstechnik

Untersuchungen zu Transportprozessen und zur Adhäsion zwischen abbindendem Zement, Spülungsfilterkuchen und Lagerstättengestein sowie deren Bedeutung für die Dichtigkeit von Ringraumzementierungen

In diesem Projekt sollten die physikalisch-chemischen Prozesse bei der Wechselwirkung zwischen Zement, Spülungsfilterkuchen und Gestein sowie die mechanischen Eigenschaften (Haft-verbund) der Zementierung anhand von in Deutschland gebräuchlichen Spülungs- und Zementrezepturen untersucht werden. Als Spülungen wurden ein Ton/Wasser (tw)-, ein Ton/Salz (ts)- und ein Formiat (fx)-basiertes System eingesetzt. Als Modell für Lagerstättengestein dienten synthetische keramische Hohlkörper, auf denen bei 40°C (tw) bzw. 110°C (ts, fx) und 70 bar Druck Spülungsfilterkuchen radial abgeschieden wurden. Die frisch hergestellten Filterkuchen wurden mit Spacer gespült, anschließend zementiert und unter 70 bar (tw) bzw. 300 bar (ts, fx) Druck im Autoklaven ausgehärtet. Nach 3, 8, 14 und 28 Tagen sowie 2 und 6 Monaten wurden jeweils Proben entnommen und chemisch, mikroskopisch, sowie bezüglich des Haftverbunds analysiert. Die Probekörper zeigten unabhängig von der Lagerdauer unterschiedliche Filterkuchendicken (tw: 1 – 7 mm, ts: 6 – 7 mm, fx: < 3 mm). Die Filterkuchendicke war von der eingestellten Filtrat-kontrolle und der Wirksamkeit des Spacers abhängig. Auffallend in allen untersuchten Systemen war eine starke Vermischung zwischen Spülung und Zement, wobei stets Spülungsbestandteile in der Zementmatrix, nie umgekehrt, gefunden wurden. Die Vermischung führte zu einem gerin-geren Haftverbund. An der Grenzschicht Spülungsfilterkuchen / Zement konnten häufig Mikrorisse beobachtet werden, welche eine Schwachstelle im Gefüge darstellen. Messungen des Wassergehalts im Zement und Spülungsfilterkuchen ergaben keinen Hinweis auf einen möglichen Wassertransport zwischen beiden. Es fiel allerdings auf, dass der Wassergehalt im Zement direkt proportional zum Wassergehalt im Spülungsfilterkuchen war.