用于维修地下井的组合物和方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201080024588.4

申请日:

2010.03.25

公开号:

CN102482564A

公开日:

2012.05.30

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C09K 8/42申请日:20100325|||公开

IPC分类号:

C09K8/42; C04B28/22; E21B33/13

主分类号:

C09K8/42

申请人:

普拉德研究及开发股份有限公司

发明人:

S·詹姆斯; M·米肖; C·卡雷利; S·勒罗伊-德拉热

地址:

英属维尔京群岛多多拉岛

优先权:

2009.04.09 US 12/420,860

专利代理机构:

永新专利商标代理有限公司 72002

代理人:

过晓东

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内容摘要

本发明涉及维修地下井的方法,特别是液体组合物和在将液体组合物泵入井眼并与在初次注水泥或预先补注水泥的操作时充填的井水泥接触的期间进行维修作业的方法。

权利要求书

1: 一种用于在地下固井中形成水力封隔的可泵抽密封剂组合物, 其包括自身不具有胶 结性质的二氧化硅颗粒悬浮液。
2: 权利要求 1 的组合物, 其中所述地下井已经用选自以下组中的一种或多种成分固 井: 波特兰水泥、 石灰 / 二氧化硅混合物、 石灰 / 火山灰混合物、 铝酸钙水泥、 镁氧水泥、 化学 改性的磷酸盐陶瓷和地质聚合物。
3: 权利要求 1 的组合物, 其中所述二氧化硅颗粒包括胶体二氧化硅、 热解二氧化硅、 或 二者。
4: 权利要求 1 的组合物, 其中所述二氧化硅的平均粒径 (d50) 小于或等于 1 微米。
5: 权利要求 1 的组合物, 其还包括平均粒径 (d50) 小于或等于 1 微米的胶乳、 二氧化钛、 四氧化三锰或其组合。
6: 权利要求 1 的组合物, 其还包括 pH 缓冲剂和 / 或摩尔浓度在约 0.2 以下的氯化物盐 和 / 或多价阳离子螯合剂, 所述多价阳离子螯合剂优选是胺、 胺衍生物、 或两者。
7: 一种维修与地下岩层接触的固井眼的方法, 其包括 : 将密封剂组合物泵入损坏的水 泥环中的孔隙或邻近于损坏的水泥环的孔隙内, 所述密封剂组合物包括自身不具有胶结性 质的二氧化硅颗粒悬浮液 ; 和使所述密封剂与固化水泥反应以形成密封层。
8: 权利要求 7 的方法, 其中所述水泥环包括一种或多种选自以下组中的成分 : 波特兰 水泥、 石灰 / 二氧化硅混合物、 石灰 / 火山灰混合物、 铝酸钙水泥、 镁氧水泥、 化学改性的磷 酸盐陶瓷和地质聚合物。
9: 权利要求 7 的方法, 其中所述二氧化硅颗粒包括胶体二氧化硅、 热解二氧化硅或二 者。
10: 权利要求 7-9 之一的方法, 其中所述二氧化硅的平均粒径 (d50) 小于或等于 1 微米。
11: 权利要求 7-10 之一的方法, 其中所述二氧化硅颗粒悬浮液还包括平均粒径 (d50) 小 于或等于 1 微米的乳胶、 二氧化钛、 四氧化三锰或其组合。
12: 权利要求 7-11 之一的方法, 其中所述组合物还包括 pH 缓冲剂和 / 或摩尔浓度在 约 0.2 以下的氯化物盐和 / 或多价阳离子螯合剂, 所述多价阳离子螯合剂优选是胺、 胺衍生 物、 或两者。
13: 权利要求 7-12 之一的方法, 其还包括在二氧化硅悬浮液之前泵送隔离液, 所述隔 离液包括 pH 缓冲剂、 可溶性盐、 多价离子螯合剂、 或其组合。
14: 权利要求 7 的方法, 其中所述损坏的水泥环由波特兰水泥形成。

说明书


用于维修地下井的组合物和方法

    背景技术 本节的叙述仅仅提供与本申请内容相关的背景信息, 并不构成现有技术。
     本发明涉及一种维修地下井的方法, 特别是一种液体组合物和一种在将液体组合 物泵入井眼并与在初次注水泥或预先补注水泥的操作时注入的井水泥接触的期间进行维 修作业的方法。
     在地下井的建造期间, 可能需要维修作业以便在钻井期间保持井眼的完整性以处 理钻井问题或修补损坏的初次注泥作业。 当钻井通过机械上弱的地岩层时, 导致井眼扩大, 可能损害井眼的完整性。可以使用水泥浆来密封和巩固井壁。补注水泥是修补损坏的初次 固井作业的常规方法以便可以进一步钻孔或为有效生产井提供足够的层间封隔。
     在井生产过程中, 可以进行补注水泥操作以便恢复生产、 改变生产特性 ( 例如, 改 变气体 / 油比率或控制出水量 )、 或修补腐蚀的管材。
     在增注处理期间, 处理液必须进入目标区域并且在套管之后不泄露。如果在套管 之后怀疑产生了差的层间封隔, 则可能需要进行补注水泥处理。
     井报废通常涉及放入水泥塞以保证地质岩层之间长期的层间封隔, 从而重现地带 之间早先的自然阻隔。然而, 在可以报废井之前, 必须密封环形的漏洞。为了这个目的, 可 以运用挤水泥技术。
     在挤水泥操作期间使用的普通的胶结液体体系包括, 波特兰水泥浆、 铝酸钙水泥 浆、 和基于环氧或呋喃的有机树脂。
     至今为止, 由例如 ISO/API Class H 或 Class G 水泥生产的波特兰水泥浆是补注 水泥操作中最常用的胶结液体。 它们在许多应用中的表现是令人满意的 ; 然而, 当发生液体 渗漏的孔隙尺寸极小时, 水泥粒径可能太大, 从而不能进入和密封该孔隙。 这个问题通过将 波特兰水泥熟料研磨至较细的粒径分布而在很大程度上得到缓和。 细粒径或微细的波特兰 TM 水泥体系的例子是购自 Schlumberger 的 SqueezeCRETE 。通常, SqueezeCRETE 体系能够密 封小至约 100 微米的孔隙或裂缝。
     尽管微细水泥具有好的结果, 但是当水泥护层中的孔隙或裂缝小于 100 微米时仍 然可能发生泄漏。因此, 期望提供密封这种在水泥环中或邻近于该水泥环的小孔隙或裂缝 并且提供层间封隔的方法。
     发明内容
     本发明提供一种在地下井中密封在水泥环中或邻近于水泥环的孔隙和裂缝并且 提供层间封隔的方法, 该方法涉及用于在地下固井中形成水力封隔的可泵抽的密封剂组合 物, 其包括自身不具有胶结性质的二氧化硅颗粒悬浮液。
     在第一个方面, 本发明公开了能够进入和密封小于 100 微米的水泥环孔隙和裂缝 的可泵抽密封剂组合物。要知道的是, 尽管本发明主要是优选密封小于 100 微米的孔隙和 裂缝, 但是本发明不局限于这个尺寸标准。
     该密封剂组合物优选包括平均粒径 (d50) 小于或等于 1 微米的二氧化硅颗粒的悬浮液。 所述悬浮液包括胶体二氧化硅、 热解二氧化硅、 或二者, 并且它们自身是不胶结的。 然 而, 当进入水泥环中或邻近于水泥环的孔隙和裂缝内并且与固化水泥表面接触时, 二氧化 硅悬浮液发生反应并通过凝胶化形成阻止进一步渗漏的密封层。 可以通过在二氧化硅悬浮 液之前泵送隔离液来控制凝胶化速度。所述隔离液可以包含例如 pH 缓冲剂、 可溶性盐、 多 价离子螯合剂、 或其组合。该二氧化硅悬浮液还可以包含 pH 缓冲剂、 可溶性盐、 多价离子螯 合剂、 或其组合。
     在另一个方面, 本发明的目的是提供一种维修与地下岩层接触的固井眼的方法, 其包括 : 将密封剂组合物泵送到损坏的水泥环中的孔隙或邻近于损坏的水泥环的孔隙内, 所述密封剂组合物包括自身没有胶结性质的二氧化硅颗粒悬浮液 ; 和使该密封剂与固化的 水泥反应以形成密封层。所述维修地下井的方法优选包括 : 制备可泵抽的含水二氧化硅颗 粒悬浮液, 该悬浮液包含平均粒径 (d50) 小于 1 微米的颗粒 ; 将该悬浮液泵送到地下井内 ; 和使该悬浮液流入水泥环中的孔隙和裂缝或邻近于水泥环的孔隙和裂缝内直到该悬浮液 反应并形成密封层。该方法还可以包括在二氧化硅悬浮液之前泵送隔离液, 所述隔离液包 括 pH 缓冲剂、 可溶性盐、 多价离子螯合剂、 或其组合。 附图说明
     为了更完整地了解本发明及其优点, 现在结合附图说明以下内容。
     图 1 显示了在实施例中使用的热解二氧化硅悬浮液的粒径分布图。
     图 2 显示了实验室法制备的裂缝尺寸小于 100 微米的固化水泥样品的一系列图。
     图 3 是在加入二氧化硅悬浮液之前制备样品的横截面图。 图 4 是用来监测注入到固化水泥样品中模拟裂缝内的二氧化硅悬浮液性能的设 备示意图。
     图 5 是注入热解二氧化硅悬浮液期间早期 ( 从开始注入 4 分钟之后开始 ) 的压力 与时间的曲线图。
     图 6 是注入热解二氧化硅悬浮液期间稍后的时间 ( 从开始注入 11.5 分钟之后开 始 ) 的压力与时间的曲线图。
     图 7 是在注入胶体二氧化硅期间的压力与时间的曲线图。
     图 8 是描述热解二氧化硅悬浮液在水中流变特性的剪切应力曲线图。
     图 9 是表明氢氧化钙对热解二氧化硅悬浮液在水中流变特性影响的剪切 - 应力曲 线图。
     图 10 是表明氢氧化钙对热解二氧化硅悬浮液在水中流变特性影响的应力 - 应变 曲线图。
     具体实施方式
     应该注意, 在研制任何这种实际的实施方案的过程中, 必须制定许多执行过 程——具体的决定以实现研发者具体的目标, 如与相关系统和商业相关的限制相适应, 这 些执行过程彼此之间不同。而且, 可以预期, 这样的研制工作可能是复杂和耗时的, 但是其 仍然是持有本申请利益的本领域普通技术人员的常规任务。另外, 此处所使用 / 公开的组 合物还可以包括一些除了所列举的那些之外的组分。 在本发明的发明内容和这个具体实施方式部分中, 每个数值应该被理解为用术语 “约” ( 除已经如此修饰表达之外 ) 修饰, 如另 外陈述, 则再认为没有进行这样的修饰。 此外, 在本发明的发明内容和这个具体实施方式部 分中, 应该理解, 所描述或列举的使用的或适合的浓度范围被认为是已经描述了在该范围 之内的任何和每个浓度, 包括端点。例如, “1-10 的范围” 将被认为表示约 1 和约 10 之间连 续集的每个可能的数字。因而, 即使明确确定或提到只有少数具体的在该范围内的特定数 据点、 或甚至在该范围之内没有数据点, 也应该能够理解, 已经认为描述了本发明人预期和 说明的在该范围内的任何和所有的数据点, 而且本发明人拥有整个范围和在该范围内所有 点。
     本发明人吃惊地发现, 粒径小于大约 1 微米的二氧化硅颗粒的悬浮液在进入与 波特兰水泥接触的孔隙或裂缝时凝胶化并且形成密封层。应认识到, 与波特兰水泥浆不 同, 该二氧化硅悬浮液自身没有胶结性质。反而, 该二氧化硅颗粒与固化的波特兰水泥表 面起反应并且凝结或形成凝胶。不受任何理论的束缚, 人们相信, 随时间, 该二氧化硅颗 粒与固化波特兰水泥中的残余氢氧化钙反应形成水化硅酸钙凝胶, 从而进一步增强了该 密封层。固化波特兰水泥当在 110℃以下固化时包含大约 20wt%的氢氧化钙。在更高的 温度下, 水化硅酸钙凝胶与残余的水化硅酸钙反应并且消耗该残余的水化硅酸钙, 从而形 成其它的水化硅酸钙无机物如 α- 硅酸二钙水合物、 雪硅钙石、 硬硅钙石和特鲁白钙沸石 (truscottite)。 应该知道, 该二氧化硅悬浮液可以与其它提供多价离子的水泥反应, 包括, 但不限 于, 石灰 / 二氧化硅混合物、 石灰 / 火山灰混合物、 铝酸钙水泥、 镁氧水泥、 化学改性的磷酸 盐陶瓷和地质聚合物 (geopolymer)。
     该二氧化硅颗粒悬浮液可以是, 但是不限于, 热解二氧化硅悬浮液、 胶体二氧化硅 TM 悬浮液或二者。 典型的热解二氧化硅悬浮液是购自 Elkem 的 Microblok 。 胶体二氧化硅悬 TM 浮液的来源包括购自 Grace Davison 的 Ludox 产品、 购自 Akzo Nobel 的 BindzilTM 产品、 购自 Nyacol Nano Technologies, Inc 的 NexSilTM 和 NyacolM 产品以及购自 Chemiwerk Bad Kostritz 的 KostrosolTM 和 KostrosorbTM 产品。
     可以通过调整化学环境来改变发生二氧化硅悬浮液凝胶化的速度或程度。这在 R.K.Iler, John Wiley Sons(1979) 的名称为 The Chemistry of silica 的教科书中已经进 行了说明, 在此将其整体引入作为参考。在所述教科书中试验的图 4.13 显示了调节 pH、 添 加电解液和添加水混溶性的有机液体影响胶体二氧化硅悬浮液的凝胶化性能。降低 pH 通 常减慢凝胶化, 并且这可以通过在二氧化硅悬浮液之前泵送低 pH 的隔离液或向二氧化硅 悬浮液中添加缓冲剂来完成。水混溶性的有机液体如醇也延迟胶凝化。另一方面, 添加电 解液如氯化钠通常加速凝胶化。
     可以通过添加多价阳离子螯合剂来控制二氧化硅颗粒和氢氧化钙之间形成水化 硅酸钙凝胶的反应。减低钙离子的利用率将延缓该反应。本发明人预想添加螯合剂, 其基 于乙二胺四乙酸 (EDTA)、 二亚乙基三胺五乙酸 (DTPA)、 羟乙基乙二胺三乙酸 (HEDTA)、 羟乙 基亚氨基二乙酸 (HEIDA) 和三乙醇胺。要知道, 所列的这些螯合剂不是详尽的, 本发明不限 于胺基螯合剂。
     该二氧化硅悬浮液还可以包含平均粒径 (d50) 小于或等于 1 微米的其它材料。这 样的材料包括, 但是不限于, 胶乳、 二氧化钛和四氧化三锰。
     本发明还包括了一种维修地下井的方法, 其包括 : 将先前所述的一种或多种二氧 化硅颗粒悬浮液泵入地下固井内。 该二氧化硅颗粒悬浮液进入水泥环内或邻近于水泥环的 孔隙、 裂缝或二者中。该二氧化硅颗粒与该水泥环反应形成密封层并且形成了水力封隔。 该充填方法还可以包括通过在二氧化硅悬浮液之前泵送酸性隔离液来控制二氧化硅颗粒 与固化水泥反应形成密封层的速率, 所述酸性隔离液包括在二氧化硅悬浮液中的酸性缓冲 剂、 包括在二氧化硅悬浮液中的多价阳离子螯合剂、 或其组合。
     该充填方法可以结合各种本领域技术人员已知的补救技术, 并且可以使用软管来 将悬浮液输送到井内。另一个充填方法包括购自 Schlumberger 和在美国专利 5,195,588 中描述的 Cased Hole Dynamics Tester(CHDT) 以及于 2003 年 6 月公开的 Schlumberger Publication FE-03-002-2, “CHDT Cased Hole Dynamics Tester” 。通常使用 CHDT 工具从 地下井中提取地岩层液体样品以及进行压力试验。与使用 CHDT 提取液体相反, 本发明人使 用该工具注入二氧化硅悬浮液。因为二氧化硅悬浮液自身是不胶结的, 因此几乎没有堵塞 该工具的危险。
     以下实施例用来进一步说明本发明。 在这些实施例中使用的材料通常是可商购的 并且可用于固井工业。
     实施例 1
     在小塑料容器中装入 6.5g(4.6mL) 的 50wt%热解二氧化硅的悬浮液。 在图 1 中显 示了该热解二氧化硅的粒径分布。如下制备三个溶液。
     1. 浓度为 0.019mol/L 的 Ca(OH)2 : pH = 11.5
     2. 浓度为 0.022mol/L 的 CaCl2 : pH = 5
     3. 浓度为 0.033mol/L 的 NaOH : pH = 11.5
     在溶液中 Ca(OH)2 的浓度在氢氧化钙的溶解度极限以下。
     向两个热解二氧化硅悬浮液的容器中分别添加 1mL 和 2mL 的氢氧化钙溶液, 轻轻 搅动和保存过夜。向热解二氧化硅悬浮液的第三和第四个容器中添加 2mL 氯化钙溶液和 2mL 氢氧化钠溶液, 轻轻搅动和保存过夜。第二天, 含有 2mL 氢氧化钙溶液的热解二氧化硅 悬浮液强烈凝胶化。包含 NaOH 溶液的热解二氧化硅悬浮液部分凝胶化, 而另外两个溶液仍 然是液体。这些结果表明, 同时需要多价离子和增加 pH 来使热解二氧化硅悬浮液凝胶化。
     实施例 2
     在小塑料容器中装入 20g 的胶体二氧化硅 ( 购自 Chemiewerk Bad Kostriz 的 Kostrosol0830 ; 粒径 : 8nm ; 浓度 : 30wt% )。如下制备三个溶液。
     1. 浓度为 0.019mol/L 的 MgCl2 : pH = 11.5
     2. 浓度为 0.022mol/L 的 FeCl3 : pH = 5
     3. 浓度为 0.033mol/L 的 NaCl : pH = 11.5
     将不同的盐溶液逐步加入 ( 每次大约 0.5g) 胶体二氧化硅中并振荡混合物。测量 形成高度粘稠物所需的溶液量并且如下记录。
     MgCl2 : 1.3g 的溶液, 相当于 0.001 摩尔。
     FeCl3 : 1.6g 的溶液, 相当于 0.003 摩尔。
     NaCl : 2.4g 的溶液, 相当于 0.008 摩尔。
     氯化钠溶液没有立即使粘度显著增加 ; 相反, 在将混合物放置整夜之后形成凝胶。镁和铁盐溶液倾向于凝结混合物, 而不是使它们胶凝化。 然而, 它们全部都适合于堵塞小的 裂缝, 因为没有发生脱水收缩。
     实施例 3
     以 0.5mol/L 的浓度制备氯化钙溶液。该溶液的 pH 是 5.0。向 20g 的热解二氧化 硅悬浮液 ( 如实施例 1 所述 ) 中添加 2g 氯化钙溶液, 在几分钟内该混合物形成凝胶。通过 振动可以破坏该凝胶。涉及 20g 胶体二氧化硅 ( 在实施例 2 中所述的 ) 的相似检验产生了 不会流动的凝结体系。
     实施例 4
     固化波特兰水泥当在大约 110℃以下的温度下固化时包含大约 20wt%的氢氧化 钙。当使细二氧化硅颗粒的悬浮液与水泥表面接触时, 该溶液的 pH 增加并且形成强固的凝 胶。该 50wt%热解二氧化硅悬浮液的初始 pH 是 5-6.5。将一块凝固波特兰水泥放入小容 器并且在该水泥周围倒入热解二氧化硅悬浮液。密封该容器并在环境温度下放置 72 小时。 在检查时该二氧化硅悬浮液已经形成了非常强固的凝胶。
     实施例 5
     进行在水泥环中模拟裂缝测试以评估二氧化硅悬浮液阻塞小裂缝的效果。图 2 显 示了样品制备的示意图。制备传统的 1890kg/m3 的 ISO/API Class G 水泥体系并将在圆柱 模具中于 60℃下固化 3 天。 然后从该模具中取出 37mm 直径柱体芯 1 并且随后纵向切割 ( 图 2A)。锯齿 2 的宽度是大约 2mm。然后将这两个半圆柱体 (3 和 4) 以他们的平面连接的方式 放置 ( 图 2B)。由于锯齿缺失的宽度产生非圆形断面 5。将图 1B 的组件埋入到灰泥中以便 使这两块圆柱体坚固地保持在一起。一旦灰泥凝固, 从样品上切去 25mm 直径的芯塞 (core plug)6 以便从所得芯的中间分裂并且该 25mm 直径的芯的横截面优选是圆的 ( 图 2C), 即没 有由于锯齿而导致的 “缺失” 部分。以这种方式制备 5-7cm 长度的几个样品。
     然后在一个圆柱体的一个平面上用锉刀锉个小缝 7 以便提供所述长度样品的通 道。然后将该组件插入 Hassler 测定池的橡皮套 8 中。
     图 4 显示了这个实验的设备装置。泵 9 是 Pharmacia 型号 P-500HPLC 泵。Hassler 测定池 10 购自 Temco 的型号 DCH 0-1.0, 工作压力为 34MPa。封闭压力泵 11 是 Ametek 手 提式液压测试仪, 型号 T620。将减压装置 18 安装在 Hassler 测定池和封闭压力泵之间。模 拟压力计 12 指示封闭压力。将具有 CD 23 信号调节器的 Validyne 压力传感器 (13 和 14) 与 Kipp 和 Zonen 记录仪连接。压力传感器 14 是 25psi 的全标度传感器, 当压力增加时其 可以通过阀 17 与该系统隔离。传感器 13 是 200psi 的压力传感器。依靠 Ametek Jofra Instruments PPCE 压力校准器来校准该压力传感器。使用置换柱体 16( 没有提及 ) 以便 使二氧化硅悬浮液不会通过 HPLC 泵泵送。当需要时, 向该柱体装入二氧化硅悬浮液并且通 过 HPLC 泵将水泵送到顶端以便通过该水泥样品置换该二氧化硅悬浮液。当仅仅泵送水时 绕过该柱体。在最高的二氧化硅悬浮液 / 水交界面将有对二氧化硅悬浮液的少量稀释, 但 是该柱体没有完全变空以便该稀释不会影响结果。
     该试验程序为 : 将试样装入测定池, 施加 3MPa 的封闭压力, 以不同的速率和测量 压力来流通水 ; 如有必要隔离压力传感器 P3, 向置换柱体中添加二氧化硅悬浮液并且开始 经由芯泵送, 监测压力, 给定时间下停止泵送, 重新开始泵送和测定获得的最大压力。
     最初, 水流过通道以便利用牛顿流体通过缝的流动等式确定有效通道宽度。7CN 102482564 A
     说等式 1明书6/8 页其中 : s 是通道高度 (m) ; μ 是流体粘度 (Pa.s) ; L 是通道长度 (m) ; Q 是流速 (m3/ s) ; ΔP 是通过样品的压力下降 (Pa) ; w 是通道宽度 (m)。
     在泵送二氧化硅悬浮液之前, 测量划刻的通道的平均宽度并且利用水流量测量结 果由等式 1 计算平均通道高度, 如表 1 所示。
     流速 (mL/hr) 400 300 200 100
     压力 (psi) 8.6 6.3 3.9 1.4 由等式计算的缝高度 (μm) 56 57 58 65表 1 由水流量测量结果计算缝高度。缝长度= 60.7 毫米, 缝宽度= 8.5 毫米。
     然后将 50wt%的热解二氧化硅悬浮液以 100mL/hr 的速度注入该缝内。 最初, 将注 射压力增加至 43psi, 然后当凝胶破裂 ( 图 5) 时压力下降至最小 12psi。在增大到 199psi 的最大值之前凝胶增加到 85psi, 然后减少至 62psi。停止泵送和压力下降。重新开始注射 并且将注射压力增加至 199psi, 停止注射 ( 图 6)。此时压力下降非常缓慢, 这表明热解二 氧化硅悬浮液已经堵塞了裂缝并且在小于 3 英寸的长度上可以经受高压差—大约 200psi。
     实施例 6
     进行与实施例 5 所述类似的试验, 这次使用胶体二氧化硅悬浮液, 其包含粒径为 2 约 8nm 的 30wt%二氧化硅颗粒。该二氧化硅颗粒的表面积在 260-330m /g 之间变化。由水 流量测量结果获得的通道高度如表 2 所示。
     流速 (mL/hr) 300 200 100
     压力 (psi) 8.6 2.8 0.8 由等式 1 计算的缝高度 (μm) 55 58 70表 2 由水流量测量结果计算缝高度。缝长度= 48.6mm, 缝宽度= 8.6mm。
     将胶体二氧化硅悬浮液以 100mL/hr 注入缝内, 并且如图 7 所示, 在泵送的第一个 10 分钟期间增加压力。在这个时间内, 由压力轻微增加证明, 胶体二氧化硅悬浮液的粘度 增加。在注射期间, 在 20 分钟后获得了 12psi 的最高压力。这比在注射热解二氧化硅悬浮 液 ( 实施例 5) 期间测量的压力低。停止注射并且将系统停止 18 小时。以 100mL/hr 重新 开始注射泵, 注射压力快速达到 180psi。停止泵送, 将该系统停止 4 小时以便使压力下降。随后以 25mL/hr 重新开始泵送, 压力再次快速达到 180psi, 停止泵送。
     实施例 7
     当暴露于氢氧化钙时测量 50wt%热解二氧化硅悬浮液的流变特性。 在环境温度下 利用装有同心圆柱体测量几何形态的 Bohlin 控制应力流变仪测量悬浮液的粘度。图 8 是 显示了该悬浮液基线性能的剪切 - 速率 / 剪切 - 应力曲线图。该悬浮液是轻微非牛顿的, 当剪切速率从 90 减少至 9s-1 时其粘度从 12 增加到 16mPa.s。
     为了模拟当热解二氧化硅悬浮液暴露于固化波特兰水泥时所发生的情形, 向 6.5g -1 的热解二氧化硅悬浮液中加入 2mL 的 0.019M 氢氧化钙溶液。当剪切速率从 100s 斜线下 降至 0.01s-1 时得到在环境温度下的剪切 - 速率 / 剪切 - 应力曲线图。如图 9 所示, 该液体 是剪切稀释的并且低剪切粘度是更高的。应该注意到, 不同于图 8, 该剪切 - 速率比例是对 数。
     为了确定该悬浮液是否表现出屈服应力, 在 100s 内进行从 0.01 至 1.0Pa 时的剪 切应力斜线上升。 在图 10 中绘制了与应变有关的剪切应力。 该图表明在这个结构中凝胶的 屈服应力> 0.3Pa—样品基本没有变形, 直到剪切应力增加至 0.4Pa, 此时测锤开始旋转。 该极低的应变周期与 100s 测试的 80s 对应。
     实施例 8 在二氧化硅悬浮液中 TiO2 的存在可以改善粘着强度, 而不会导致粘度的显著增加。 向胶体二氧化硅 ( 粒径为~ 8 纳米和固含量~ 30% ) 中加入不同量的 TiO2。TiO2 的平均粒径是约 1 微米。在表 3 中给出了配方的细节。
     配方 TiO2(wt% ) 胶体二氧化硅 (wt% ) Pv(cP), 25℃ 粘着性
     1 100 7 弱 2 10 90 9 弱 3 20 80 10 中等 4 30 70 17 良好表3: 含有 TiO2 和胶体二氧化硅的混合物配方。
     首先, 在 25℃下进行流变学的测量。在表 3 中记录了通过考虑了剪切速率和剪切 应力之间的线性相关性而获得的塑性粘度值 Pv。这个结果表明, TiO2 的存在没有显著增加 流体粘度。
     为了测试该修补材料的性质, 进行实验以评估各种液体配方的粘着性。将波特兰 水泥芯 ( 高度 : 5cm ; 直径 : 2.5cm) 垂直切成两半。一个表面用 TiO2/ 二氧化硅液体的薄层 覆盖, 然后将这两半相连。对于在表 3 中描述的所有配方, 这两半都粘结在一起。在仅仅胶 体二氧化硅的情况下, 该粘着性是弱的, 并且可以轻易地将这两半拉开。 TiO2 颗粒的存在增 强了粘着强度。
     实施例 9将胶体二氧化硅与苯乙烯 - 丁二烯胶乳 (SB 胶乳 ) 混合, 该胶乳具有低于 165nm 的粒径、 50%的非挥发物含量和 pH = 8。
     在 25℃下进行流变学的测量。 在表 4 中记录了通过考虑了剪切速率和剪切应力之 间的线性相关性而获得的塑性粘度值 Pv。这个结果表明, 胶乳的存在没有显著增加流体粘 度。
     配方 胶体二氧化硅 (wt% ) SB 胶乳 (wt% ) Pv(cP), 25℃ 粘着性
     LI 100 7 弱 L2 90 10 7 良好 L3 80 20 7 良好 L4 60 40 8 良好 L5 50 50 10 良好表4: 含有 TiO2 和苯乙烯 - 丁二烯胶乳的混合物的配方。为了测试该修补材料的性质, 进行实验以评估各种液体配方的粘着性。将波特兰 水泥芯 ( 高度 : 5cm ; 直径 : 2.5cm) 垂直切成两半。一个表面用 SB 胶乳 / 二氧化硅液体的薄 层覆盖, 然后将这两半相连。对于在表 4 中描述的所有配方, 这两半粘结在一起。然而, 在 仅仅胶体二氧化硅的情况下, 粘着性是弱的, 并且可以轻易地将这两半拉开。 胶乳的存在增 强了粘着强度。尽管对于能够公开的内容描述了不同的实施方案, 但是应该理解, 本发明不局限 于公开的实施方案。 在阅读本说明书时本领域技术人员想到的变化和修改也属于由所附权 利要求所限定的本发明的范围。
    

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1、10申请公布号CN102482564A43申请公布日20120530CN102482564ACN102482564A21申请号201080024588422申请日2010032512/420,86020090409USC09K8/42200601C04B28/22200601E21B33/1320060171申请人普拉德研究及开发股份有限公司地址英属维尔京群岛多多拉岛72发明人S詹姆斯M米肖C卡雷利S勒罗伊德拉热74专利代理机构永新专利商标代理有限公司72002代理人过晓东54发明名称用于维修地下井的组合物和方法57摘要本发明涉及维修地下井的方法,特别是液体组合物和在将液体组合物泵入井眼并与在。

2、初次注水泥或预先补注水泥的操作时充填的井水泥接触的期间进行维修作业的方法。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2011120286PCT申请的申请数据PCT/EP2010/0018972010032587PCT申请的公布数据WO2010/115523EN2010101451INTCL权利要求书1页说明书8页附图6页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书8页附图6页1/1页21一种用于在地下固井中形成水力封隔的可泵抽密封剂组合物,其包括自身不具有胶结性质的二氧化硅颗粒悬浮液。2权利要求1的组合物,其中所述地下井已经用选自以下组中的一种或多种成分固井波特兰水泥、。

3、石灰/二氧化硅混合物、石灰/火山灰混合物、铝酸钙水泥、镁氧水泥、化学改性的磷酸盐陶瓷和地质聚合物。3权利要求1的组合物,其中所述二氧化硅颗粒包括胶体二氧化硅、热解二氧化硅、或二者。4权利要求1的组合物,其中所述二氧化硅的平均粒径D50小于或等于1微米。5权利要求1的组合物,其还包括平均粒径D50小于或等于1微米的胶乳、二氧化钛、四氧化三锰或其组合。6权利要求1的组合物,其还包括PH缓冲剂和/或摩尔浓度在约02以下的氯化物盐和/或多价阳离子螯合剂,所述多价阳离子螯合剂优选是胺、胺衍生物、或两者。7一种维修与地下岩层接触的固井眼的方法,其包括将密封剂组合物泵入损坏的水泥环中的孔隙或邻近于损坏的水泥。

4、环的孔隙内,所述密封剂组合物包括自身不具有胶结性质的二氧化硅颗粒悬浮液;和使所述密封剂与固化水泥反应以形成密封层。8权利要求7的方法,其中所述水泥环包括一种或多种选自以下组中的成分波特兰水泥、石灰/二氧化硅混合物、石灰/火山灰混合物、铝酸钙水泥、镁氧水泥、化学改性的磷酸盐陶瓷和地质聚合物。9权利要求7的方法,其中所述二氧化硅颗粒包括胶体二氧化硅、热解二氧化硅或二者。10权利要求79之一的方法,其中所述二氧化硅的平均粒径D50小于或等于1微米。11权利要求710之一的方法,其中所述二氧化硅颗粒悬浮液还包括平均粒径D50小于或等于1微米的乳胶、二氧化钛、四氧化三锰或其组合。12权利要求711之一的。

5、方法,其中所述组合物还包括PH缓冲剂和/或摩尔浓度在约02以下的氯化物盐和/或多价阳离子螯合剂,所述多价阳离子螯合剂优选是胺、胺衍生物、或两者。13权利要求712之一的方法,其还包括在二氧化硅悬浮液之前泵送隔离液,所述隔离液包括PH缓冲剂、可溶性盐、多价离子螯合剂、或其组合。14权利要求7的方法,其中所述损坏的水泥环由波特兰水泥形成。权利要求书CN102482564A1/8页3用于维修地下井的组合物和方法背景技术0001本节的叙述仅仅提供与本申请内容相关的背景信息,并不构成现有技术。0002本发明涉及一种维修地下井的方法,特别是一种液体组合物和一种在将液体组合物泵入井眼并与在初次注水泥或预先补。

6、注水泥的操作时注入的井水泥接触的期间进行维修作业的方法。0003在地下井的建造期间,可能需要维修作业以便在钻井期间保持井眼的完整性以处理钻井问题或修补损坏的初次注泥作业。当钻井通过机械上弱的地岩层时,导致井眼扩大,可能损害井眼的完整性。可以使用水泥浆来密封和巩固井壁。补注水泥是修补损坏的初次固井作业的常规方法以便可以进一步钻孔或为有效生产井提供足够的层间封隔。0004在井生产过程中,可以进行补注水泥操作以便恢复生产、改变生产特性例如,改变气体/油比率或控制出水量、或修补腐蚀的管材。0005在增注处理期间,处理液必须进入目标区域并且在套管之后不泄露。如果在套管之后怀疑产生了差的层间封隔,则可能需。

7、要进行补注水泥处理。0006井报废通常涉及放入水泥塞以保证地质岩层之间长期的层间封隔,从而重现地带之间早先的自然阻隔。然而,在可以报废井之前,必须密封环形的漏洞。为了这个目的,可以运用挤水泥技术。0007在挤水泥操作期间使用的普通的胶结液体体系包括,波特兰水泥浆、铝酸钙水泥浆、和基于环氧或呋喃的有机树脂。0008至今为止,由例如ISO/APICLASSH或CLASSG水泥生产的波特兰水泥浆是补注水泥操作中最常用的胶结液体。它们在许多应用中的表现是令人满意的;然而,当发生液体渗漏的孔隙尺寸极小时,水泥粒径可能太大,从而不能进入和密封该孔隙。这个问题通过将波特兰水泥熟料研磨至较细的粒径分布而在很大。

8、程度上得到缓和。细粒径或微细的波特兰水泥体系的例子是购自SCHLUMBERGER的SQUEEZECRETETM。通常,SQUEEZECRETE体系能够密封小至约100微米的孔隙或裂缝。0009尽管微细水泥具有好的结果,但是当水泥护层中的孔隙或裂缝小于100微米时仍然可能发生泄漏。因此,期望提供密封这种在水泥环中或邻近于该水泥环的小孔隙或裂缝并且提供层间封隔的方法。发明内容0010本发明提供一种在地下井中密封在水泥环中或邻近于水泥环的孔隙和裂缝并且提供层间封隔的方法,该方法涉及用于在地下固井中形成水力封隔的可泵抽的密封剂组合物,其包括自身不具有胶结性质的二氧化硅颗粒悬浮液。0011在第一个方面,。

9、本发明公开了能够进入和密封小于100微米的水泥环孔隙和裂缝的可泵抽密封剂组合物。要知道的是,尽管本发明主要是优选密封小于100微米的孔隙和裂缝,但是本发明不局限于这个尺寸标准。0012该密封剂组合物优选包括平均粒径D50小于或等于1微米的二氧化硅颗粒的悬说明书CN102482564A2/8页4浮液。所述悬浮液包括胶体二氧化硅、热解二氧化硅、或二者,并且它们自身是不胶结的。然而,当进入水泥环中或邻近于水泥环的孔隙和裂缝内并且与固化水泥表面接触时,二氧化硅悬浮液发生反应并通过凝胶化形成阻止进一步渗漏的密封层。可以通过在二氧化硅悬浮液之前泵送隔离液来控制凝胶化速度。所述隔离液可以包含例如PH缓冲剂、。

10、可溶性盐、多价离子螯合剂、或其组合。该二氧化硅悬浮液还可以包含PH缓冲剂、可溶性盐、多价离子螯合剂、或其组合。0013在另一个方面,本发明的目的是提供一种维修与地下岩层接触的固井眼的方法,其包括将密封剂组合物泵送到损坏的水泥环中的孔隙或邻近于损坏的水泥环的孔隙内,所述密封剂组合物包括自身没有胶结性质的二氧化硅颗粒悬浮液;和使该密封剂与固化的水泥反应以形成密封层。所述维修地下井的方法优选包括制备可泵抽的含水二氧化硅颗粒悬浮液,该悬浮液包含平均粒径D50小于1微米的颗粒;将该悬浮液泵送到地下井内;和使该悬浮液流入水泥环中的孔隙和裂缝或邻近于水泥环的孔隙和裂缝内直到该悬浮液反应并形成密封层。该方法还。

11、可以包括在二氧化硅悬浮液之前泵送隔离液,所述隔离液包括PH缓冲剂、可溶性盐、多价离子螯合剂、或其组合。附图说明0014为了更完整地了解本发明及其优点,现在结合附图说明以下内容。0015图1显示了在实施例中使用的热解二氧化硅悬浮液的粒径分布图。0016图2显示了实验室法制备的裂缝尺寸小于100微米的固化水泥样品的一系列图。0017图3是在加入二氧化硅悬浮液之前制备样品的横截面图。0018图4是用来监测注入到固化水泥样品中模拟裂缝内的二氧化硅悬浮液性能的设备示意图。0019图5是注入热解二氧化硅悬浮液期间早期从开始注入4分钟之后开始的压力与时间的曲线图。0020图6是注入热解二氧化硅悬浮液期间稍后。

12、的时间从开始注入115分钟之后开始的压力与时间的曲线图。0021图7是在注入胶体二氧化硅期间的压力与时间的曲线图。0022图8是描述热解二氧化硅悬浮液在水中流变特性的剪切应力曲线图。0023图9是表明氢氧化钙对热解二氧化硅悬浮液在水中流变特性影响的剪切应力曲线图。0024图10是表明氢氧化钙对热解二氧化硅悬浮液在水中流变特性影响的应力应变曲线图。具体实施方式0025应该注意,在研制任何这种实际的实施方案的过程中,必须制定许多执行过程具体的决定以实现研发者具体的目标,如与相关系统和商业相关的限制相适应,这些执行过程彼此之间不同。而且,可以预期,这样的研制工作可能是复杂和耗时的,但是其仍然是持有本。

13、申请利益的本领域普通技术人员的常规任务。另外,此处所使用/公开的组合物还可以包括一些除了所列举的那些之外的组分。在本发明的发明内容和这个具体实施说明书CN102482564A3/8页5方式部分中,每个数值应该被理解为用术语“约”除已经如此修饰表达之外修饰,如另外陈述,则再认为没有进行这样的修饰。此外,在本发明的发明内容和这个具体实施方式部分中,应该理解,所描述或列举的使用的或适合的浓度范围被认为是已经描述了在该范围之内的任何和每个浓度,包括端点。例如,“110的范围”将被认为表示约1和约10之间连续集的每个可能的数字。因而,即使明确确定或提到只有少数具体的在该范围内的特定数据点、或甚至在该范围。

14、之内没有数据点,也应该能够理解,已经认为描述了本发明人预期和说明的在该范围内的任何和所有的数据点,而且本发明人拥有整个范围和在该范围内所有点。0026本发明人吃惊地发现,粒径小于大约1微米的二氧化硅颗粒的悬浮液在进入与波特兰水泥接触的孔隙或裂缝时凝胶化并且形成密封层。应认识到,与波特兰水泥浆不同,该二氧化硅悬浮液自身没有胶结性质。反而,该二氧化硅颗粒与固化的波特兰水泥表面起反应并且凝结或形成凝胶。不受任何理论的束缚,人们相信,随时间,该二氧化硅颗粒与固化波特兰水泥中的残余氢氧化钙反应形成水化硅酸钙凝胶,从而进一步增强了该密封层。固化波特兰水泥当在110以下固化时包含大约20WT的氢氧化钙。在更。

15、高的温度下,水化硅酸钙凝胶与残余的水化硅酸钙反应并且消耗该残余的水化硅酸钙,从而形成其它的水化硅酸钙无机物如硅酸二钙水合物、雪硅钙石、硬硅钙石和特鲁白钙沸石TRUSCOTTITE。0027应该知道,该二氧化硅悬浮液可以与其它提供多价离子的水泥反应,包括,但不限于,石灰/二氧化硅混合物、石灰/火山灰混合物、铝酸钙水泥、镁氧水泥、化学改性的磷酸盐陶瓷和地质聚合物GEOPOLYMER。0028该二氧化硅颗粒悬浮液可以是,但是不限于,热解二氧化硅悬浮液、胶体二氧化硅悬浮液或二者。典型的热解二氧化硅悬浮液是购自ELKEM的MICROBLOKTM。胶体二氧化硅悬浮液的来源包括购自GRACEDAVISON的。

16、LUDOXTM产品、购自AKZONOBEL的BINDZILTM产品、购自NYACOLNANOTECHNOLOGIES,INC的NEXSILTM和NYACOLM产品以及购自CHEMIWERKBADKOSTRITZ的KOSTROSOLTM和KOSTROSORBTM产品。0029可以通过调整化学环境来改变发生二氧化硅悬浮液凝胶化的速度或程度。这在RKILER,JOHNWILEYSONS1979的名称为THECHEMISTRYOFSILICA的教科书中已经进行了说明,在此将其整体引入作为参考。在所述教科书中试验的图413显示了调节PH、添加电解液和添加水混溶性的有机液体影响胶体二氧化硅悬浮液的凝胶化性。

17、能。降低PH通常减慢凝胶化,并且这可以通过在二氧化硅悬浮液之前泵送低PH的隔离液或向二氧化硅悬浮液中添加缓冲剂来完成。水混溶性的有机液体如醇也延迟胶凝化。另一方面,添加电解液如氯化钠通常加速凝胶化。0030可以通过添加多价阳离子螯合剂来控制二氧化硅颗粒和氢氧化钙之间形成水化硅酸钙凝胶的反应。减低钙离子的利用率将延缓该反应。本发明人预想添加螯合剂,其基于乙二胺四乙酸EDTA、二亚乙基三胺五乙酸DTPA、羟乙基乙二胺三乙酸HEDTA、羟乙基亚氨基二乙酸HEIDA和三乙醇胺。要知道,所列的这些螯合剂不是详尽的,本发明不限于胺基螯合剂。0031该二氧化硅悬浮液还可以包含平均粒径D50小于或等于1微米的。

18、其它材料。这样的材料包括,但是不限于,胶乳、二氧化钛和四氧化三锰。说明书CN102482564A4/8页60032本发明还包括了一种维修地下井的方法,其包括将先前所述的一种或多种二氧化硅颗粒悬浮液泵入地下固井内。该二氧化硅颗粒悬浮液进入水泥环内或邻近于水泥环的孔隙、裂缝或二者中。该二氧化硅颗粒与该水泥环反应形成密封层并且形成了水力封隔。该充填方法还可以包括通过在二氧化硅悬浮液之前泵送酸性隔离液来控制二氧化硅颗粒与固化水泥反应形成密封层的速率,所述酸性隔离液包括在二氧化硅悬浮液中的酸性缓冲剂、包括在二氧化硅悬浮液中的多价阳离子螯合剂、或其组合。0033该充填方法可以结合各种本领域技术人员已知的补。

19、救技术,并且可以使用软管来将悬浮液输送到井内。另一个充填方法包括购自SCHLUMBERGER和在美国专利5,195,588中描述的CASEDHOLEDYNAMICSTESTERCHDT以及于2003年6月公开的SCHLUMBERGERPUBLICATIONFE030022,“CHDTCASEDHOLEDYNAMICSTESTER”。通常使用CHDT工具从地下井中提取地岩层液体样品以及进行压力试验。与使用CHDT提取液体相反,本发明人使用该工具注入二氧化硅悬浮液。因为二氧化硅悬浮液自身是不胶结的,因此几乎没有堵塞该工具的危险。0034以下实施例用来进一步说明本发明。在这些实施例中使用的材料通常是。

20、可商购的并且可用于固井工业。0035实施例10036在小塑料容器中装入65G46ML的50WT热解二氧化硅的悬浮液。在图1中显示了该热解二氧化硅的粒径分布。如下制备三个溶液。00371浓度为0019MOL/L的CAOH2PH11500382浓度为0022MOL/L的CACL2PH500393浓度为0033MOL/L的NAOHPH1150040在溶液中CAOH2的浓度在氢氧化钙的溶解度极限以下。0041向两个热解二氧化硅悬浮液的容器中分别添加1ML和2ML的氢氧化钙溶液,轻轻搅动和保存过夜。向热解二氧化硅悬浮液的第三和第四个容器中添加2ML氯化钙溶液和2ML氢氧化钠溶液,轻轻搅动和保存过夜。第二。

21、天,含有2ML氢氧化钙溶液的热解二氧化硅悬浮液强烈凝胶化。包含NAOH溶液的热解二氧化硅悬浮液部分凝胶化,而另外两个溶液仍然是液体。这些结果表明,同时需要多价离子和增加PH来使热解二氧化硅悬浮液凝胶化。0042实施例20043在小塑料容器中装入20G的胶体二氧化硅购自CHEMIEWERKBADKOSTRIZ的KOSTROSOL0830;粒径8NM;浓度30WT。如下制备三个溶液。00441浓度为0019MOL/L的MGCL2PH11500452浓度为0022MOL/L的FECL3PH500463浓度为0033MOL/L的NACLPH1150047将不同的盐溶液逐步加入每次大约05G胶体二氧化硅。

22、中并振荡混合物。测量形成高度粘稠物所需的溶液量并且如下记录。0048MGCL213G的溶液,相当于0001摩尔。0049FECL316G的溶液,相当于0003摩尔。0050NACL24G的溶液,相当于0008摩尔。0051氯化钠溶液没有立即使粘度显著增加;相反,在将混合物放置整夜之后形成凝胶。说明书CN102482564A5/8页7镁和铁盐溶液倾向于凝结混合物,而不是使它们胶凝化。然而,它们全部都适合于堵塞小的裂缝,因为没有发生脱水收缩。0052实施例30053以05MOL/L的浓度制备氯化钙溶液。该溶液的PH是50。向20G的热解二氧化硅悬浮液如实施例1所述中添加2G氯化钙溶液,在几分钟内该。

23、混合物形成凝胶。通过振动可以破坏该凝胶。涉及20G胶体二氧化硅在实施例2中所述的的相似检验产生了不会流动的凝结体系。0054实施例40055固化波特兰水泥当在大约110以下的温度下固化时包含大约20WT的氢氧化钙。当使细二氧化硅颗粒的悬浮液与水泥表面接触时,该溶液的PH增加并且形成强固的凝胶。该50WT热解二氧化硅悬浮液的初始PH是565。将一块凝固波特兰水泥放入小容器并且在该水泥周围倒入热解二氧化硅悬浮液。密封该容器并在环境温度下放置72小时。在检查时该二氧化硅悬浮液已经形成了非常强固的凝胶。0056实施例50057进行在水泥环中模拟裂缝测试以评估二氧化硅悬浮液阻塞小裂缝的效果。图2显示了样。

24、品制备的示意图。制备传统的1890KG/M3的ISO/APICLASSG水泥体系并将在圆柱模具中于60下固化3天。然后从该模具中取出37MM直径柱体芯1并且随后纵向切割图2A。锯齿2的宽度是大约2MM。然后将这两个半圆柱体3和4以他们的平面连接的方式放置图2B。由于锯齿缺失的宽度产生非圆形断面5。将图1B的组件埋入到灰泥中以便使这两块圆柱体坚固地保持在一起。一旦灰泥凝固,从样品上切去25MM直径的芯塞COREPLUG6以便从所得芯的中间分裂并且该25MM直径的芯的横截面优选是圆的图2C,即没有由于锯齿而导致的“缺失”部分。以这种方式制备57CM长度的几个样品。0058然后在一个圆柱体的一个平面。

25、上用锉刀锉个小缝7以便提供所述长度样品的通道。然后将该组件插入HASSLER测定池的橡皮套8中。0059图4显示了这个实验的设备装置。泵9是PHARMACIA型号P500HPLC泵。HASSLER测定池10购自TEMCO的型号DCH010,工作压力为34MPA。封闭压力泵11是AMETEK手提式液压测试仪,型号T620。将减压装置18安装在HASSLER测定池和封闭压力泵之间。模拟压力计12指示封闭压力。将具有CD23信号调节器的VALIDYNE压力传感器13和14与KIPP和ZONEN记录仪连接。压力传感器14是25PSI的全标度传感器,当压力增加时其可以通过阀17与该系统隔离。传感器13是。

26、200PSI的压力传感器。依靠AMETEKJOFRAINSTRUMENTSPPCE压力校准器来校准该压力传感器。使用置换柱体16没有提及以便使二氧化硅悬浮液不会通过HPLC泵泵送。当需要时,向该柱体装入二氧化硅悬浮液并且通过HPLC泵将水泵送到顶端以便通过该水泥样品置换该二氧化硅悬浮液。当仅仅泵送水时绕过该柱体。在最高的二氧化硅悬浮液/水交界面将有对二氧化硅悬浮液的少量稀释,但是该柱体没有完全变空以便该稀释不会影响结果。0060该试验程序为将试样装入测定池,施加3MPA的封闭压力,以不同的速率和测量压力来流通水;如有必要隔离压力传感器P3,向置换柱体中添加二氧化硅悬浮液并且开始经由芯泵送,监测。

27、压力,给定时间下停止泵送,重新开始泵送和测定获得的最大压力。0061最初,水流过通道以便利用牛顿流体通过缝的流动等式确定有效通道宽度。说明书CN102482564A6/8页80062等式10063其中S是通道高度M;是流体粘度PAS;L是通道长度M;Q是流速M3/S;P是通过样品的压力下降PA;W是通道宽度M。0064在泵送二氧化硅悬浮液之前,测量划刻的通道的平均宽度并且利用水流量测量结果由等式1计算平均通道高度,如表1所示。0065流速ML/HR压力PSI由等式计算的缝高度M40086563006357200395810014650066表1由水流量测量结果计算缝高度。缝长度607毫米,缝宽。

28、度85毫米。0067然后将50WT的热解二氧化硅悬浮液以100ML/HR的速度注入该缝内。最初,将注射压力增加至43PSI,然后当凝胶破裂图5时压力下降至最小12PSI。在增大到199PSI的最大值之前凝胶增加到85PSI,然后减少至62PSI。停止泵送和压力下降。重新开始注射并且将注射压力增加至199PSI,停止注射图6。此时压力下降非常缓慢,这表明热解二氧化硅悬浮液已经堵塞了裂缝并且在小于3英寸的长度上可以经受高压差大约200PSI。0068实施例60069进行与实施例5所述类似的试验,这次使用胶体二氧化硅悬浮液,其包含粒径为约8NM的30WT二氧化硅颗粒。该二氧化硅颗粒的表面积在2603。

29、30M2/G之间变化。由水流量测量结果获得的通道高度如表2所示。0070流速ML/HR压力PSI由等式1计算的缝高度M3008655200285810008700071表2由水流量测量结果计算缝高度。缝长度486MM,缝宽度86MM。0072将胶体二氧化硅悬浮液以100ML/HR注入缝内,并且如图7所示,在泵送的第一个10分钟期间增加压力。在这个时间内,由压力轻微增加证明,胶体二氧化硅悬浮液的粘度增加。在注射期间,在20分钟后获得了12PSI的最高压力。这比在注射热解二氧化硅悬浮液实施例5期间测量的压力低。停止注射并且将系统停止18小时。以100ML/HR重新开始注射泵,注射压力快速达到180。

30、PSI。停止泵送,将该系统停止4小时以便使压力下降。说明书CN102482564A7/8页9随后以25ML/HR重新开始泵送,压力再次快速达到180PSI,停止泵送。0073实施例70074当暴露于氢氧化钙时测量50WT热解二氧化硅悬浮液的流变特性。在环境温度下利用装有同心圆柱体测量几何形态的BOHLIN控制应力流变仪测量悬浮液的粘度。图8是显示了该悬浮液基线性能的剪切速率/剪切应力曲线图。该悬浮液是轻微非牛顿的,当剪切速率从90减少至9S1时其粘度从12增加到16MPAS。0075为了模拟当热解二氧化硅悬浮液暴露于固化波特兰水泥时所发生的情形,向65G的热解二氧化硅悬浮液中加入2ML的001。

31、9M氢氧化钙溶液。当剪切速率从100S1斜线下降至001S1时得到在环境温度下的剪切速率/剪切应力曲线图。如图9所示,该液体是剪切稀释的并且低剪切粘度是更高的。应该注意到,不同于图8,该剪切速率比例是对数。0076为了确定该悬浮液是否表现出屈服应力,在100S内进行从001至10PA时的剪切应力斜线上升。在图10中绘制了与应变有关的剪切应力。该图表明在这个结构中凝胶的屈服应力03PA样品基本没有变形,直到剪切应力增加至04PA,此时测锤开始旋转。该极低的应变周期与100S测试的80S对应。0077实施例80078在二氧化硅悬浮液中TIO2的存在可以改善粘着强度,而不会导致粘度的显著增加。007。

32、9向胶体二氧化硅粒径为8纳米和固含量30中加入不同量的TIO2。TIO2的平均粒径是约1微米。在表3中给出了配方的细节。0080配方1234TIO2WT102030胶体二氧化硅WT100908070PVCP,25791017粘着性弱弱中等良好0081表3含有TIO2和胶体二氧化硅的混合物配方。0082首先,在25下进行流变学的测量。在表3中记录了通过考虑了剪切速率和剪切应力之间的线性相关性而获得的塑性粘度值PV。这个结果表明,TIO2的存在没有显著增加流体粘度。0083为了测试该修补材料的性质,进行实验以评估各种液体配方的粘着性。将波特兰水泥芯高度5CM;直径25CM垂直切成两半。一个表面用T。

33、IO2/二氧化硅液体的薄层覆盖,然后将这两半相连。对于在表3中描述的所有配方,这两半都粘结在一起。在仅仅胶体二氧化硅的情况下,该粘着性是弱的,并且可以轻易地将这两半拉开。TIO2颗粒的存在增强了粘着强度。0084实施例9说明书CN102482564A8/8页100085将胶体二氧化硅与苯乙烯丁二烯胶乳SB胶乳混合,该胶乳具有低于165NM的粒径、50的非挥发物含量和PH8。0086在25下进行流变学的测量。在表4中记录了通过考虑了剪切速率和剪切应力之间的线性相关性而获得的塑性粘度值PV。这个结果表明,胶乳的存在没有显著增加流体粘度。0087配方LIL2L3L4L5胶体二氧化硅WT1009080。

34、6050SB胶乳WT10204050PVCP,25777810粘着性弱良好良好良好良好0088表4含有TIO2和苯乙烯丁二烯胶乳的混合物的配方。0089为了测试该修补材料的性质,进行实验以评估各种液体配方的粘着性。将波特兰水泥芯高度5CM;直径25CM垂直切成两半。一个表面用SB胶乳/二氧化硅液体的薄层覆盖,然后将这两半相连。对于在表4中描述的所有配方,这两半粘结在一起。然而,在仅仅胶体二氧化硅的情况下,粘着性是弱的,并且可以轻易地将这两半拉开。胶乳的存在增强了粘着强度。0090尽管对于能够公开的内容描述了不同的实施方案,但是应该理解,本发明不局限于公开的实施方案。在阅读本说明书时本领域技术人员想到的变化和修改也属于由所附权利要求所限定的本发明的范围。说明书CN102482564A101/6页11图1图2A图2B图2C说明书附图CN102482564A112/6页12图3图4图5说明书附图CN102482564A123/6页13图6说明书附图CN102482564A134/6页14图7说明书附图CN102482564A145/6页15图8图9说明书附图CN102482564A156/6页16图10说明书附图CN102482564A16。

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