在鑽井中固定錨固物的砂漿和包裝裝置的製作方法

2023-07-13 22:16:56

專利名稱：在鑽井中固定錨固物的砂漿和包裝裝置的製作方法
為了在鑽井中固定錨固物如柱身和類似物，可硬化的砂漿料，即已知所謂的雙組分砂漿，具有重要的價值。對於雙組分砂漿人們理解為混和料，一方面它含有分開或混合存在的一種或多種可硬化組分，而另一方面它又含有硬化劑。例如通過混合和/或破壞反應阻擋隔膜使可硬化組分與硬化劑接觸，硬化泥料。除了早期起主導作用的無機質兩組分砂漿料外，這類有機質砂漿料在市場銷售中也佔很大的比重。而有機或無機質砂漿料體系又具有例如在加工技術和使用技術方面所固有的體系內在的優缺點。在此方面尤其需要考慮混合問題、使用壽命、硬化特性、與溫度有關的特性、腐蝕性、化學穩定性和老化穩定性。
為了兼有各體系彼此間的優點，有人已經建議，用一種無機砂漿固定錨固物之後，在硬化期間或之後，用有機單體或其它低分子量可硬化化合物浸漬砂漿混合料。除了該方法的多步驟缺點之外，由於例如通過孔隙度和/或粘度為條件的不同滲透深度，得不到再現結果。也曾做過這樣試驗，為了在鑽井中固定錨固物，使用以波特蘭水泥和不飽和可硬化聚酯混合物為基的硬化砂漿混合料。然而，為了避免混合缺陷，預成型波特蘭/UP-混合物呈現出明顯的缺點，例如最不令人滿意的耐貯藏性，除此之外，固定強度表明僅有少許的抗老化性，錨固值相應的降低。
因此，本發明的目的是提供一種為在鑽井中固定錨固物用的可硬化砂漿混合料，它具有各種砂漿體系的優點，而無需承受許多缺點。
用兩種或多種組分砂漿解決了所提出的任務，由於含有水化凝固化合物和/或無機可縮合的化合物作為無機可硬化化合物和可硬化乙烯基酯作為有機可硬化化合物，這種砂漿在鑽井中用於固定錨固物如錨固杆，該兩種或多種組分砂漿含有無機或有機質的可硬化化合物和硬化劑以及必要時含有填充料(反應性)，溶劑、硬化劑、促凝劑、粘度調節劑、穩定劑、及其它普通的砂漿成分。
結果表明，根據本發明砂漿混合料，儘管在混合料中含有完全不同種類材料的可硬化化合物，但仍能提供非常良好的貯存能力，無疑它比已知的砂漿混合料(含有不同種類材料化合物的混合物)好的多。在基於可硬化不飽和聚酯和波特蘭水泥的已知兩組分砂漿混合料的情況下，由於其貯存能力低，只能在使用前而且在使用地直接進行混合料的加工。然後再混合硬化劑。上述方法煩瑣、在多次混合過程中混合缺陷的危害最終使這類砂漿不適用。
此外，本發明的砂漿混合料之進一步優點在於降低了收縮，提高了熱不變形性，改善了燃燒性能，抗氣候條件，結合穩定性高，適合的膨脹係數(比混凝土/鋼大)。持久性能和溫度變化穩定性。特別適用的是由於潤溼性能高在潮溼和/或有灰塵的鑽井中無困難的使用性。能獲得極好的拉伸性。因此在一般情況下，能特別有利的固定並附著在鑽井壁上，以致於在一定的拉伸值的情況下，一般在砂漿和錨杆之間出現故障，而不象在已知兩組分一結合杆體系情況下於鑽井壁(例如混凝土)和砂漿之間出現的情況。
同樣經過長期的試驗結果表明甚至在提高化學負荷的情況下也沒有不利的退化，象例如不飽和聚酯-波特蘭水泥砂漿混合料的退化是已知的。通過可能的未增塑作用，保持了高的粘性和附著性。
優選把水泥，尤其是鋁酸鹽水泥當作可硬化水化硬化化合物。這類鋁酸鹽水泥主要含有鋁酸鈣化合物，例如鋁酸-鈣和或鋁酸二鈣作為反應化合物，其中還有其它組分，例如可能是氧化鋁，矽鋁酸鈣和鐵酸鹽。Al2O3分析值(儘管不是必需的)經常是高於35%，總的來說，合適的是儘可能的沒有氧化鐵，說得確切一些是缺少氧化鐵，這就是說水泥中的氧化鐵含量低於約10%(重量)，尤其低於5%(重量)，而最優選低於2或1%(重量)。還證明除鋁酸鹽水泥外用氧化鐵含量低的高爐水泥代替鋁酸鹽水泥也是合適的。在本發明適用的化合物範圍內，石膏是可硬化水化凝固的另一個例子。只有在使用水泥的情況下，石膏/水泥混合物才是可能的，它具有良好的抗硫酸鹽性。在水或含水溶液存在的情況下，無機物質主要是矽酸鹽物質縮聚合，尤其以可溶的和/或細無定形的SiO2為基，其中SiO2部分例如達50%(重量)，它可由Al2O3代替。該材料可以含有鹼金屬氫氧化物，尤其是NaOH和/或KOH，鹼金屬矽酸鹽，尤其是水玻璃型和/或偏高嶺土，其中還可使用氫氧化物和/或矽酸鹽作為硬化的含水配合物。這類物質描述在EP-0148280 B1中，對於這些物質就本發明的意義而言同樣是有用的。
適用的乙烯基酯尤其是氨基甲酸乙酯丙烯酸酯和/或環氧丙烯酸酯，尤其是其甲基丙烯酸酯的形式。優選使用的是氨基甲酸乙酯丙烯酸酯，如在德國專利公開說明書OS3940309中所述的例子，例如，以雙酚A酚醛清漆確切地說為二異氰酸酯二苯基甲烷、己烷二異氰酸酯和類似異氰酸酯為基的乙烯基酯氨基甲酸乙酯。
適用的環氧丙烯酸酯包括以其丙烯酸酯、特別是以甲基丙烯酸酯、尤其二甲基丙烯酸酯形式存在的雙酚甘油基化合物為基的環氧丙烯酸酯。對此特別合適的有以雙酚A例如分子量為大約500～800為基的環氧甲基丙烯酸酯，以雙酚F例如分子量為450～750為基的環氧甲基丙烯酸酯，以分子量例如為750～2000的酚醛清漆為基的環氧甲基丙烯酸酯、適當的酚核數為3～8。進一步有用的例子是三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，1，4-丁二醇二甲基丙烯酸酯，但除去或代替雙酚甘油基化合物和其它雙酚環氧化物的二甲基丙烯酸酯外，還有乙基環氧化物改性的雙酚、尤其是雙酚A、F和酚醛清漆的合適的(甲基)丙烯酸酯。
無機可硬化的化合物(也包括可硬化的水化凝固和縮聚的化合物)和有機可硬化的化合物(乙烯基酯)的總量(以無硬化劑的總量計)是30～90%(重量)，尤其是40～85%(重量)。根據進一步優選實施方案，元機可硬化化合物與有機可硬化乙烯基酯的重量比是1∶4～3∶1，尤其是1∶3～2∶1。因此，除了可硬化水化凝固和/或可縮聚的化合物和可硬化的乙烯基酯外，本發明的砂漿混合料還可含有通常以次要量存在的其它均或共聚合的化合物，如不飽和聚酯，環氧化物，能生成氨基甲酸乙酯的異氰酸酯。特別是可含有反應稀釋劑、該稀釋劑同時還起某些溶劑作用，特別是以無硬化劑的砂漿總量計，它的量佔1～60%(重量)，優選10～40%(重量)。作為反應稀釋劑，化合物的例子包括象苯乙烯，α-甲基苯乙烯，烷基化的苯乙烯，二乙烯基苯，馬來醯亞胺，烯丙基化合物，丙烯醯或甲基丙烯醯化合物，象(甲基)丙烯醯胺，(甲基)丙烯酸甲酯，(甲基)丙烯酸乙酯，(甲基)丙烯酸丙酯，(甲基)丙烯酸丁酯，(甲基)丙烯酸乙基己基酯，新戊二醇(甲基)丙烯酸酯，乙二醇二(甲基)丙烯酸酯，丙二醇二(甲基)丙烯酸酯，丁二醇(甲基)丙烯酸酯，甘油(甲基)丙烯酸酯，(甲基)丙烯酸羥烷基酯。烷氧基化雙酚A二(甲基)丙烯酸酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯。對此特別強調的是，優選使用象在DE-OS-3940138中所述的脂環族均聚和共聚合的化合物。相對於反應稀釋劑和乙烯基酯總量，反應稀釋劑的用量優選為5～90%，尤其為30～80%(重量)。
作為硬化劑，使用已知基團可聚化合物的硬化劑，尤其是過氧化物。對此特別要考慮的是二苯醯過氧化物，甲乙酮過氧化物，過苯甲酸叔丁酯，環己酮過氧化物，月桂醯過氧化物和氫過氧化枯烯。在這種情況下可以使用例如以水溶液形式存在的不含增塑劑的過氧化物。水或含水配合物用作可硬化水合凝固化合物的硬化劑而同時又作為水化材料，確切地說用作可縮聚化合物的反應介質。硬化劑(到目前為止是過氧化物)的用量相對於乙烯基酯為2～20%，優選7～13%，作為水化凝固化合物的硬化或水化物質的水的用量相對於上述水化合物為10～80%，優選30～50%。在該情況下還可用水量來調節砂漿混合料的粘度。水溶液可以使用有機含水(例如含水醇溶液，鹼金屬氫氧化物(象NaOH、KOH)、必要時含(已分散的)SiO2，或鹼金屬水玻璃的溶液，它們特別適用於硬化可縮聚的物質。一些溶液的替代物也適於作分散液。
還可任選地含有凝固劑，稀釋劑、觸變劑、已知的添加劑，象滿意的或火成的矽酸，膨潤土，纖維素，高嶺土及類似物，假若存在，通常它們的存在量為0.1～8%(重量)。
此外，可優選的普通砂漿成分是填料，象砂子，石英，玻璃或空心玻璃珠，金鋼砂，白堊、滑石、陶瓷，用量相對於無硬化劑砂漿總量的0～60%，優選為10～50%。
作為填料或填料的成分，適用的有纖維，例如元機纖維象玻璃纖維、陶瓷纖維，尤其Lehnige纖維象微玻璃纖維及特別是有機、尤其是合成纖維。例如聚乙烯和/或聚丙烯纖維例如其長度為50至150μm，優選80至120μm，大約為100μm。特別適用的是由適當的薄膜或粗絲的編結製成的細長纖維或纖維，和表面積例如為5至15m2/g纖維結構。纖維可作為例如與含有中空玻璃珠砂子和類似物的混合物中的填料。特別適合的是，在含水組分中(其中還存在有基本的硬化劑)纖維與含有如上所述優選的其它填料一起存在。纖維通常的存在量相對無硬化劑的總量為0.1～5%(重量)，優選0.5～3%(重量)。除了確定硬化劑量外，可通過促硬劑影響硬化或凝固過程。為此，對於水化硬化組分除了使用通常的促凝或促硬劑，例如鹼金屬碳酸鹽，鹼金屬氫氧化物，鋁酸鹽，優選用量相對水泥總量為0.01～2%(重量)，還可使用液化的添加劑，例如混凝土液化劑，水泥分散劑，例如就波特蘭水泥來說，更確切地為胺，象N，N-二甲基苯胺，N，N-二乙基苯胺，N，N-二異亞基對甲苯胺，N，N-二甲基對甲苯胺，N，N-雙(2-羥基乙基)-二甲苯胺，此外，CO-，Mn-，Sn-或Ce鹽，象例如環烷酸鈷或辛酸鈷和/或乙烯基酯的重金屬鹽，優選量為0.02～1.0%。
此外，本發明的對象是在鑽井中固定錨固物的兩室或多室包裝裝置，它含有可硬化的砂漿成分和硬化劑和填料，需要時，溶劑，促硬劑和/或其它常用的砂漿成分，其中可硬化的砂漿組分與各硬化劑由反應阻擋隔膜分開，其中包裝裝置內含有水化凝固和/或無機可縮聚化合物和乙烯基酯作為可硬化的砂漿組分，及過氧化物和水或含水配合物作為硬化劑。兩室或多室包裝可由薄膜袋構成，即所謂的膜包裝，並且為不易彎曲的基質部分，每個薄膜袋有分開的孔，由總擠出接管的插口插到孔中，必要時配上混合部件作為靜力混合器。此後為在鑽井中共同固定錨固物，薄膜袋相互聯接所形成的單元(含有砂漿組分)在混合的同時例如通過薄膜袋的一同擠出而排空。
優選兩室包裝裝置，在一個室中含有可硬化組分而在另一個室中含有可硬化組分的硬化劑。然而該包裝裝置也可在一個室中同時含有例如可硬化的水化凝固或可縮聚的化合物和乙烯基酯硬化劑，而在另一個室中同時含有乙烯基酯和可硬化水化凝固或可縮聚的化合物的含水硬化劑。在這種情況下常常需要溶劑，在多室包裝裝置中，尤其是以薄膜袋為基的情況下，可以含有相互不同的可硬化砂漿混合料和分開的硬化劑。其組分(主要是硬化劑)是微密封的體系也屬於多室包裝裝置。其它砂漿組分，象填料，粘度調節劑，促進劑及類似物，可根據其已知的用途，在一個室或一個袋或者兩個或多個室(袋)按材料和/或不同的量分開裝。藉此方法可調節粘度比例，其中只是要注意的是，不能過早地進行硬化反應。
這類室或多室包裝裝置技術含有砂漿成分和材料，其化學成分、重量比例或百分比的成分已在上面詳細描述過，且這種砂漿成分落入本發明兩室包裝裝置的範圍內。
一般說來，使用薄膜容器作為兩室或多室包裝裝置，應當注意的是，膜材料和砂漿成分相互間是惰性的。對此應當排除這樣的砂漿組分，該組分是容器膜的軟化劑。在這種情況下，同時應注意乙烯基酯的分子量。
在本發明兩組分砂漿混合料情況下和對於本發明兩室包裝袋使用下述總組成的砂漿混合料乙烯基酯8～30%%(重量)反應稀釋劑4-25%(重量)有機過氧化物1-6.5%(重量)促進劑0.01～0.5%(重量)觸變劑0.5～5.0%(重量)水化凝固或可縮聚的物質10～35%(重量)礦物填料20～55%(重量)水6～20%(重量)用下述實施例解釋本發明(各成分為重量百分比)。
例11.乙烯基酯25.030.02.反應稀釋劑10.015.03.水泥25.021.04.石英0.1----0.3mm40.034.0100.0100.0組分B1.水49.02.過氧化物16.03.石英0.5---1mm35.0100.0
可硬化的有機化合物與可硬化的無機砂漿化合物的混合比例為1∶11∶1.5例2組分A雙酚A二縮水甘油基二甲基丙烯酸酯15.0二環戊二烯基甲基丙烯酸酯15.0二甲基苯胺0.10鋁酸鹽水泥29.95碳酸鋰0.04石英0.1---0.3mm37.50熱解的矽酸2.50100.00組分B過氧化二苯甲醯16.00水49.00石英0.5---1mm35.00100.00混合比例:3份A:1份B例3組分A乙烯基酯6.00二環戊二烯甲基丙烯酸酯20.00二乙基苯胺0.80鋁酸鹽水泥38.00
碳酸鋰0.05石英0.1-0.3mm30.15高嶺土5.00100.00組分B氫過氧化枯烯16.00水49.00石英0.5---1mm35.00100.00混合比例3.5份A∶1份B例4組分A酚醛清漆縮水甘油甲基丙烯酸酯6.00三甲氧基丙烷三甲基丙烯酸酯10.00雙酚A縮水甘油基二甲基丙烯酸酯10.00二乙基苯胺0.60辛酸鈷0.50鋁酸鹽水泥27.00碳酸鋰0.03熱解的矽酸1.10石英44.77100.00
組分B過氧化二苯甲醯25.00水32.40混凝土2.50纖維素0.10石英0.5---1mm40.0100.0混合比例3.7份A∶1份B例5組分A雙酚A二甲基丙烯酸酯20.001，4-丁二醇二甲基丙烯酸酯10.00二乙基苯胺0.15鋁酸鹽水泥10.55粉煤灰19.90石英37.00熱解的矽酸2.40100.00組分B過氧化二苯甲醯16.00水10.00鉀水玻璃(於水中40%)50.00石英0.5～0.8mm21.00
混凝土3.00數據以重量百分比100.00混合比例:3份A:1份B例6組份A1.乙烯基酯27.002.反應稀釋劑11.003.水泥24.004.石英0.05---035mm38.00100.00組分B1.水54.002.過氧化二苯甲醯13.503.熱解的矽酸5.254.空心玻璃珠26.005.纖維1.25100.00
權利要求
1.為在鑽井中固定錨固物的雙組分砂漿，它含有以無機和有機為基的硬化化合物和硬化劑及需要的填料，溶劑、促進劑和/或其它砂漿成分，其特徵在於，含有水化凝固和/或可縮聚的化合物作為無機可硬化化合物和可硬化乙烯基酯作為有機可硬化化合物。
2.根據權利要求1的砂漿，其特徵在於含有水泥，尤其鋁酸鹽水泥，和/或石膏作為可硬化的水化凝固化合物。
3.根據上述權利要求之一的砂漿，其特徵在於含有無氧化鐵或缺少氧化鐵的水泥作為水泥。
4.根據上述權利要求之一的砂漿，其特徵在於含有矽酸鹽，可聚合的化合物，尤其可溶解的、已溶解的和/或無定形SiO2物質作為可縮聚的化合物。
5.根據上述權利要求之一的砂漿，其特徵在於含有氨基甲酸乙酯丙烯酸酯和/或環氧丙烯酸酯作為可硬化的乙烯基酯。
6.根據上述權利要求之一的砂漿，其特徵在於無機可硬化化合物(水化凝固和可縮聚的化合物)和可硬化的乙烯基酯的總量佔不含硬化劑的砂漿總量的30～99%(重量)，尤其40～85%(重量)。
7.根據上述權利要求之一的砂漿，其特徵在於無機可硬化化合物(水化凝固和可縮聚的化合物)與可硬化的乙烯基酯的重量比例為1∶4至3∶1，尤其1∶3至2∶1。
8.根據上述權利要求之一的砂漿，其特徵在於含有反應稀釋劑，其量為無硬化劑的砂漿總量的1～60%(重量)，尤其10～40%(重量)。
9.根據上述權利要求之一的砂漿，其特徵在於以固體、溶解的或分散的形式存在的過氧化合物作為有機化合物的硬化劑。
10.根據上述權利要求之一的砂漿，其特徵在於水、含水溶液或含水分散液作為無機水化凝固和/或可聚合化合物的硬化劑或水化劑。
11.根據上述權利要求之一的砂漿，其特徵在於除了填料外需要時含有纖維，特別礦物或有機纖維，尤其纖維長度為50～150μm的細纖維。
12.為在鑽井中固定錨固物的多室包裝裝置，鑽井中尤其使用根據上述權利要求之一的雙組分砂漿，它含有可固化的砂漿成分和硬化劑及需要時填料(反應的)，溶劑，促進劑和/或其它通常的砂漿成分，其中通過反應阻擋隔膜將各硬化劑與可固化的砂漿成分分開，其特徵在於含有水化凝固和/或可縮聚的化合物和乙烯基酯作為可硬化砂漿組分和過氧化物和水或含水溶液作為硬化劑。
全文摘要
為在鑽井中固定錨固物的雙組分砂漿，它含有水化凝固和/或可縮聚的化合物作為無機可硬化的化合物和可硬化的乙烯基酯作為有機可硬化化合物。尤其將雙組分砂漿裝入多室包裝裝置中。
文檔編號C04B28/00GK1089586SQ9311920
公開日1994年7月20日 申請日期1993年9月16日 優先權日1992年9月17日
發明者P·莫特, U·漢斯, M·蒙徹 申請人:希爾蒂股份公司