Cenient in net boor- en winninosbedriifvan de Petroleumindustrie (III)*door Sir, Ph. H. Huisman en J. G. Stuve(Nederlandse Aardolie Maatschappij, Oldenzaalen Koninklijke/Shell-Laboratorium, Amsterdam)foto 1. verzameltanks voor olie uit boorputten1. INLEIDINGIn de twee voorgaande artikelen gaven we in het kort eenuiteenzetting over het voorkomen en winnen van aardolieen bespraken daarna meer in detail het beoogde doel van detoepassing van cement in boorgaten. Vervolgens werdenenkele methodes van toepassing behandeld.In dit artikel zullen we ingaan op de vraag, waarom juistcement wordt gebruikt, wal hierbij de voor- en nadelen zijn,en aan welke eisen een goed boorcement moet voldoen.Het is niet ??n bepaalde eigenschap, die voor de doeltref-fendheid van cement beslissend is, maar eerder een complexvan eigenschappen. Dat --tot op heden-- cement en geenander product doeltreffend is gebleken, moet vooral aan devolgende factoren worden toegeschreven:a) cement geeft met water gemengd een goed verpompbarebrij, die geruime tijd verpompbaar blijft en daarna snelverhardt,b) het is op vele plaatsen in de wereld in voldoende hoe-veelheden te verkrijgen,c) zijn kwaliteit is van voldoende gelijkmatigheid om eenuniforme wijze van toepassing mogelijk te maken,d) er is geen ander product bekend, dat beter voor het ge-stelde doel geschikt is en daarbij even economisch in detoepassing is.In de laatste jaren zijn in enkele gevallen, nl. bij het plaatsen* Zie: Cement 1 (1949) Nr 5-6, pag. 85 enCement 2 (1950) Nr 13-14, pag. 270.370van bodempluggen, in plaats van cement met goed succesbepaalde kunstharsen van het ,,thermo-setting" type toege-past. Men is van mening, dat dergelijke harsen beter aan hetgesteente hechten dan cement, waardoor het mislukken vancementaties door lekken wordt tegengegaan. Hun toepassingis echter vele malen duurder en zal dan ook voorlopig totspeciale gevallen beperkt moeten blijven.Hoewel het verbruik van cement voor boordoeleinden slechtseen klein percentage uitmaakt van zijn totale wereldproductie,worden jaarlijks toch grote hoeveelheden in boorgaten ver-werkt. Was een dertig jaar geleden deze hoeveelheid nogzeer gering, in 1948 werden in de U.S.A. alleen reeds ca1 800 000 ton in het boorbedrijf verbruikt. Hoewel de con-sumptie buiten Amerika niet precies bekend is, kan dezevoor hetzelfde jaar zeer ruw op 1 000 000 ton worden ge-schat; totaal ca 2 800 000 ton of ongeveer tweemaal het totalecementverbruik van ons land. Voornamelijk werd hiervoorbouwcement gebruikt, gekeurd en geschikt bevonden voorhet specifieke doel. Vooral echter in de U.S.A. neemt detoepassing van speciaal vervaardigd boorcement de laatstejaren sterk toe. Buiten Amerika is het boorbedrijf echterhoofdzakelijk aangewezen op de toepassing van bouwcement,daar de vraag naar dit cement die naar boorcement verreovertreft en de cementindustrie zich hierop heeft ingesteld.In bovengenoemd land liggen de verhoudingen echter plaat-selijk anders. Daar komen gebieden voor, waar de behoefteaan boorcement zo groot is, dat het de moeite loont, dat deCement 4 (1952) Nr 21-22cementindustrie zich locaal op de fabricage van boorcementtoelegt. Hierdoor is de U.S.A. dan ook tot nu toe vrijwelhet enige land, dat dit speciale cement voor export beschik-baar heeft.Het spreekt vanzelf, dat de eisen, die aan boorcement moetenworden gesteld, niet voor elke cementatie dezelfde zijn.Voor cementaties op grote diepte zullen deze in verband metde hogere temperaturen en drukken en langere verpompings-tijden anders en veel zwaarder zijn dan voor die op geringerediepte. Ook de soort cementatie (verbuizing-cementatie,pers-cementatie en afpluggen) en plaatselijke omstandigheden(conditie van het boorgat, hoogte van opcementeren, enz.)spelen hierbij een belangrijke rol. In het algemeen kan menechter zeggen, dat tot op heden cement op redelijke wijzeaan de zeer uiteenlopende eisen van het boorbedrijf heeftvoldaan.Toen men in de periode van 1920 -- 1930 op steeds grotereschaal tot toepassing van cement in boorgaten overging,waren deze nog betrekkelijk ondiep. Zelden werd een dieptevan 1500 m overschreden. En hoewel het boorbedrijf andereeisen stelde dan het bouwbedrijf, kon practisch elk goedbouwcement in dergelijke boorgaten worden gebruikt. Detoenemende vraag naar aardolie had echter tot gevolg, datdeze dieper moest worden gezocht en in de jaren 1930 -- 1940werd de 3 000 m grens herhaalde malen overschreden, terwijlzelfs enkele boorgaten tot een diepte beneden de 4 000 mwerden gebracht. Vooral door een te snel optredende bindingwaren de meeste destijds beschikbare bouwcementen onge-schikt voor de toepassing in dergelijke diepe boorgaten. Slechtsenkele, langzaam bindende kwaliteiten waren bruikbaar. Ge-leidelijk kwamen echter meer langzaam bindende soorten opde markt, zodat het aankopen van cement voor cementatiestot een diepte van 3 500 m tegenwoordig geen probleemmeer vormt.Echter, de ontwikkeling van het diepboorbedrijf stond nietstil. Momenteel zijn boorgaten dieper dan 5 000 m geen uit-zondering meer, terwijl het diepste boorgat ter wereld bijna7 000 m diep is. Het cementeren op dergelijke diepten brengtgrote moeilijkheden met zich mede. Voorlopig volstaan weermee te memoreren, dat in zulke diepe boorgaten de bodem-temperatuur 150 ?C en hoger is, terwijl de druk waaronderde cementbrij komt te staan, wanneer deze eenmaal op zijnplaats is aangekomen, soms meer dan 1 000 kg/cm2kan be-dragen.We besluiten deze inleiding met er op te wijzen, dat eenmislukte cementatie grote kosten met zich mede brengt enzelfs het verloren gaan van een boorgat ten gevolge kanhebben. Daar het slaan van een diep boorgat ten minste eenhalf millioen gulden kost, is het begrijpelijk, dat de olie-indus-trie zeer strenge eisen aan de kwaliteit van boorcement moetstellen.Welke zijn deze eisen? Aan de hand van practijkervaring enuitvoerige laboratoriumonderzoekingen zijn in de loop derjaren verschillende eisen geformuleerd, waaraan een boor-cement moet voldoen. Deze eisen hebben zowel betrekkingop de kwaliteit van een gegeven cement in algemene zin, als-wel op zijn geschiktheid voor het specifieke doel. De voor-naamste van deze zullen we hieronder in detail bespreken.2. VERPOMPBAARHEID VAN CEMENTBRIJ; BINDTIJDZoals zal blijken, krijgen we hier te maken met eisen, diemin of meer specifiek zijn voor boorcement. Men zou duskunnen spreken van doelmatigheidseisen, waarop voorts meni-ge cementfabrikant vroeger zijn --toch goede-- bouwcementzag afgekeurd.In boorgaten wordt cement bijna uitsluitend als zodanig ge-mengd met water toegepast; dwz. wel worden aan het wateren het cement vaak kleine hoeveelheden van allerlei stoffentoegevoegd om aan het mengsel bepaalde eigenschappen tegeven, maar zelden wordt een toeslag van zand of anderematerialen gegeven, zoals in het bouwbedrijf gebruikelijk is.Men heeft wel eens mengsels van cement en zand toegepastin boorgaten, maar hiertegen bestaan toch allerlei bezwaren.Het voornaamste is wel, dal hierbij tijdens het cementerenzand en cement snel in een gewenste en constante verhou-ding moeten worden gemengd.In het algemeen past men een cementbrij toe met een zohoog mogelijk soortelijk gewicht; dit komt de sterkte van hetverharde eindproduct ten goede. Daar het mengsel echter,ook na verloop van een bepaalde tijd nog goed verpompbaarmoet zijn, kan men weinig lager gaan dan een water-cementverhouding van 0,40, dwz. 40 gewichtsdelen water op 100gewichtsdelen cement. Het s.g. van een dergelijke cementbrijCement 4 (1952) Nr 21-22 371is ca 1,95, terwijl haar viscositeit, afhankelijk van de soortcement, direct na menging 10 -- 40 poises bedraagt.Het komt echter voor, dat cement, in bovengenoemde ver-houding, gemengd met water zeer visqueuze, onverpompbaresuspensies oplevert. Men zou dan, om deze viscositeit teverlagen, meer water kunnen toevoegen, maar dit heeft conse-quenties, die niet altijd gewenst zijn, bijv. een lagere sterktevan het verharde cement. Vandaar de eis, dal een cementgemengd tot een brij met een W/C-verhouding 0,40 eengoed verpompbare suspensie moet opleveren. Een cementkan door verschillende oorzaken een onverpompbare brijgeven. Het is bijv. bekend, dat cement, dat vocht heeft op-genomen, meestal hoog-visqueuze suspensies geeft. Ook;cement dat onvolledig is gebrand of dat een te hoog gehalteaan gips bezit, vertoont veelal dit euvel.Men heeft getracht door het toevoegen van bevochtigers deviscositeit van cementsuspensies te verlagen. Verschillendechemicali?n, bijv. wateroplosbare natriumsulfonaten, zijn hier-voor wel eens toegepast. Veelal be?nvloeden dergelijke che-micali?n echter andere eigenschappen van de cementbrij ofvan het verharde eindproduct in ongunstige zin.Zodra cement in contact komt met water, treden bepaaldechemische reacties op, waardoor de brij in betrekkelijk kortetijd, afhankelijk van de soort cement en de omstandighedenvan temperatuur en druk, overgaat in een verhardende massa.Dit verhardingsproces gaat daarna geleidelijk verder voort, af-hankelijk van de omstandigheden, zich uitstrekkend over eenperiode van plm. 10 dagen tot enige maanden. Voor de ver-pomping is het feit belangrijk, dat bij de verharding een,,aanloopperiode" optreedt, waarin het proces langzaam ver-loopt en de cementbrij alleen wat opstijft, visqueuzer wordt.Na deze beginperiode gaat het proces in sterk versneld tempoverder en gaat de brij snel in een min of meer vaste toestandover. Deze beginperiode, gerekend vanaf het ogenblik waar-op cement en water worden gemengd, noemt men de bind-tijd. Deze kan sterk verschillen van soort tot soort cement enkan, hoewel tegenwoordig in veel mindere mate, sterkvari?ren in partijen van hetzelfde merk.Ook hangt de bindtijd af van de W/C-verhouding van de sus-pensie, van de druk en in sterke mate van de temperatuurwaarbij wordt afgebonden. Verhoging van de W/C-verhou-ding vertraagt de binding, terwijl verhoging van temperatuuren druk een sterk versnellende invloed heeft. Deze beidelaatste zijn factoren, die men bij het cementeren niet in dehand heeft, maar die vooral worden bepaald door de dieptefoto 2. demontage van een mengjnstallatievan het boorgat. Gemiddeld neemt in de aardkorst de tempe-ratuur elke 100 m met 3 ?C toe, zodat bijv. op 3 000 m tem-peraturen te verwachten zijn van 90 --120 ?C; plaatselijkkunnen deze echter hoger zijn. Gelukkig oefent de circule-rende boorspoeling een koelend effect uit op de diepgelegenformatie in de naaste omgeving van het boorgat, zodat tijdenshet inpompen de cementbrij niet tot de maximale bodemtem-temperatuur wordt verwarmd. Omgekeerd echter worden dehoger gelegen formaties door de circulerende boorspoelingverwarmd; dit heeft tengevolge, dat de cementbrij tijdens hetinpompen vrij snel in temperatuur oploopt. Veiligheidshalvehoudt men daarom dan ook geen rekening met het feit, datde brij niet direct op bodemtemperatuur komt; men houdt alsgemiddelde cementatietemperatuur deze temperatuur aan.De druk, waaronder een kolom cementbrij tijdens het cemen-teren kan komen te staan, wordt bepaald door. de hydrosta-tische druk van de spoelingkolom in het boorgat en depompdruk, waarmede de cementbrij rond de schoen (onder-kant) van de verhuizing wordt gepompt. Het kan voorkomen,dat deze druk 220-240 kg/cm2bedraagt per 1 000 m boor-gat, maar meestal is hij lager. In een boorgat van bijv. 5 000meter kan cement dus echter bloot komen te staan aan eendruk van meer dan 1 000 kg/cm2. Verder zal, naarmate hetboorgat dieper is, het meer tijd vergen om het cement tot inde ruimte achter de verhuizing te pompen, omdat de brij daneen langere weg moet afleggen.Uit het voorgaande blijkt dus, dat de bindtijd, die een boor-cement dient te bezitten, voornamelijk wordt bepaald door:a. de diepte, waarop moet worden gecementeerd en b) depompcapaciteit. De hoeveelheid cementbrij, die moet wordenverpompt, speelt natuurlijk ook een rol. Aangezien echter bijhet mengen van cement en water de temperatuur nog laag isen de cementbrij zonder oponthoud direct in het boorgatwordt gepompt, is de tijd, nodig voor het mengen, van onder-geschikte betekenis. Het verpompen van een cementbrij vergtuiteindelijk hogere drukken dan het rondpompen van de boor-spoeling. De pompdruk zal hoger worden en dus de verpom-pingstijd langer, naarmate meer cement achter de verhuizingmoet worden gebracht.Het boorbedrijf heeft tegenwoordig de beschikking over pom-pen, die een grote mate van perfectie hebben bereikt, enwaarmede men onder hoge tegendruk een cementkolombinnen redelijke tijd achter de buizenserie kan pompen. Omde gedachte te bepalen, in een gat van 3000 m diepte kaneen normale cementatie, de mengtijd dus niet meegerekend,in ca 3/4 uur worden uitgevoerd; een boorgat van 5 000 mvergt hiervoor 1? uur. Als men dus de bodemtemperatuurvan het boorgat kent, dan kan men met behulp van gegevensover de beschikbare pompcapaciteit en de Volumina cement-brij en spoeling, die moeten worden verpompt, vaststellen,hoeveel de bindtijd van een suspensie, met een bepaaldeW/C-verhouding, tenminste moet bedragen om een voor-tijdige verharding in het boorgat te voorkomen.Ter ori?ntering zijn in onderstaande tabel enkele globalegegevens samengevat voor een cementatie met 400 zakkencement op verschillende diepten.cementatie-dieptebodemtemp. mengtijd lijd voor na-pompen vanspoelingmax.pompdrukm ?C min min kg/cm21000 30- 50 25 20 202 000 40- 60 25 30 303 000 60- 90 25 45 504 000 90-120 25 65 855 000 120-150 25 85 120Deze tabel geeft een globale indruk van de eisen, waaraaneen boorcement moet voldoen wat betreft de bindtijd.Nemen we aan, dat het soortelijk gewicht van de boorvloei-stof in het boorgat hoog is, bijv. 1,80, dan staat tegen heteinde van de cementatie op 3 000 m het cement nabij deschoen van de serie onder een druk van 3?180 + 501) == ca 600 kg/cm2. Aangezien gebleken is, dat bij drukkenvan 200, 400, 600 en 800 kg/cm2de bindtijd bij 50 ?C wordtverkort en wel met resp. ca 10, 20, 30 en 50%, moet menhiermee rekening houden. Bij bovengenoemde cementatie-diepte, waarbij de cementatie-temperatuur op 90 ?C moetworden gesteld, zal de bindtijd, bepaald bij die temperatuur,Cement 4 (1952) Nr 21-22zeker 60 min moeten bedragen om in 45 min na het mengenhet cement zonder moeilijkheden achter de verhuizing' tekunnen krijgen. Daarentegen zal bij een diepte van 1 000 monder dezelfde omstandigheden een bindtijd van ca 35 min,gemeten bij 50 ?C, ruimschoots voldoende zijn. Deze voor-beelden geven duidelijk aan, dat de olie-industrie de beschik-king moet hebben over cementsoorten, die zeer sterk uiteen-lopen in bindtijd.Om de situatie met betrekking tot de magazijnvoorraden nietal te ingewikkeld te maken, heeft men voornamelijk gestan-daardiseerd op drie klassen, nl.:a) S-W cement (Shallow Oil-Weil cement), dat een bindtijdmoet bezitten van 60 min bij 50 ?C. Uit de voorgaandetabel is te zien, dat dit cement in vele gevallen nog bruik-baar zal zijn tot ongeveer 1 500 m diepte. Bijna elkenormale bouwcement valt in deze klasse en S-W cementis daarom overal in voldoende hoeveelheden beschikbaar.Voor het cementeren met kleinere hoeveelheden cementen bij cementaties op geringe diepten is het iets ie lang-zaam bindend. Dit kan, indien nodig, echter worden ver-holpen door CaCl2 toe te voegen (max. 3%) aan hethet mengwater. Het toevoegen van CaCI2 heeft tevenshet voordeel, dat snel een hoge beginsterkte wordt ver-kregen.b) M-W cement (Medium Oil-Well cement), dat een bindtijdvan ten minste 60 min moet bezitten bij 90 ?C. Een derge-lijk cement is bruikbaar tot een diepte van ca 3 000 m.In de afgelopen 15 jaren bleken steeds meer fabrikantenin staat een dergelijk langzaambindend cement te leveren,zodat de aankoop van M-W cement tegenwoordig geenprobleem meer vormt.c) D-W cement (Deep Oil-Well cement), voor cementatiesbeneden de 3 000 m. Voor dit cement geldt de eis, dathet een bindtijd moet bezitten van 90 min bij 150 ?C. Opde keper beschouwd, voldoet een dergelijk cement slechtstot een diepte van 4 500 m; men zal voor toepassingenop nog grotere diepte nog hogere eisen moeten stellen.Het is tot op heden niet mogelijk gebleken, cement te ver-krijgen, dat als zodanig voldoet aan de bovengenoemdeeisen van bindtijd. Men heeft dit wel geprobeerd doorhet grover malen van de klinker, maar dit bleek geen op-lossing van het probleem, daar de sterkte van het ver-harde cement te ongunstig werd be?nvloed.1) globale pompdrukfoto 3. transportabele cementeerinstallatie372Weinig aandacht is echter tot dusverre besteed aan ver-anderingen in de samenstelling van de grondstoffen, waar-uit cement wordt bereid, hoewel er aanwijzingen zijn, datin deze richting nog wel ?ets is te bereiken. Toch zijnverschillende fabrikanten er in geslaagd, vooral in deU.S.A., langzaam tot zeer langzaam bindende soortenboorcement op de markt te brengen. Dit is gelukt dooraan het cement zgn. vertragers toe te voegen. Tal vanchemicali?n, zoals de uitgebreide octrooilitteratuur op ditgebied bewijst, zijn voor dit doel voorgesteld of toege-past. Vele van deze vertragers be?nvloeden echter andereeigenschappen van het cement in ongunstige zin, bijv. desterkte, terwijl hun werkzaamheid dikwijls aanzienlijk ?e-rugloopt tijdens de opslag van het cement.Vandaar dat men heeft voorgesteld, dergelijke vertragersin het mengwater op te lossen. De eis, dat de hoeveelheidtoe te voegen vertrager moet worden betrokken op droogcement en de omstandigheid, dat de W/C-verhoudingtijdens het cementeren kan vari?ren van 0,35 -- 0,50, vor-men een bezwaar tegen deze methode van toepassing.Een ander bezwaar is, dat er geen universeel werkendevertrager schijnt te bestaan en dat voor elke cementsoorteen goede vertrager moet worden gezocht, waarvan dewerkzaamheid niet wordt be?nvloed door kleine schom-melingen in eigenschappen en samenstelling van verschil-lende partijen cement.Het is moeilijk een oplossing te vinden voor de proble-men, die zich voordoen bij het zoeken naar goede ver-tragers, daar zo goed als niets bekend is over hun che-mische of physische werking.Hoewel er op het gebied van de fabricage van ,,deepwell" cement dus vordering is gemaakt, zal er nog naderspeurwerk moeten worden verricht, om aan alle komendesituaties wat betreft het cementeren op grote diepte hethoofd te kunnen bieden.3. SNELHEID VAN VERHARDENBedraagt de bindtijd van een cementbrij ten hoogste enkeleuren, het verharden vraagt zeer lange tijd. Naarmate de tem-peratuur hoger is, zal het verhardingsproces sneller verlopen.Het is echter nodig, dal het cement in het boorgat een zo-danige sterkte verkrijgt, dat men binnen de 24 uur bepaaldewerkzaamheden kan uitvoeren en binnen 48 uur de boor-werkzaamheden kan hervatten. In diepe boorgaten vormt ditmeestal geen probleem, daar de hoge formatietemperatuur inkorte tijd zorg draagt voor een hoge sterkte. Toepassing vanchemicali?n voor het verlengen van de bindtijd kan echterhet verkrijgen van een hoge aanvangssterkte belemmeren.Hiermede moet bij de keuze van vertragers dan ook terdegerekening worden gehouden. In ondiepe boorgaten kan menhet optreden van een hoge aanvangssterkte bevorderen doorCaCI2 aan het aanmaakwater toe te voegen.4. DE STERKTE VAN VERHARD CEMENTIn ons tweede artikel hebben we uiteengezet, dat cement inhet boorbedrijf wordt toegepast, teneinde:a) verhuizingen vast te zetten,b) pluggen te plaatsen,c) lekkages in het boorgat te dichten, door het inpersen vancement onder hoge druk end) scheuren en spleten in het boorgat, waarin de boorvloei-stof wegloopt, af te dichten, door het inpersen van cementonder lage druk.de eisen voor druksterkte laten leiden door het gedrag vanverhard boorcement in de practijk van het boorbedrijf.Deze eisen luiden als volgt:a) voor een SW-cement, aang?mengd tot een suspensie meteen W/C-verhouding van 0,50, moet de druksterkte na 1en 3 dagen verharden bij 30 ?C bedragen 50 resp. 100kg/cm2,b) voor een MW-cement moeten deze sterkten resp. 50 en100 kg/cm2zijn van een suspensie met eenzelfde W/C-verhouding doch verhard bij 50 ?C.c) een suspensie van een DW-cement met een W/C-ver-houding van 0,50 moet na 1 en 10 dagen verharden, bij90 ?C, sterkten bezitten van 50 resp. 100 kg/cm2.De eis van een minimum sterkte na 24 uur verharden werdopgesteld met beirekking lot die werkzaamheden, die reeds1--2 dagen na het cementeren in het boorgat moeten kun-nen worden uitgevoerd, zoals bijv. het uitboren van de ce-mentpluggen. De sterkte na drie dagen verharden bij SW- enMW-cement geeft een indruk van de uiteindelijke sterkte vanhei verharde cement, daar, bijna zonder uitzondering, dezena drie dagen verharden 60 -- 80% van zijn eindslerkte heeftbereikt, althans onder laboratoriumomstandigheden.Voor DW-cement geldt dit laatste echter niet. Tot voor kortwas men algemeen van mening dal, naarmate dieper werdgeboord en dus de temperatuur hoger werd, als gevolg hier-van een hogere aanvangssterkte zou worden verkregen entevens het cement sneller zijn eindsterkte zou bereiken. Daar-door zouden dus de sterkte-eisen voor diepboorcement geenmoeilijkheden geven.Recente onderzoekingen hebben echter aangetoond, dat diteen illusie is. In tek. 4 is grafisch het verband aangegeventussen de druksterkte en de verhardingstijd.Tot 90 ?C gedraagt het cement zich volgens de verwachtin-gen; er was geen aanleiding om te veronderstellen, dat ditbij temperaturen boven 100 ?C anders zou zijn, totdat hetexperiment anders uitwees.Cement afgebonden bij bijv. 150 ?C gedraagt zich aanvan-kelijk normaal, maar na 1 tot 2 dagen verharden buigt dedruksterktecurve sterk naar beneden, om na ongeveer 10dagen een minimum te bereiken. Dit minimum (eindsterkte)bedraagt slechts ongeveer de helft en soms minder dan deeindsterkte bij temperaturen beneden 100 ?C. Op grond vandit verschijnsel moet, om een indruk van de eindsterkte teverkrijgen, bij DW-cement de sterkte na 10 dagen verhardenworden bepaald.Aangezien er zich in boorgaten tot 3 000 m, voor zover onsbekend, geen mislukte cementaties hebben voorgedaan, diezonder meer terug zijn te voeren op onvoldoende sterkte-eigenschappen van het toegepaste cement, lijken de boven-genoemde sterkte-eisen voor SW- en MW-cement wel doel-treffend. Wil men in sommige gevallen, zoals bijvoorbeeldbij ?njectie-cementaties of het zetten van pluggen op geringediepte, snel een hoge beginsterkte, dan heeft men dit in dehand, door het toevoegen van CaCl?; aan het mengwater en,in het laatste geval, ook door het toepassen van een zwaresuspensie (W/C-verhouding 0,35 -- 0,40). Maken de boor-werkzaamheden een hoge sterkte gewenst, terwijl de begin-binding geen toepassing van CaCI2 toelaat, dan is het nood-zakelijk een zware suspensie te gebruiken en iets langer telaten verharden dan normaal, voordat met de werkzaamhedenwordt begonnen.Voor DW-cement moet echter de vraag worden gesteld, ofElk van deze toepassingen stelt aan het verharde cement be-paalde sterkte-eisen. De wijze van belasting van het verhardecement loopt evenwel sterk uiteen, soms is het belast opdruk, soms op trek en vaak moet het bestand zijn tegenschokken. Daarom is het moeilijk om aan te geven, aan welkesterkte-eisen verhard boorcement moet voldoen en welkemethode in het laboratorium moet worden gevolgd om boor-cement op zijn sterkte te keuren. Men heeft zich daarom be-perkt tot het bepalen van de druksterkte, in de verwachtingdat -- als deze voldoet aan zekere normen -- het verhardeproduct ook voldoende weerstand zal bezitten tegen anderebelastingen.Tot nu toe is in de practijk, voorzover is na te gaan, hettegendeel niet gebleken. Geheel bevredigend is deze situatieechter niet, te meer daar ook moeilijk aan te geven is, hoehoog de minimum druksterkte moet zijn onder bepaalde om-standigheden. Men heeft zich daarom bij hel vaststellen vanCement 4 (1952) Nr 21-22tek. 4. druksterkte van cementbij verschillende temperaturen373de sterkte-eisen van hei huidige cement wel toereikend zijn.Er zijn nl. aanwijzingen, dat cementpluggen geplaatst op zeergrote diepte onvoldoende hard waren. Met betrekking totverbuizingscementaties zijn de klachten over onvoldoendesterkte minder concreet. Hieruit blijkt, dat het onderzoek indeze richting nog niet als afgesloten kan worden beschouwd.5. KRIMPVRIJ VERHARDEN. VOLUME BESTENDIGHEIDVoor een goede hechting van het verharde cement aan hetgesteente zou een geringe uitzetting tijdens het verhardenbevorderlijk zijn. De huidig toegepaste cementsoorte.n ver-tonen echter alle een geringe krimp tijdens het afbinden.Zeer zelden komt het voor, dat cement moet worden afge-keurd, omdat het te veel krimp vertoont tijdens het verharden.Zeer recent wordt er in de litteratuur gesproken over ce-mentsoorten, die tijdens het verharden een geringe uitzettingvertonen; dergelijke soorten hebben misschien toepassings-mogelijkheden in het boorbedrijf.Wat betreft de volumebestendigheid stelt het boorbedrijf geenspeciale eisen, dwz. afwijkend van die, welke het bouwbedrijfstelt.6. DOORLATENDHEID VAN VERHARD CEMENTIn het boorbedrijf werkt men met cementbrij, waarvan deW/C-verhouding vari?ert van 0,40 -- 0,60. Van het toege-voegde water wordt slechts gemiddeld ca 10%, berekend opdroog cement, verbruikt voor het verhardingsproces, terwijlde rest nodig is om de brij verpompbaar te maken. Deze restblijft ongebonden achter in de holle ruimten van het verhardeproduct, dat een porositeit bezit van 35 -- 50%. Gelukkig isde pori?nwijdte zo klein, dat ondanks deze hoge porositeit,verhard cement geen of een zeer lage doorlatendheid bezitvoor gas en vloeistoffen. Hierdoor vormt cement zulk eenvoortreffelijk afsluitend medium in het boorgat. Slechts in-dien cement, tijdens het mengen, ingesloten lucht (drogecement bevat ca 40% lucht) onvoldoende loslaat, kan dezeeigenschap verloren gaan.7. INVLOED VAN BOORSPOELING, GAS ENZOUTWATER OP VERHARD CEMENTBoorspoeling, gas en olie, mits de brij tijdens het cementerenniet met deze stoffen wordt versneden, hebben op verhardcement weing of geen invloed; zoutwater, dat sulfaten en/ofbepaalde chloriden bevat, daarentegen wel. De ervaring heeftechter geleerd, dat de aantasting van cement in boorgatentegenover agressief-waterhoudende lagen erg meevalt, waar-schijnlijk omdat de uitwisseling van reactieproducten sterkwordt belemmerd. In gebieden, waar men te doen heeft metzeer agressief water, past men echter veelal speciale cement-soorten toe.8. PLEISTERENDE EIGENSCHAPPEN VAN CEMENTBRIJZoals we bespraken in ons eerste artikel, zet de circulerendeboorspoeling een dunne pleisterkoek van klei af op permea-bele formaties. Bij het cementeren, bv. van een verhuizing,blijft deze kleikoek zitten tussen de cementring en het gesteen-te, Het is bekend dat de hechting tussen cement en kleikoekslecht is en zij aanleiding geeft tot lekkages van overigensgoed geslaagde cementaties. Vandaar dat men tegenwoordigdoor het aanbrengen van schrapers op de verhuizing, hetzijin kransen of schroefvormig en het op en neer bewegen ofroteren van de verhuizing tijdens het cementeren, de klei-koek plaatselijk verwijdert. Inderdaad bereikt men hierdoor,dat de cementbrij ?n contact komt met het gesteente en dekans krijgt beter te hechten. In het geval van permeabel ge-steente brengt dit echter complicaties met zich mede. Immersde spoelingkoek dichtte de permeabele laag af en die wordtdoor de schrapers plaatselijk opengelegd, met als gevolg,dat de cementbrij op dit gesteente affiltreert, dikke filter-koeken vormt en veel sneller bindt.Daar bovendien de filterkoek de tussenruimte tussen verhui-zing en gesteente verkleint, kan dit zeer hoge pompdrukkenten gevolge hebben of zelfs het pompen geheel verhinderen.Men zoekt daarom naar stoffen, die aan het droge cementof aan het aanmaakwater toegevoegd, de cementbrij goedepleisterende eigenschappen geven. Zeer recent zijn er enkelesoorten cement op de markt gebracht, die een brij geven,welke, geplaatst op een poreus medium bij een overdruk van10 kg/cm2, slechts een gering filtraatverlies geeft.9. DE OPSLAGBESTENDIGHEIDTengevolge van het feit, dat cement hygroscopisch is en hetopgenomen water met het cement reageert, gaat de kwaliteitvan cement bij vochtopneming achteruit. Daar de toepassingvan cement juist berust op de reacties, die het aangaat metwater, is hier uit de aard der zaak niets aan te doen enkunnen slechts maatregelen worden getroffen, die de opne-ming van vocht bij vervoer en opslag zoveel mogelijk tegen-gaan. Deze zijn vooral voor boorcement van groot belang,daar het dikwijls over grote afstanden moet worden vervoerden geruime tijd in voorraad moet worden gehouden. De er-varing heeft geleerd, dat zeetransport in grote partijen, zelfswanneer dit enkele maanden vergt, weinig invloed heeft op dekwaliteit. Moeilijkheden treden pas op bij herhaalde over-scheping, tijdelijke opslag onder dekkleden in de overscheep-havens en bij het transport van kleinere partijen naar de uit-eindelijke plaats van bestemming. 'Ook komt het vaak voor,dat een partij langere tijd onder ongunstige omstandighedenbij een boring moet worden opgeslagen. Uit de aard derzaak versnellen tropische omstandigheden (hoog vochtgehaltevan de lucht) naast bovengenoemde, het bederf in grolemate.Dit bederf uit zich in het vormen van harde klonten en hetminder rul worden van het cement. Met betrekking tot ditlaatste spreken de boortechnici van een ,,dood" cement.Cement, waarin klontvorming is opgetreden, is als zodanigonbruikbaar voor toepassing in boorgaten, daar zelfs kleineharde kluitjes het goed functionneren van de cementpompbelemmeren. Weliswaar is dit te verhelpen door het cementvooraf te zeven. Dit betekent echter een aanzienlijk materiaal-en tijdverlies, terwijl het dikwijls niet afdoende is gebleken,vooral wanneer het zeven plaats moet vinden in een vochtigeatmosfeer. Een ,,dood" cement nl. laat zich zeer slecht ver-werken in de gebruikelijke mengapparatuur. Terwijl het verseproduct kan worden gestort met een snelheid van 18 -- 24 zakper minuut, daalt dit voor een partij, die vocht heeft opge-nomen, tot 8 -- 12 zak. Verder is het bekend, dat een brijaangemaakt van dergelijk cement hoog-visqueus en daardoorslecht verpompbaar is en een poreus en zacht eindproductkan geven; vooral dit laatste kan dan de oorzaak van lekkageszijn.Uit het bovenstaande volgt, dat het boorbedrijf de eis moetstellen, dat boorcement vanaf het moment, dat het de silovan de fabriek verlaat tot het tijdstip van verwerking, moetworden gevrijwaard tegen vochtopneming. In het laborato-rium heeft men kunnen vaststellen, dat er duidelijke verschil-len bestaan tussen de verschillende soorten cement, watbetreft de snelheid, waarmee vocht wordt aangetrokken.Verder is gebleken, dat vers cement in een vochtvrije ruimtetot een hoogte van 20 -- 30 lagen kan worden opgestapeld,zonder dat de kwaliteit wordt be?nvloed, terwijl men daaren-tegen veel minder hoog kan stapelen, wanneer een partijreeds vocht heeft opgenomen.Er bestaan betrouwbare laboratoriummethoden, waarmedekan worden vastgesteld, of een partij cement door vochtopne-ming onbruikbaar is geworden als boorcement en als zodanigmoet worden afgekeurd. Dit voorkomt uit de aard der zaakvele moeilijkheden, maar betekent geen oplossing van hetprobleem.Alleen een vochtwerende verpakking is hiertoe afdoende ge-bleken. De vroeger wel toegepaste wijze van verzending vanvier zakken cement ?n een luchtdicht gesloten ijzeren drum,mits deze inderdaad ,,luchtdicht" was, bleek doelmatig. Der-gelijke zware drums waren echter moeilijk te hanteren, terwijldeze wijze van verpakking ook te duur was. De tegenwoordiggebruikelijke zakken, bestaande uit 6 lagen papier, waarvanbijv. de middelste 1 of 2 lagen met asphaltbitumen zijn ge-?mpregneerd, voldoen dan ook veel beter. Het laat zich aan-zien, dat de olie-industrie in de naaste toekomst de eis zalstellen, dat boorcement uitsluitend in dergelijke zakken magworden verzonden. De cementindustrie heeft hiertegen ge-gronde bezwaren: het vullen van zakken met ge?mpregneerdebinnenlagen geeft moeilijkheden bij de ontluchting tijdens hetvullen met de moderne vulmachines.De toepassing van met asphaltbitumen ge?mpregneerde zakkenis echter niet geheel afdoende. Ook dan blijft het een ver-eiste, dat boorcement ter plaatse, vooral wanneer het gaatcm kleine partijen, op een voor vocht ondoorlaatbare onder-grond en met goede dekzeilen afgedekt wordt opgeslagen.In een volgend artikel stellen wij ons voor de keurings-methoden van boorcement en de daarbij gebruikelijke labora-toriumapparatuur in detail te behandelen. Misschien kunnendaarna nog enkele speciale onderwerpen betreffende boor-cement ter sprake komen.374 Cement 4 (1952) Nr 21-22
Reacties