DE60214878T2

DE60214878T2 - Verfahren zur erhärtung von einer flüssigen masse

Info

Publication number: DE60214878T2
Application number: DE60214878T
Authority: DE
Inventors: Lidio Pacelli ZITHA; Dirk Johan JANSEN
Original assignee: Technische Universiteit Delft
Current assignee: Technische Universiteit Delft
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2022-11-13
Also published as: DE60214878D1; EP1446367B1; EP1446367A2; WO2003042125A2; DK1446367T3; ATE340152T1; WO2003042125A3; NL1019349C2; US20050006020A1; AU2002343240A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern von Gasmigration durch Aushärten einer mit einer Wandung in Kontakt stehenden fluiden Masse.
Ein derartiges Verfahren ist allgemein bekannt, beispielsweise zum Erhärten von Beton in Bohrlöchern. Ein Beispiel für eine solche Anwendung ist die Einführung einer Rohrstruktur in Bohrlöcher. Eine solche Rohrstruktur wird benötigt, um den Zusammenbruch des Bohrloches zu verhindern. Ein zylindrisches Metallrohr wird in das Bohrloch bis zur gewünschten Tiefe abgesenkt, danach wird Zement über das Bohrloch durch das abgesenkte Rohr gepumpt. Über das untere Ende des Rohrs fließt der Zement um die äußere Wandung des Rohrs nach oben. Dies liefert eine Abdichtung um das Rohr herum. In einer Bodenschicht mit Hochdruckgas kann das Gas in den noch nicht erhärteten Zement eindringen und ihn dadurch schwächen. Dieses Phänomen wird als Gasmigration bezeichnet. Aufgrund der Schwächung wird es dem Gas ermöglicht, aus dem Bohrloch auf eine unkontrollierte Weise zu entweichen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum effektiven Verhindern von Gasmigration bereitzustellen.
Zu diesem Zweck ist das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die fluide Masse eine magnetorheologische fluide Mischung ist, die zusätzlich zu zumindest einer Härtungskomponente eine teilchenförmige magnetische Komponente enthält, und minimal 80% dieser Teilchen eine Teilchengröße von zumindest 0,0005 mm aufweisen,

– die fluide Mischung in eine gewünschte Form gebracht wird, und
– ein magnetisches Feld über einen ausreichenden Zeitraum angelegt wird, um durch Aushärten die gewünschte Festigkeit bei Abwesenheit eines magnetischen Feldes zu erreichen.

Durch Anlegen eines magnetischen Feldes ist es möglich zu verhindern, dass die fluide Masse vor dem Erhärten eine unerwünschte Form annimmt, während erreicht wird, dass sie in der Lage ist, sofort nach dem Anlegen eine Kraft zu tragen und eine Gasmigration um ein Rohr herum für die Bildung eines zylindrischen Wandungsteils eines gebohrten Bohrloches zu verhindern.
Gemäß einer ersten Ausführungsform enthält die Härtungskomponente einen fluiden Zement oder fluiden Beton.
Ein derartiges Verfahren ist nützlich für die oben beschriebenen Probleme der Gasmigration. Die Wandung wird durch einen Teil des Gehäuses des Bohrloches und möglicherweise auch durch den umgebenden Fels gebildet. Wenn in der vorliegenden Erfindung von einer gewünschten Form gesprochen wird, so ist es für die Gesamtform des erhärteten Fluids nicht notwendig im Voraus bekannt zu sein, es reicht vielmehr, wenn zumindest ein Teil eine gewünschte Form aufweist, da sie in diesem Fall durch die Wandung des Gehäuses bestimmt wird. Zusätzlich ist das Verfahren nützlich für bautechnische Konstruktionen, wie Gebäuden und Tunneln. Es wird angenommen, dass das Verfahren insbeson dere vorteilhaft ist, wenn diese mittels Gleitumformung erstellt werden. Das Verfahren ist auch nützlich zum Bilden von Betonkonstruktionselementen wie Boden- und Wandkomponenten sowie Pfosten. Die resultierenden Elemente können früher von dem Herstellungsort zu einer anderen Stelle mitgenommen werden, beispielsweise zu einer Stelle, wo sie endgültig aushärten können.
US 4,802,534 beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Zement enthaltendes Fluid verwendet wird, um ein Bohrloch mit Zement zu versehen. Das zementartige Fluid ist ein Ferrofluid mit Teilchen von bis zu 4000 Å. Ein Ferrofluid ist ein Fluid, das sich unter dem Einfluss eines (alternierenden) magnetischen Feldes bewegen kann. Im Gegensatz zu der in US 4,802,534 beschriebenen Zusammensetzung ermöglicht es das Verfahren gemäß der Erfindung, Gasmigration und die folgende Schwächung zu verhindern. Experimente haben gezeigt, dass durch Anlegen eines erfindungsgemäßen magnetischen Feldes die Viskosität der Mischung um einen Faktor von > 25 erhöht wurde.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Härtungskomponente geschmolzener Kunststoff und die Aushärtung erfolgt als Ergebnis des Abkühlens des geschmolzenen Kunststoffs.
Neben anderen Dingen ermöglicht es die Erfindung, große thermoplastische Objekte herzustellen, die aus der Form rasch entnommen werden können.
Für die Herstellung von Kunststoffprodukten kann die Härtungskomponente eine polymerisierbare Verbindung enthalten, die mittels Polymerisation vernetzt wird. Stattdessen oder zusätzlich kann die Vernetzungskomponente ein quer vernetzbares Polymer enthalten, wobei die Vernetzung durch Quervernetzen des Polymers erfolgt.
Die magnetische Komponente kann eine beliebige magnetische Komponente, z.B. eine paramagnetische Komponente und vorzugsweise eine ferromagnetische Komponente sein. Es wird auch für den Nichtfachmann klar sein, dass die Menge an magnetischer Komponente weit variieren kann, abhängig von den Erfordernissen hinsichtlich der Verarbeitbarkeit während der Vernetzung. Wenn ferner der Gehalt an magnetischer Komponente niedrig ist, kann ein stärkeres magnetisches Feld angelegt werden und umgekehrt. Die Fluidmischung enthält geeigneterweise 2 bis 50 Volumen-%, und bevorzugt 10 bis 45 Volumen-% einer magnetischen Komponente ausgewählt aus Eisen, Kobalt und/oder Vanadium.
Gemäß gängiger Praxis im Stand der Technik ist der Prozentsatz auf das Gewicht der Teilchen bezogen. Die Größe von zumindest 80% der Teilchen der teilchenförmigen Komponente liegt zwischen 0,0005 und 5 mm, bevorzugt zwischen 0,005 und 0,5 mm.
Es ist unerlässlich, dass die Teilchen mit dem umgebenden härtbaren Fluid eine ausreichende Wechselwirkung (Kohäsion/Adhäsion) zeigen, um das Fließverhalten zu beeinflussen. Die Viskosität muss bei der gewählten Feldintensität auf das zumindest Zehnfache erhöht werden. Die Teilchen können wahlweise mit einer Beschichtung versehen sein, oder in einem größeren Objekt, wie einer Kugel, enthalten sein. Wahlweise kann eine Beschichtung vorgesehen sein, um die Teilchen vor Oxidation zu schützen. Auf diese Weise kann eine begrenzte Menge der gegenwärtigen magnetischen Komponente immer noch eine beträchtliche Wirkung auf die fluide Masse ausüben, und das kann kostendeckend sein.
Während des Erhärtens weist das angelegte magnetische Feld üblicherweise eine Intensität von zumindest 0,01 Tesla und bevorzugt von zumindest 0,05, beispielsweise 0,05 bis 0,5 Tesla auf.
Offensichtlich hängt ein passendes magnetisches Feld von der betreffenden Fluidmasse ab. Einfache Experimente werden es dem gewöhnlichen Fachmann erlauben, eine geeignete magnetische Feldintensität zu bestimmen. Niedrigere Gehalte an magnetischen Teilchen werden im Allgemeinen höhere magnetische Feldintensitäten erfordern.
Wenn das magnetische Feld elektrisch erzeugt wird, ist es möglich, durch anfängliches Anlegen eines stärkeren magnetischen Feldes und Reduzieren der Intensität, sobald die fluide Masse etwas erhärtet ist, Elektrizität einzusparen. Mit Gleitformtechniken kann ein Permanentmagnet verwendet werden, der von der früher aufgetragenen fluiden Masse allmählich weiter entfernt wird, und die sich somit in einer fortgeschritteneren Erhärtungsstufe befindet.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird die fluide Mischung über eine Düse zugeführt, die von dem magnetischen Feld abgeschirmt ist.
Dies ermöglicht ein permanentes magnetisches Feld ohne die Zufuhr von fluider Mischung zu behindern. Ein geeignetes abschirmendes Material ist Mu-Metall.

Claims

Verfahren zum Verhindern von Gasmigration durch Aushärten einer mit einer Wandung in Kontakt stehenden fluiden Masse, wobei die fluide Masse eine mägnetorheologische fluide Mischung ist, die zusätzlich zu zumindest einer Härtungskomponente eine teilchenförmige magnetische Komponente enthält, und minimal 80% dieser Teilchen eine Teilchengröße von zumindest 0,0005 mm aufweisen, – die fluide Mischung in eine gewünschte Form gebracht wird, und – ein magnetisches Feld über einen ausreichenden Zeitraum angelegt wird, um durch Aushärten die gewünschte Festigkeit bei Abwesenheit eines magnetischen Feldes zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Härtungskomponente einen flüssigen Zement oder einen flüssigen Beton enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Härtungskomponente geschmolzener Kunststoff ist, und das Aushärten als ein Ergebnis des abkühlenden geschmolzenen Kunststoffs erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Härtungskomponente eine polymerisierbare Verbindung enthält, die mittels Polymerisation aushärtet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Härtungskomponente ein quer vernetzbares Polymer enthält und ein Aushärten durch Quervernetzen des Polymers erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fluide Mischung 10 bis 45 Volumen-% einer magnetischen Komponente enthält, die ausgewählt ist aus Eisen, Kobalt und/oder Vanadium.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass minimal 80% der Teilchen der teilchenförmigen Komponente eine Teilchengröße zwischen 0,005 bis 0,5 mm aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Aushärtens das angelegte magnetische Feld eine Intensität von mindestens 0,05 Tesla aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das angelegte magnetische Feld anfänglich stärker ist, und dessen Intensität verringert wird, sobald die fluide Masse bis zu einem bestimmten Grad ausgehärtet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fluide Mischung über eine Düse zugeführt wird, die von einem magnetischen Feld abgeschirmt ist.