Fachausschuss Bohr- und Komplettierungstechnik
Entwicklung von CaO-Quellzementen für die Zementation von Erdgasspeicherbohrungen im Feldversuch (Temperaturbereich £ 60°C) sowie Formulierung von CaO- und MgO-Quellzementen für den Einsatz im Temperaturbereich 60°C‑105°C
Die Untersuchungen im Rahmen dieses Projektes bauen auf den am ITE bereits durchgeführten Arbeiten, insbesondere den DGMK-Forschungsvorhaben 444-1, 444-2 und 444-3 auf, und sollen zu einer Praxiserprobung ausgewählter CaO-Quellzementrezepturen führen. Wesentliche Untersuchungsgrößen sind das HPHT-Konsistenzverhalten, das HPHT-Ausdehnungsverhalten und das Langzeitstabilitätsverhalten von CaO-Quellzementen unter bohrlochähnlichen Bedingungen. Dabei wird der Quellzement mit dem ITE-Equipment in Korrelation zu den Praxisanmachmethoden angesetzt; der Quellzementschlamm wird anschließend in der ITE-Zementschlammzirkulationsanlage entsprechend den Bohrlochbedingungen scher- und temperaturbelastet; anlagenbedingt wird die Durckbelastung auf max. 15 MPa beschränkt.
Der in der ITE-Zirkulationsanlage entsprechend den Bohrlochbedingungen belastete Zementschlamm wird anschließend auf das HPHT-Konsistenz- und HPHT-Ausdehnungsverhalten hin untersucht. Hinsichtlich des Langzeitstabilitätsverhaltens wird der in der Zirkulationsanlage behandelte Quellzementschlamm unter entsprechenden pT-Bedingungen autoklavengelagert. Nach der Evakuierung aus den Autoklaven erfolgt die Messung der Druckfestigkeit, der Haftscherfestigkeit und der Systempermeabilität der Proben.
Anhand der unter gleichen Versuchsbedingungen gemessenen Eigenschaften einer CaO-Referenzquellzementrezeptur konnte die ITE-Anmachmethode mit den gängigen Praxisanmachmethoden LPHM, LPRM und HPRM korreliert werden; die Angleichung der ITE-Anmachmethode an die für die entsprechende Zementation geplante Praxisanmachmethode soll sicherstellen, dass die im Labor ermittelten Eigenschaften des Quellzementes praxisrelevant sind.
Es wurden zur Verfüllung bzw. Ringraumzementation ausgesuchter Bohrungen CaO-Quellzementrezepturen formuliert, die anhand experimenteller Untersuchungsergebnisse optimiert und im Hinblick auf das positiv beurteilte Langzeitstabilitätsverhalten für den Praxiseinsatz freigegeben werden konnten. Während die geplanten Ringraumzementationen bereits durchgeführt worden sind, steht die Verfüllung zweier ausgesuchter Bohrungen noch aus.
Ein Vergleich der Labormessergebnisse der ausgewählten CaO-Quellzementrezeptur mit den Ergebnissen der Untersuchungen vor Ort – diese Untersuchungen wurden an Proben durchgeführt, die dem industriell angemachten CaO-Quellzementschlamm entnommen worden waren – hat zu der Erkenntnis geführt, dass die Feuchtigkeitsaufnahme durch das Calciumoxid beim Verblendungsvorgang und/oder während einer längeren Lagerung der Verblendung in Silos auszuschließen ist, um das urspüngliche Quellpotential der Rezeptur zu erhalten.
Die Formulierung von geeigneten CaO- bzw. MgO-Quellzementrezepturen zum Einsatz in einem Temperaturbereich von 60 °C – 105 °C setzt voraus, dass auf entsprechend reaktive Quellzusätze und geeignete Verzögerer zurückgegriffen werden kann. Während auf dem Markt verschieden reaktive Calciumoxide angeboten werden, sind mehr reaktive Magnesiumoxide nicht verfügbar. Daher kann dieser Fragenkomplex noch nicht abschließend beantwortet werden.