BR112014029293B1

BR112014029293B1 - Métodos para limitar ou reduzir a permeabilidade de uma matriz para limitar ou reduzir o influxo de líquido ou de gás no interior de uma passagem na matriz

Info

Publication number: BR112014029293B1
Application number: BR112014029293-0A
Authority: BR
Inventors: Deon Van Dyk; Nico Johan Grobler
Original assignee: Relborgn Pty Ltd; Triomviri Pty Ltd Trading As The Grobler Partnership
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2021-11-30
Also published as: EP2877637A1; BR112014029293A2; AU2013266018B2; EP2877637A4; US10227746B2; EA201990503A1; SG11201405303TA; EA032604B1; US20150167269A1; ZA201500474B; WO2013173876A1; EA201492193A1; KR102092891B1; MY172978A; AU2013266018A1; JP6216370B2; KR20150035506A; HK1211065A1; JP2015525314A; EA036706B1

Abstract

método de limitar permeabilidade de uma matriz para limitar influxo de líquido e gás. um método para limitar ou reduzir a permeabilidade da matriz para um fluxo de líquido ou de gás é descrito. o método inclui a limitação de influxo de água e/ou gás em passagens, tais como cavidades, fissuras, vazios e outros semelhantes, encontrados em formações como formações geológicas. o método inclui as etapas de medir um ou mais parâmetros relativos à matriz e selecionar um ou mais componentes de uma composição de vedação de múltiplos componentes com referência aos parâmetros medidos. os componentes selecionados são introduzidos na passagem onde está sedimentado ou coagulado para formar uma vedação. o método é também descrito em que a passagem é selada com uma composição de vedação compreendendo um componente de argamassa e um agente de cura de argamassa. uma porção do componente de argamassa é misturada com uma porção de agente de cura de argamassa, a razão de cada sendo selecionada com referência aos parâmetros medidos. os agentes de argamassa/cura combinados são introduzidos para dentro da passagem onde a taxa de cura ou endurecimento é controlada pela modificação da proporção.

Description

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um método de limitar ou reduzir a permeabilidade de uma matriz para um influxo de líquido ou gás, incluindo limitar influxo nas passagens, tais como cavidades, fissuras, vazios, feições de abertura e espaços dos poros encontrados em formações, tais como as formações geológicas.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Métodos de tentar selar substancialmente ou, de outra forma, reduzir a permeabilidade de uma matriz, tal como concreto, rocha ou solo são conhecidos. Por exemplo, argamassas de suspensão à base de cimento regular podem ser introduzidas em espaços vazios, espaços abertos e espaços dos poros em torno de um poço de mina a fim de tentar selar fissuras ou reduzir a permeabilidade do solo ou areia não consolidada em torno do poço, limitando assim o influxo de líquido para dentro do poço.

[003] Tipicamente, um volume de argamassa ou produto de composição de vedação é transportado para o local a ser tratado e aplicado à passagem ou passagens requerendo vedação para impedir o influxo de água. Aplicação tipicamente envolve o bombeamento de argamassa para a passagem ou passagens. A composição de vedação, a qual é geralmente pré-misturada antes da distribuição do local frequentemente proporciona resultados menos satisfatórios em termos de prevenir ou reduzir a influxo de água. Por exemplo, injeção ou introdução de uma argamassa à base de cimento, conhecida ter propriedades adequadas em passagens de vedação pode causar hidrofraturamento se aplicada a uma matriz não consolidada, tais como matriz de areia ou arenito. Isto pode criar costuras de argamassa no interior da matriz, deixando seções de matriz não consolidada em ambos os lados das costuras criadas. Tal aplicação tem um impacto mínimo sobre a redução da capacidade para a passagem da água através da matriz e, portanto, em um poço que foi afundado através da matriz.

[004] Há também dificuldades em utilização de argamassa pré-misturada em que o tempo de endurecimento não pode ser controlado ou alterado ou no todo ou em qualquer grau de confiança de precisão. Isso é prejudicial em que as argamassas pré-misturadas conhecidas são, geralmente, capazes apenas de fornecer uma solução de vedação “igual para todos”. Uma vez que existe uma ampla faixa de condições que pode ser experimentada quando se pretende limitar a permeabilidade da matriz, de forma a limitar o influxo de líquido, uma abordagem ‘igual para todos’ os tipos de problemas de influxo é inerentemente inadequado.

[005] As argamassas à base de cimentos e betume tradicionais e pré-misturados podem, adicionalmente, falhar ao penetrar adequadamente a passagem ou passagens para ser vedada. Pelo menos parte desta falha pode ser atribuída à composição de vedação simplesmente falhando ao penetrar através da matriz até uma profundidade desejada. Taxa de endurecimento da composição de vedação também pode afetar se a composição de vedação for capaz de evitar adequadamente ou praticamente reduzir influxo de água ou não.

[006] Por exemplo, é desejável quando aplicar uma argamassa para reduzir a permeabilidade em uma formação de areia, que a argamassa possa ser capaz de permear a uma distância adequada através da formação antes do endurecimento. Se a endurecimento ocorre prematuramente, a argamassa é incapaz de penetrar adequadamente a matriz e criar uma aderência suficiente de partículas na matriz de modo a formar uma vedação eficaz ao influxo de água.

[007] Patente anterior AU 739427 do Requerente utiliza uma composição, a qual inclui látex e em que a viscosidade da composição é aumentada com taxa de cisalhamento à medida que a composição penetra na passagem. Embora isto possa auxiliar a controlar a propagação excessiva de argamassa no interior da matriz e ajudar a assegurar que a maior parte da argamassa permaneça dentro da zona alvo da matriz, que ainda apresenta uma abordagem bastante genérica para controlar os tempos de endurecimento de argamassa, uma vez introduzida na passagem. Além disso, o tempo de endurecimento da argamassa não pode ser regulado ou variado com qualquer grau de confiabilidade para acomodar, por exemplo, as necessidades ou exigências específicas da aplicação manual.

[008] Outro método conhecido para impedir ou limitar o influxo de água em uma escavação com a formação do solo é o método de congelamento do solo. Este método é muitas vezes o método preferido de apoio no solo em construção do poço vertical. O método utiliza água in situ em espaços porosos da formação do solo e congela a água para que a água aja como um agente de ligação, fundindo partículas juntas de solo ou rocha para criar uma massa sólida com impermeabilidade substancial. Embora o solo esteja congelado, um revestimento de concreto é, geralmente, construído sobre o caminho do poço.

[009] A execução apropriada deste método, particularmente em profundidade, é complexa e exige despesas substanciais. Após o congelamento e construção do revestimento de concreto e antes que o solo seja permitido descongelar, vedação absoluta de água deve ser estabelecida no revestimento de concreto. Se não for à prova de água, infiltração pode dissolver matriz a partir da parte traseira do revestimento do poço, aumentando o caminho de vazamento e, finalmente, inundando a mina. Minas de sal, em particular, são conhecidas por serem suscetíveis a isso devido à dissolução do sal e minas foram perdidas dessa maneira.

[010] Estes problemas acima mencionados são também aplicáveis e podem ser mais acentuados se desejar limitar ou reduzir a permeabilidade da matriz de forma a reduzir ou limitar o fluxo de gás. Por exemplo, em uma operação de fratura hidráulica (hidrofraturamento) para extrair as reservas de gás de hidrocarboneto a partir de um reservatório, pode ser desejável limitar a permeabilidade das seções do solo em torno do poço de modo a impedir o fluxo indesejado ou desvantajoso de gás. Também pode ser desejável vedar as passagens ou espaços porosos em uma formação do solo para selar em hidrocarbonetos ou outros gases em costuras de petróleo e gás. Metodologias conhecidas para reduzir a permeabilidade do solo para prevenir ou limitar esta, até agora, foi verificado ser, em grande parte, ineficaz ou não confiável. Em vista do fato de que é sempre crescente a dependência de métodos tais como hidrofraturamento, há um aumento da necessidade de uma capacidade para conter de forma confiável o gás dentro de uma formação e impedir a entrada em regiões inapropriadas.

[011] Por conseguinte, é um objetivo da presente invenção proporcionar um método para limitar ou reduzir a permeabilidade de uma matriz para limitar ou reduzir líquido e/ou gás de entrada, incluindo a limitação ou redução do influxo do gás e/ou do líquido dentro de uma passagem na matriz que reduz os problemas acima mencionados experimentado com métodos da estado da técnica.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[012] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é proporcionado um método para limitar ou reduzir influxo do líquido e/ou do gás no interior de uma passagem em uma matriz, tal como uma formação geológica, que compreende a medição de um ou mais parâmetros relativos à referida matriz e selecionar um ou mais componentes de uma composição de vedação de múltiplos componentes com referência aos ditos parâmetros medidos e introduzir os referidos componentes da referida composição de vedação no interior da dita passagem onde são endurecidos ou coagulados para formar uma vedação. O método é, particularmente, adequado para limitar ou reduzir o influxo de água no interior de uma passagem.

[013] Geralmente, embora não se pretenda estar limitado, a passagem pode tomar a forma de uma cavidade, falha, fissura, espaço vazio ou poros através dos quais o fluido ou gás pode deslocar para causar vazamentos, as inundações e/ou contaminação. O presente método é, particularmente, adequado para limitar ou reduzir o influxo de água ou de gás em formações geológicas ao redor dos poços de minas e outras passagens similares, embora não se destina a estar limitado a tais aplicações. O presente método é igualmente aplicável em qualquer situação em que se pretende prevenir ou reduzir o influxo de líquido ou gás, como estruturas de construção, escavações subterrâneas, locais de descarte de resíduos e fundações.

[014] Em particular, o presente método inclui a medição e análise de parâmetros que são específicos para o local que está sendo tratado e substancialmente no momento do tratamento local. De preferência, o método inclui medir as qualidades de líquido, geralmente água, presentes no interior ou fluindo através da passagem(s) a ser vedada. Líquido presente no interior da matriz é idealmente coletado e analisado para determinar as propriedades, tais como pH, temperatura, teor mineral e salinidade. A seleção e concentração de componentes da composição de vedação, tais como os aditivos e inibidores são, então, determinadas por referência a estas medições específicas do local a fim de controlar o tempo de endurecimento da composição na passagem.

[015] Em uma modalidade particularmente preferida da invenção, o método inclui uma etapa adicional de medir e/ou analisar pelo menos um componente da composição de vedação e selecionar componentes adicionais com referência à referida medição ou análise do pelo menos um componente. Em particular, o método inclui a análise de um componente látex da composição de vedação depois que um ou mais outros aditivos são selecionados em função das variações do látex, particularmente, variações que surgem principalmente devido à estação particular que o látex foi colhido.

[016] Antes, de preferência, imediatamente antes, a aplicação da composição de vedação ou argamassa ao local a ser tratado, os parâmetros do local específico para a matriz são medidos e analisados, particularmente parâmetros hidráulicos e/ou pneumáticos uma vez que o comportamento do fluxo de gás ou de água deve ser avaliado se uma vedação eficaz deva ser alcançada. Podem ser empregadas técnicas de amostragem geológica e perfuração para esse emprego. Os referidos parâmetros podem e, de preferência, realmente incluem no teste de condutividade hidráulica in situ para estabelecer uma série de valores de parâmetros Lugeon e para obter uma ideia da abertura total de feições permeáveis na matriz; tomada de água e testes de tingimento para estabelecer a condutividade hidráulica da passagem ou passagens na matriz; e presença ou ausência de condições de fluxo. Essas propriedades também fornecem uma estimativa do volume da composição de vedação necessária para vedar. Esta etapa também inclui a análise das propriedades de água presente ou fluindo dentro da passagem a ser tratada, particularmente, para os parâmetros testes, tais como pH, temperatura, teor mineral e salinidade, os quais afetam a seleção da composição de vedação a ser utilizada. Condições adicionais do local também são levadas em consideração, tais como temperatura da formação de solo e em torno do local a ser tratado.

[017] Uma vez que os parâmetros hidráulicos e/ou pneumáticos são determinados, a matriz é perfurada para proporcionar orifícios de injeção através dos quais a composição de vedação é direcionada para dentro da matriz.

[018] Em uma modalidade preferida da presente invenção, a composição de vedação, ou argamassa, compreende pelo menos um componente à base de látex e um ou mais aditivos adicionais selecionados. Prefere-se que o látex seja látex natural. Em uma modalidade, particularmente preferida, a composição de vedação compreende uma emulsão ou coloide de látex e ácido láurico ou um composto de laurato; e pelo menos um aditivo adicional selecionado. O pelo menos outro aditivo é selecionado pelo menos parcialmente por referência aos parâmetros medidos do local a ser tratado.

[019] No entanto, a composição de vedação à base de látex pode não ser adequada para algumas situações. Por exemplo, em regiões mais frias, onde as temperaturas de formação podem ser inferior a -5°C, uma composição de vedação sem látex pode ser selecionada. Em particular, é desejável selecionar uma composição de vedação sem látex, se a temperatura do solo ou o local ao redor for de -12°C ou menos. Deve ser notado que este método não se limita a qualquer espécie particular de composição de vedação.

[020] Outros aditivos podem incluir a coagulação ou inibidores de endurecimento para prevenir a endurecimento da composição e promover o fluxo para dentro e permeação do local a ser tratado antes do início do endurecimento dentro da passagem. Exemplos não limitativos de aditivos inibidores são os tensoativos, tais como tensoativos catiônicos. Os tensoativos podem impedir a floculação do látex após introdução na passagem. Nos locais onde a água presente na passagem tem elevadas concentrações de sal, isto é, a água é substancialmente salmoura, a água na passagem pode ser tratada com um aditivo inibidor para prevenir a coagulação ou endurecimento precoce da composição de superfície na passagem. Um exemplo não limitativo de tal aditivo inibidor é o produto KT do Requerente, o qual contém uma mistura de fosfatos de sódio e, o qual quando introduzido na passagem como uma solução, atua para prevenir ou retardar a coagulação ou o endurecimento da composição de vedação na passagem.

[021] O aditivo adicional pode incluir também ativadores de coagulação para iniciar ou promover o endurecimento. Exemplos não limitativos desses aditivos são compostos alcalinos; plastificantes, ácidos carboxílicos, boratos, silicatos, hidróxidos assim como seus sais metálicos. Outros aditivos incluem fluidificantes e redutores de água.

[022] Em uma modalidade particularmente preferida da invenção, o método inclui ainda medição e análise de parâmetros seguindo uma aplicação inicial da argamassa e, opcionalmente, seguindo estágios de aplicação de argamassa subsequente. Um ou mais componentes da composição de vedação são modificados, se necessário, em resposta às alterações nos referidos parâmetros. Por exemplo, a composição de vedação para utilização em quaisquer segunda aplicação e subsequentes aplicações para o local é modificada em resposta à formação de, ou alteração nos caminhos do fluxo de água ou de gás ou fluxo de água ou de gás através tempos dentro da matriz. Medições de permeabilidade permitem a modificação ou ajuste do tempo de endurecimento da argamassa introduzida ao local em aplicações subsequentes.

[023] Em um aspecto preferido, o método inclui a etapa de introduzir a composição de vedação para a passagem por injeção. De preferência, os componentes da composição são introduzidos no local, independentemente, de tal modo que a composição de vedação é efetivamente composta in situ. Isto é, a composição de vedação é uma formulação de múltiplos componentes, em que os vários componentes são colocados em conjunto e reagem com os mesmos in situ na passagem.

[024] Desejavelmente, os componentes da composição de vedação são introduzidos no local por meio de uma bomba adequada, de preferência, uma bomba de múltiplos orifícios, em que os componentes são introduzidos através de furos de bombas separadas. De preferência, a bomba é uma bomba de deslocamento. Tal equipamento de bombeamento e a capacidade de introduzir componentes da composição separadamente no local permite vantajosamente um grau de controle sobre a introdução da composição para a passagem a ser selada e, consequentemente, o controle do tempo de endurecimento no interior da passagem. Em particular, é vantajoso que a bomba seja capaz de injetar a composição para dentro da passagem em pressões variáveis, a referida variação de pressão selecionada em resposta às alterações nos parâmetros hidráulicos específicos do local medido, pneumático e os químicos.

[025] Prefere-se ainda que o presente método inclua uma fase de injeção da composição de vedação primária e uma fase de injeção da composição de vedação secundária. É particularmente preferido que a primeira fase de injeção introduza uma composição de vedação em uma passagem com o fluxo de água. A fase de injeção secundária, de preferência, introduz a composição de vedação na passagem contra o fluxo de água ou gás, especialmente, uma vez que o influxo de água ou gás foi arrastado.

[026] Por conseguinte, a presente invenção tem, como vantagem, a capacidade de exercer um controle de tempos de endurecimento da composição de vedação uma vez introduzida no local de tratamento, permitindo a composição permear adequadamente as formações encontradas dentro da matriz de uma distância a partir do ponto de injeção.

[027] Em algumas aplicações de vedação, pode ser mais conveniente ter a possibilidade de introduzir uma única composição em uma passagem, embora ainda mantendo a capacidade para alterar ou controlar o tempo de endurecimento da composição em resposta aos parâmetros particulares ou variáveis presentes no local de aplicação. A este respeito, proporciona-se outro aspecto da presente invenção, o qual proporciona um método para limitar ou reduzir o influxo de líquido ou de gás no interior de uma passagem em uma matriz, tais como, mas não limitado a, uma formação geológica, com uma composição de vedação que compreende um componente de argamassa; e um agente de cura de argamassa em que uma porção do componente de argamassa é misturada com uma porção de agente de cura de argamassa, a razão do componente de argamassa para o agente de cura sendo selecionado com referência a um ou mais parâmetros relativos à referida matriz, em que o componente de argamassa combinado e o agente de cura são introduzidos para dentro da referida passagem onde é endurecido ou coagulado para formar uma vedação, em que a taxa de cura ou endurecimento do referido componente de argamassa na referida passagem é controlada ou variada modificando a razão de componente de argamassa para o agente de cura.

[028] Desejavelmente, a coagulação ou o endurecimento é inicialmente adiado por um período de tempo predeterminado. Isto é, então, seguido por uma coagulação relativamente rápida ou um endurecimento da composição de vedação in situ na matriz ou passagem sendo tratada. Isto é, o tempo necessário para a composição de vedação endurecer ou coagular pode ser retardado controladamente por modificação da razão do componente de argamassa para o agente de cura se adequar a uma aplicação específica.

[029] De preferência, o componente de argamassa é baseado em látex, tais como uma emulsão de látex, coloide ou dispersão aquosa. No entanto, o componente de argamassa pode também ser uma composição à base de polímero. Desejavelmente, o componente de argamassa é aquoso para permitir a pronta mistura com o agente de cura.

[030] O agente de cura é compreendido de um ou mais componentes selecionados a partir de agentes capazes de desenvolver ou reagir com o componente de argamassa para endurecer ou coagular o componente de argamassa na passagem. Para este efeito, o agente de cura, desejavelmente, tem um efeito retardado de endurecimento ou de coagulação de modo a permitir que a mistura combinada de componente de argamassa e o agente de cura sejam bombeados, injetados ou de outro modo introduzidos adequadamente na passagem e alcancem uma penetração suficiente dentro da passagem para efetuar limitação do influxo de líquido ou gás.

[031] Em uma modalidade da invenção, o agente de cura é selecionado a partir dos agentes que têm o efeito de baixar o pH do líquido. De preferência, a diminuição do pH ocorre gradualmente ao longo de um período de tempo, o período de tempo sendo em grande parte dependente da razão do componente de argamassa para o agente de cura. É preferido que o pH seja reduzido através da geração de ácido por meio de uma reação in situ da mistura combinada de agente de argamassa/agente de cura. No caso de um componente de argamassa à base de látex sendo utilizado, a oxidação de um álcool para um ácido carboxílico dentro de uma dispersão aquosa de látex é de tal maneira para baixar o pH, como mostrado na seguinte equação: R - OH + agente oxidante -> R-COOH

[032] Para este efeito, o agente de cura está em uma modalidade preferida, um agente oxidante. O agente oxidante pode ser utilizado para produzir ácidos no componente aquoso de argamassa mediante adição aos mesmos e misturar com o mesmo. Exemplos não limitativos de um agente oxidante tal que pode ser utilizado como agente de cura é o trióxido de crômio e permanganato.

[033] De acordo com outro aspecto preferido da presente invenção, o agente de cura é selecionado de uma classe de álcoois referidos como polióis e pode ser um poliol monomérico, um diol, triol, tetrol, ou qualquer outro poliol polimérico. Exemplos não limitativos são os polióis monoméricos, tais como etileno glicol ou glicerina e polióis poliméricos, tais como polietileno glicol. Em uma modalidade, particularmente, preferida da invenção, o agente de cura é um éster de ácido graxo de um poliol.

[034] Os testes indicam que misturar uma porção maior do componente de argamassa com uma porção menor do agente de cura resulta na formação inicial de um pequeno número de partículas coaguladas ou solidificadas, enquanto que a maioria da proporção da mistura permanece na forma líquida. Os coagulados ou partículas inicialmente formados atuam como um iniciador ou sementes para a formação de outros coagulados ou outras partículas dentro da mistura, a qual, ao longo do tempo, leva a coagulação ou o endurecimento de substancialmente toda a mistura.

[035] De um modo vantajoso, a modificação da razão do componente de argamassa para o agente de cura, por exemplo, em % em peso foi encontrada permitir o controle sobre a taxa de endurecimento. O componente de argamassa pode, portanto, ser combinado com uma quantidade predeterminada do agente de cura, a quantidade sendo determinada em grande medida com referência aos parâmetros do local ou da matriz a ser tratada e introduzida na passagem em que está endurecida ou coagulada na passagem em uma taxa que é ótima para essa aplicação particular.

[036] A presente invenção tem utilidade particular na aplicação de uma matriz ou formação de solo antes da escavação de um túnel ou poço, tal como escavado em operações de mineração. A presente invenção é vantajosamente capaz de prevenir ou minimizar o influxo de água em um poço ou túnel sendo construído com a formação do solo na proximidade de um corpo de água, tal como um rio ou aquífero. A presente invenção, vantajosamente, também permite a minimização ou prevenção do influxo de gás para dentro do poço ou túnel ou mesmo em todas as áreas do solo em torno, onde não é desejado permitir que o gás escape.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

[037] A presente invenção pode ser melhor compreendida a partir da seguinte descrição das modalidades preferidas e exemplos preferidos e com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[038] A Figura 1 é uma vista em corte transversal de um corpo geológico, contendo um poço tendo fendas ou aberturas na matriz em torno do poço que requer vedação para evitar ou minimizar o influxo de água para o poço;

[039] A Figura 2 é uma vista de frente de uma seção de uma série de anéis de tubulação revestindo um poço afundado em uma matriz que necessita de tratamento para limitar o influxo de água para o poço;

[040] A Figura 3 é uma vista em corte transversal de um corpo geológico com um poço de mina escavado nele e que necessita de tratamento para limitar o influxo de água, antes de qualquer tratamento;

[041] A Figura 4 é uma vista em corte transversal do corpo geológico da Figura 3 sendo tratado para limitar o influxo de água para dentro do poço de mina de acordo com a presente invenção;

[042] A Figura 5 é uma vista em corte transversal do corpo geológico da Figura 3, em que um primeiro aditivo adicional é introduzido na passagem; e

[043] A Figura 6 é uma vista em corte transversal do corpo geológico da Figura 3, em que uma fase de injeção secundária da composição de vedação é realizada.

[044] A descrição e exemplos a seguir são feitas principalmente com referência ao tratamento de um corpo geológico em que um poço de mina é escavado, o poço de mina tendo rachaduras ou aberturas que exigem vedação, principalmente, para evitar o influxo de água. Por exemplo, a água pode fluir ou vazar para o poço de mina através de passagens em forma de fendas e fissuras ou através de camadas de matriz não consolidadas permeáveis. No entanto, a presente invenção não está limitada a tais aplicações e deve ser entendido que o presente método pode ser empregado com sucesso em uma variedade de situações em que é desejável parar ou limitar o influxo de água, tais como, mas não limitadas a, influxos de água em minas de corte aberto e profundo, vedação de barragem subterrânea, silos subterrâneos e abrigos, porões, locais de depósito de resíduos subterrâneas, minas de sal e reservatórios e barragens. O presente método é igualmente aplicável quando for desejado interromper ou limitar o fluxo de gás, como, mas não se limitado ao vazamento inadequado de gás de fraturas criadas no solo como resultado de uma operação de hidrofraturamento.

[045] Referindo-se inicialmente as Figuras 1 e 2, é mostrada uma matriz 10, sendo a formação do solo em torno um poço de mina 14, onde a água penetra através de uma fissura na rocha em torno e através dos espaços dos poros em uma lente de areia consolidada. A água é capaz de ganhar entrada ao poço 14 passando através de fendas em uma parede de um segmento de tubulação 18, através de fendas 16 entre os respectivos segmentos de tubulação 18 por meio de junções frias induzidas para formar entre a extremidade de um despejo de concreto e o início de um novo despejo na parte de trás dos segmentos de tubulação 18, tal como os representados na Figura 2. Na construção do poço 14, as tubulações 18 atuam como um revestimento para o poço 14. Em métodos conhecidos de construção de poços, é típico congelar o solo em torno da passagem do poço a fim de estabilizar a formação do solo. Neste exemplo, o presente método é vantajosamente aplicado de modo que o congelamento do solo torna-se desnecessário e danos causados à rocha perto do poço 14 durante as atividades de escavação podem ser reparados.

[046] Os orifícios de injeção 20 são perfurados na matriz e através dos segmentos de tubulação 18 em intervalos em torno da face de tubulação 18 dentro do poço 14. Os furos podem ser feitos ou perpendicular à face da tubulação 18 ou com um ângulo, tal como 45°. Para reduzir o custo, enquanto permite uma vedação eficaz, a disposição de orifícios de injeção 20 deve minimizar o número de orifícios de injeção 20 necessários. Para este fim, orifícios de injeção 20 estão dispostos, de preferência, em intervalos regulares e substancialmente equidistantes em torno da circunferência da tubulação 18. Os orifícios de injeção 20 são perfurados, desta forma, sobre cada segmento de tubulação 18 alinhando ao poço 14. Quaisquer meios adequados de perfuração podem ser utilizados para criar os orifícios de injeção, por exemplo, usando uma broca de percussão de perfuratriz para perfurar para a profundidade requerida. Perfuração de percussão pode ser necessária em formações de rocha dura. A perfuração de percussão é mais adequada e aumenta a permeabilidade da formação.

[047] As amostras de água presentes no local de vedação (água local) são coletadas a partir de pelo menos uma área de vazamento em ou em torno do poço 14. A água é testada para analisar as propriedades químicas, tais como pH, temperatura, teor mineral e os níveis de salinidade. A temperatura da formação de solo e em torno do local também é medida.

[048] Os parâmetros hidráulicos da matriz 10 também devem ser determinados. A natureza e a extensão do hidráulico apresentado devem ser entendidas se uma vedação eficaz for efetuada. A fim de determinar os parâmetros hidráulicos de conectividade, penetração e propagação do influxo de água, um corante apropriado, tal como um corante marcador, tendo mesmas características de fluxo como água, mas sendo coloridos de forma a contrastar claramente contra o poço 14 e o local, é introduzido em cada um dos buracos de injeção 20. O escoamento do corante para o poço 14 pode ser programado e visualmente avaliado para determinar a permeação de influxo de água. Relatório de corante indica onde influxo está ocorrendo e onde principais pontos de ingresso de água estão situados, por exemplo, nas junções frias entre os despejos de concreto. Taxa de fluxo do corante é medida para determinar as propriedades de fluxo do corante dentro da matriz 10, quando introduzida em uma taxa e uma pressão particular. Isto fornece uma indicação das taxas de fluxo de uma solução da composição de vedação, de modo que pode ser determinada quando introduzir aditivos adequados e em quais concentrações.

[049] Tendo referências aos parâmetros do solo e temperatura da água, pH, teor mineral e os níveis de salinidade, bem como propriedades de fluxo de água dentro e em torno do local e da temperatura do local, os componentes e as respectivas concentrações dos referidos componentes da composição de vedação podem ser adequadamente selecionados.

[050] Nos locais onde a temperatura da formação de solo ao redor e imediata é inferior a cerca de -12°C, ou mais de 100°C, os componentes da composição de vedação devem ser selecionados em conformidade. Por exemplo, uma composição de vedação à base de cimento pode ser selecionada, de preferência, através de uma composição de vedação à base de látex, se a temperatura do solo for muito alta. É também possível utilizar uma combinação de dois tipos diferentes de composição de vedação. Por exemplo, uma composição de vedação à base de cimento pode ser utilizada para encher grandes quantidades de grandes espaços vazios e uma composição de vedação à base de látex pode ser subsequentemente utilizada para encher as fissuras e fendas menores.

[051] Referindo-se à avaliação geotécnica da formação do solo, particularmente, a permeabilidade à água, cimento padrão ou microfino (partículas < 30 micra) é usado. Por exemplo, se o tamanho da passagem ou aberturas na formação é geralmente maior do que 160 micra, o local pode ser tratado com uma composição de cimento padrão. As aberturas que são menores e que podem causar infiltração lenta exigem um material de micropartículas. Aditivos e misturas são adicionadas à composição à base de cimento para se obter a reologia desejada e definir características, fazendo referência aos parâmetros medidos do local.

[052] Em um local onde a temperatura da formação de solo circundante e imediato é de -12°C ou superior, e o teste de permeação de fluxo de água indica que não há a presença de condições de fluxo de água, é desejável usar uma composição química à base de látex de múltiplos componentes, tal como o descrito na patente australiana 739427, cujos conteúdos são aqui incorporados por referência.

[053] Tal composição química idealmente tem como um componente significativo ou de grande quantidade, uma emulsão de látex ou coloide, de preferência, a < 30% da composição total. Tipicamente, o látex é fornecido em emulsão ou suspensão coloidal com água. É preferido que o látex seja um látex natural, uma vez que o látex natural foi surpreendentemente verificado exibir capacidades de vedação melhor do que variações sintéticos. Concentração de látex em água pode ser selecionada tendo em referência os parâmetros químicos e hidráulicos determinados nas etapas anteriores do método.

[054] Tendo em referência aos parâmetros hidráulicos medidos acima referidos e as propriedades químicas da água e o local, um ou mais outros aditivos são selecionados para combinação com a emulsão de látex para distribuição na passagem a ser tratada. À medida que a composição de vedação é introduzida na água fluindo através da passagem ou passagens exigindo vedação e a composição de vedação é realizada através da passagem por água, a água torna-se um ingrediente eficaz na composição de vedação, uma vez que é introduzida na passagem. O um ou mais outros aditivos são, por conseguinte, adicionados para complementar à química da água ou para remediar características químicas que podem ter um efeito indesejável sobre a composição de vedação, uma vez introduzida na passagem.

[055] Em locais tendo água acídica presente dentro da passagem, endurecimento ou coagulação da composição de vedação pode ser induzido precocemente quando da introdução da composição para dentro da passagem, após o que a composição é capaz de permear de forma adequada a matriz 10. Se a análise de água indica um valor de pH inferior a 7, é desejável adicionar um componente inibidor para alterar o pH para uma condição alcalina. Tais inibidores são fornecidos em solução alcalina, geralmente, acima de pH 10 ou 11, de modo a aumentar o pH da água. Estas podem incluir, por exemplo, o tipo encontrado em detergentes e sabões como substâncias, exemplos não limitativos dos quais são o tripolifosfato, o produto KT do Requerente (ou solubilizado em pó), o qual contém uma mistura de fosfatos de sódio, ou um hidróxido de potássio alcalino (KOH). No tratamento de um local que é ácido ou ligeiramente ácido, o aditivo inibidor é injetado ou bombeado para dentro da passagem e é combinado com o componente de látex in situ dentro da passagem. O grau de alcalinidade do aditivo inibidor é determinado com referência à medição do pH da água.

[056] Nos locais onde a água é, particularmente, ácida, é vantajoso lavar primeiro a passagem com uma solução de pH neutro ou alcalino, tal como o produto chamado C4 do Requerente (código de produto XTMC4136), o qual é uma mistura de tensoativos de agentes de atuação de superfície, antes da introdução de qualquer componente de látex de modo a aumentar o pH da água e, assim, evitar a solidificação prematura no interior da passagem. A introdução de tal componente para dentro da passagem permite também a composição de vedação ser bombeada para dentro da passagem em uma pressão reduzida, uma vez que a introdução desta solução aumenta a penetração da composição de vedação na passagem, independentemente do fato da matriz 10 ser predominantemente uma rocha ou a formação do solo.

[057] Por outro lado, pode ser útil lavagem ácida das feições permeáveis atravessadas pelos buracos de injeção 20 para deslocar a água do solo nele. A ação de lavagem ajuda a aumentar a permeabilidade da formação de solo e permite uma melhor penetração da composição de vedação, uma vez introduzida. É típico usar uma solução estabilizadora à base de ácido fraco para esta finalidade de lavagem. No entanto, outros tipos de ácidos diluídos, também podem ser usados, um exemplo não limitativo dos quais é o ácido clorídrico (HCl). Introdução de uma solução de ácido pode vantajosamente abrir ou reabrir permeabilidade da formação da matriz 10, dissolvendo eficazmente depósitos de material que pode de outro modo impedir deslocamento da composição de vedação dentro das feições permeáveis da matriz 10.

[058] Em locais tendo água contendo elevado teor de sal, tal como pode acontecer quando afundando um poço no corpo de sal, ou endurecimento prematuro de coagulação da composição dentro das passagens também pode ser experimentado. Onde as medições de condutividade da água indicam alta salinidade, é desejável introduzir um ou mais aditivos inibidores, tais como os descritos acima, que atuam para inibir o endurecimento ou a coagulação da composição de vedação no interior da passagem. Alternativamente ou em adição, pode ser vantajoso tratar o primeiro a água dentro da passagem para reduzir a salinidade antes da introdução do componente de látex. Isto é, a passagem é lavada de modo a deslocar a água do solo imediatamente antes da introdução da composição.

[059] Antes da introdução da composição de vedação personalizada, contendo componentes selecionados com referência às propriedades da matriz 10, cada buraco de injeção 20 é água testada para estabelecer uma série de parâmetros de valores Lugeon e para obter uma ideia da largura total da abertura das feições permeáveis no local de tratamento. Este teste também fornece uma indicação dos volumes de composição de vedação suscetível a ser requerida para vedar estas características, de modo a vedar efetivamente e evitar o ingresso e vazamento de fluido para dentro do poço 14.

[060] Durante as fases iniciais da introdução da composição de múltiplos componentes para dentro da passagem, a composição é formulada para fornecer um tempo de endurecimento estendido, de modo a permitir a propagação e penetração ótima da composição de vedação no interior da formação. É indesejável para a composição de vedação endurecer muito perto do buraco de injeção 20, tal como este, então, requer a perfuração de outros orifícios de injeção 20, a fim de permitir a introdução da composição adicional. Idealmente, a introdução da composição de vedação cria uma argamassa lateral de espalhamento ao longo de uma distância que é mais ou menos igual à distância entre o buraco de injeção 20 e a revestimento do poço 14, neste caso, a tubulação 16. No mínimo, a dispersão de argamassa deve ser suficiente para formar cilindros sobrepostos de argamassa em torno do poço 14.

[061] À medida que introdução da composição de vedação para a passagem, ou rede de passagens avança, o tempo de endurecimento é gradualmente reduzido pela adição de mais aditivo ativador. Isto permite que a propagação de argamassa seja limitada dentro da área alvo, sendo a área mínima da matriz 10 requerida para a aplicação da composição de vedação para minimizar ou limitar a entrada de água, minimizando, assim, os resíduos de composição de vedação e distribuição desnecessária dentro da matriz de formação do solo.

[062] À medida que a operação de argamassa procede, a composição de vedação endurecida irá bloquear e preencher partes abertas da matriz, o que leva a uma mudança de caminhos de fluxo de água e em fluxo ao longo dos tempos. É necessário, portanto, que os ajustes para o tempo de endurecimento da composição de vedação sejam feitos em resposta a essas mudanças. É desejável, em seguida, que as outras medições de parâmetros hidráulicos da matriz 10 e propriedades químicas da água sejam feitas à medida que a composição de vedação é aplicada à passagem e modificações para a composição total sejam feitas com referência a estas medições. Se o valor Lugeon aparente não é mostrado para diminuir ao longo do tempo, isso significa que a composição de vedação continua preencher os espaços vazios na matriz. Com base no volume de composição de vedação já injetado, tempos de endurecimento da composição de vedação podem ser gradualmente reduzidos, por exemplo, por adição de maiores quantidades de aditivo ativador ou o mesmo volume de uma maior concentração. Se o valor aparente de Lugeon mostra diminuição ao longo do tempo, é indicativo de que a composição de vedação se encontra em um modo de permeação. A composição de vedação pode, por conseguinte, continuar a ser introduzida na passagem sem que sejam feitas alterações no tempo de endurecimento. No entanto, se as medições indicam que o valor de Lugeon aparente diminui a um ritmo rápido, os ajustes são feitos para os componentes individuais da composição de vedação para estender o tempo de endurecimento no interior da passagem.

[063] Injeção da composição de vedação começa no segmento de tubulação mais inferior 18 no interior do poço 14 e move-se progressivamente para cima. Composição de vedação é injetada em um primeiro buraco de injeção 20 até ao momento em que a composição de vedação é observada no próximo buraco de injeção 20 neste segmento de tubulação da composição 18. A composição de vedação é introduzida no segundo buraco de injeção 20 e cada buraco de injeção posterior 20 até que toda a circunferência é tratada. Injeção da composição de vedação, em seguida, move-se para cima para o próximo anel de tubulação 18. No entanto, a composição de vedação pode ser injetada nos buracos de injeção 20, em qualquer ordem específica, contanto que a composição de vedação seja capaz de preencher o espaço vazio entre a circunferência externa dos anéis de tubulação 18 e do terreno circundante.

[064] Com referência aos parâmetros medidos hidráulicos locais e as propriedades químicas da água, composição de vedação no presente exemplo é injetada para dentro da passagem, com o mínimo de pressão. É desejável manter uma pressão baixa de injeção, de modo a evitar qualquer problema de hidrofraturamento da matriz circundante. Nesta aplicação, a pressão de injeção desejavelmente não deverá exceder 1,25 a 2,5 vezes a queda hidrostática. Idealmente, a pressão de injeção é determinada com base na mecânica da rocha da matriz no local e com referência à profundidade dos buracos de injeção 20.

[065] De um modo vantajoso, o aditivo inibidor é introduzido na passagem por meio de uma bomba de deslocamento de múltiplos orifícios. A natureza de múltiplos orifícios da bomba permite a introdução dos componentes individuais da composição de vedação de modo que elas apenas reajam eficazmente com a outra in situ dentro da passagem. Injeção dos componentes da composição de vedação é desejavelmente aumentado a partir da queda hidrostática para pressão máxima lentamente e gradualmente. Tipicamente, a água no interior da passagem é vedada, a pressão aumentará automaticamente. Se necessário e em especial, a fim de evitar hidrofraturamento da formação de solo circundante, as pressões de injeção são ajustadas de acordo com os requisitos do local específico e com referência aos parâmetros medidos específicos do local, incluindo a distância a partir do buraco de injeção 20 que é desejado para distribuir a composição de vedação.

[066] Quando o componente de emulsão de látex é utilizado, a composição de vedação é injetada na água fluindo ou presente na passagem através dos vários buracos de injeção 20. À medida que o componente de látex flui dentro da passagem, ele é ativado, pelo menos parcialmente, por meio de agitação, provocando a coagulação da composição de vedação para formar uma vedação na passagem ou rede de passagens. Se as condições de fluxo medidas ditar, por exemplo, que a velocidade de fluxo é alta, digamos de 200L por segundo, um componente ativador químico é adicionado para aumentar a taxa de coagulação e de endurecimento no interior da passagem.

[067] Após uma fase inicial de tratamento onde a composição de vedação é introduzida no local e endurecimento iniciada e completada, é altamente desejável que pelo menos uma segunda fase de tratamento seja conduzida. Verificou-se que após o tratamento do local com uma composição de vedação, a água muitas vezes recarrega a partir de locais aquíferos e encontra uma nova rota, que é um caminho de menor resistência no poço 14. Devido ao caminho de fluxo perturbado da água, novos vazamentos no poço 14 podem ocorrer e estes devem ser tratados em conformidade. Etapas como descrito acima, sendo a perfuração de buracos de injeção, a análise de matriz local com um corante adequado para avaliar a permeação de influxo de água e a análise química de água local, são executadas. Tendo em referência a estes parâmetros medidos, espécies de componentes e as suas concentrações são selecionadas e introduzidas na passagem, substancialmente como descrito acima.

[068] Referindo-nos agora à Figura 3, é uma formação de solo 100, em que um túnel 141, tal como um poço de mina, foi escavado debaixo de um corpo de água, tal como um aquífero, que flui através da matriz 10 de formação do solo 100. O influxo de água para o túnel 141 deve ser interrompido ou limitado para que o túnel 141 não inunde. Neste exemplo, o túnel 141 é uma formação aberta, não tendo nenhum revestimento entre o interior do túnel e a matriz circundante 10, composta predominantemente por rochas e formações consolidadas, incluindo rochas soltas. Este tipo de formação é suscetível à ameaça de hidrofraturamento e quedas de rochas ou deslizamentos potencialmente perigosos.

[069] Tal como acontece com o exemplo anterior, os testes de aceitação de água e corante são conduzidos para estabelecer condutividade hidráulica de fissuras no interior da matriz e contribuir para o influxo de água dentro do poço. Verificou-se, em formações geológicas não consolidadas, que a fratura hidráulica pode ser um problema significativo. Uma vez que as partes abertas de fissuras de influxo de água tornam-se conectadas com a composição de vedação endurecida ou coagulada, o influxo acabará por tornar-se limitado e, portanto, a velocidade da água a abertura aumentará e resultará em lavagem adicional dentro da matriz. Isto também pode ocorrer depois de um local ter sido tratado com sucesso com a composição de vedação. Por esta razão, é desejável para o método incluir uma fase de uma injeção primária (vide as Figuras 4 e 5), onde a composição de vedação é introduzida na passagem com o fluxo de água ou gás através do buraco de injeção 201; e uma segunda fase, onde a composição de vedação é introduzida contra o fluxo de água uma vez que o fluxo de entrada no túnel 141 é dimensionado (vide Figura 6). A aplicação de duas fases serve vantajosamente para criar uma cortina impermeável da composição de vedação.

[070] Tal como acontece com o exemplo anterior, um teste de condutividade hidráulica in situ é realizado antes da introdução de qualquer composição de vedação para dentro da passagem. Isto estabelece uma série de valores parâmetros de Lugeon e fornece uma indicação da largura de abertura total das feições permeáveis dentro da matriz. Similarmente, a água no local é testada para níveis de pH, temperatura, teor mineral e salinidade.

[071] Durante a injeção da composição de vedação, é vantajoso reduzir os tempos de endurecimento da composição de vedação na passagem à medida que a injeção continua de modo a endurecer ou coagular a composição de vedação muito próxima dos buracos de injeção 201 e para alcançar uma propagação lateral da composição de vedação que é suficiente para criar uma barreira eficaz para prevenir o influxo de água para uma escavação. No início da injeção, os vários componentes da composição são inicialmente introduzidos e permitidos fluir através e vazar paradentro do túnel 141 (Figura 4). Isto permite a medição de um fluxo inicial através do tempo ou tempo de residência.

[072] É o objetivo do presente método, atingir um espalhamento lateral da composição de vedação que é substancialmente a distância entre o buraco de injeção 201 e o perímetro da característica permeável. É também importante assegurar que a composição de vedação não endureça muito próximo ao buraco de injeção 201 uma vez que este irá, em seguida, requer a perfuração de furos adicionais e, portanto, custo adicional indesejável.

[073] Tempo de endurecimento da composição de vedação é gradualmente reduzido pela introdução de quantidades maiores ou maior força de um aditivo ativador apropriado (Figura 5), o tipo e composição dos quais é selecionado, como acima descrito, com referência aos parâmetros medidos específicos para o local. O tempo de endurecimento é reduzido ao ponto onde a composição de vedação deixa de fora as lavagens das feições permeáveis da matriz 100, mas é, ao invés, ligada dentro da matriz 100 para formar uma vedação.

[074] Opcionalmente, o componente ativador pode ser introduzido no fluxo de água através de um buraco de injeção separado 201 para um ou mais outros componentes da composição de vedação. Por exemplo, referindo-se à Figura 5, no caso em que é empregada uma composição de vedação baseada em látex, o componente de látex é introduzido no fluxo de água através do primeiro buraco de injeção 201a e um componente ativador é introduzido através do segundo buraco de injeção 201b. O buraco de injeção 201b cruza a passagem à jusante do buraco de injeção 201a. Em tal caso, o componente de látex é bombeado para o fluxo de água dentro do espaço vazio ou passagem através de um buraco de injeção 201a, onde é carregado na direção do túnel 141 pelo fluxo de água no interior da passagem. Componente ativador é introduzido na passagem através de buraco de injeção 201b, onde é misturado com o componente de látex fluindo à jusante. A composição de vedação misturada é então endurecida ou coagulada de modo a formar uma vedação para evitar influxo adicional de água no túnel 141.

[075] Como indicado, é desejável que uma injeção secundária ou fase de vedação seja efetuada, nesta fase sendo introduzida contra o influxo de água, conforme mostrado na Figura 6. Se for observado que durante a fase de injeção secundária não há mais nenhum acúmulo de pressão em uma determinada taxa de fluxo, é indicativo de que a composição endurecida está sendo empurrada para trás longe demais da matriz e a composição de vedação está penetrando muito longe do local de destino, levando apenas ao desperdício de material. Se este for o caso, o tempo de endurecimento da composição de vedação deve ser gradualmente reduzido pela redução no aditivo ativador e/ou no aumento de aditivo inibidor na matriz. Por exemplo, o pH da composição na matriz é feito transição a partir de um pH ácido para um pH mais alcalino.

[076] Fazendo referência à Figura 6, a fase de injeção secundária pode ser realizada por perfuração, opcionalmente, outro buraco de injeção 201c, o qual cruza a passagem à montante da passagem (agora selada com a composição de vedação). O componente látex da composição de vedação é bombeado através de um buraco de injeção 201a e é forçado à montante dentro da passagem uma vez que a parte à jusante tenha sido selada com a composição de vedação. Componente ativador é bombeado para dentro da passagem através do buraco de injeção 201c, onde é misturado com o componente de látex e a composição de vedação é causada para endurecer. A fase de injeção primária, introdução e endurecimento da composição de vedação à jusante dentro da passagem é, por conseguinte, uma aplicação da composição reativa de vedação, para remediar influxo de água para dentro do túnel 141. A aplicação da composição de vedação através da fase secundária, onde ela é introduzida à montante e contra o fluxo de água, é o tratamento proativo, onde a água de erosão e hidrofraturamento da matriz 100 são impedidas.

[077] A presente invenção também é, particularmente, útil no tratamento proativo de uma formação antes da escavação, tendo a vantagem de que não é necessário lidar com influxos de água dentro do poço de mina escavado durante a mineração. O seguinte exemplo de aplicação do presente método refere-se a uma aplicação de pré-escavação para prevenir o influxo de água para um poço que é construído com a formação do solo na proximidade de um corpo grande de água, tal como um rio. Neste exemplo, a formação do solo pode muitas vezes conter quantidades significativas de arenito fraturado e camadas de areia consolidadas.

[078] Para obter informações relevantes geotécnicas do local, um buraco piloto é perfurado dentro da proximidade do poço planejado. A obtenção de amostras desta maneira permite a identificação de pelo menos propriedades geológicas da formação de solo. No caso em que a formação do solo encontra-se consistir principalmente de arenito e arenito não consolidado, as propriedades de ambos os tipos de matriz necessitam ser levados em conta quando selecionar os componentes da composição de vedação.

[079] Para acomodar a possibilidade de fissuras verticais ou subvertical e/ou lentes saturadas de areia sendo encontrada durante a escavação do poço de mina, a composição de vedação, uma vez aplicada, deve construir uma cortina em torno do caminho proposto do poço a fim de reduzir a permeabilidade da formação circundante e minimizar influxo de água para o futuro poço. Uma série de buracos de injeção primários, de preferência, espaçados equidistantes em torno do perímetro do poço proposto, é perfurada. Desejavelmente, os buracos primários de injeção são deslocados por perfuração a partir da borda externa do poço proposto. Normalmente, cerca de oito destes buracos primários de injeção são perfurados em torno do perímetro. É desejável que um número adicional de buracos secundários de injeção sendo perfurado meça a eficácia da aplicação da composição de vedação durante e após a primeira aplicação. Os buracos secundários de injeção estão localizados substancialmente em um ponto médio entre os buracos primários de injeção. Cada buraco de injeção é perfurado a uma profundidade desejada, ditada pela profundidade proposta do poço. Cada buraco de injeção também é perfurado, de modo a ser capaz de acomodar a inserção de um obturador para permitir a pressão da argamassa em vários estágios de aplicação. Qualquer obturador adequado pode ser empregado para este fim. Por exemplo, um único obturador de extremidade aberta inflável pode ser adequado ou um obturador de duplo filamento.

[080] Antes da seleção de componentes e de introdução da composição de vedação dentro da passagem, cada buraco de injeção de água é testado para determinar uma série de valores parâmetros de permeabilidade de Lugeon e para obter uma ideia da largura da abertura total das feições permeáveis na formação do solo. Similarmente, a água dentro do buraco de injeção é amostrada e analisada para os parâmetros testes, tais como pH, salinidade, temperatura e teor mineral.

[081] Seguindo as atividades de teste da água, os buracos de injeção e as feições permeáveis cruzadas, assim, podem ser lavadas com um fluido selecionadas com referência às propriedades químicas medidas da água do solo, tal como descrito acima, de modo a deslocar a água do solo. Dependendo das condições do local, em particular o pH da água, pode ser desejável lavar com uma solução ligeiramente ácida. A ação de lavagem atua vantajosamente para aumentar a permeabilidade da formação de solo, alterando as condições químicas nele para se adequar a composição de vedação, a qual auxilia na formação de uma cortina apropriada da composição de vedação endurecida. Opcionalmente, e com referência aos parâmetros medidos do local, um aditivo estabilizante, sendo uma mistura de tensoativo de agentes de superfície, como detergentes, é introduzido na matriz através dos buracos de injeção de modo a aumentar a penetração da composição de vedação por essencialmente atuar como um lubrificante no interior da passagem.

[082] Seleção dos tipos e concentrações de composição de vedação é feita com referência aos parâmetros medidos do local e a água fluindo nele, substancialmente como descrito acima em relação aos exemplos anteriores. Como descrito acima, uma vez que a injeção da composição de vedação dentro da passagem é iniciada, é necessária uma avaliação cuidadosa e contínua, para controlar, por exemplo, alterações nos valores de permeabilidade de Lugeon e, em seguida, modificar o tempo de endurecimento da composição por modificação dos aditivos, substancialmente como acima descrito. Os tempos de resposta aos ajustes na constituição da composição de vedação são suscetíveis de ser considerável em uma aplicação, tal como esta, como a profundidade dos buracos de injeção e as passagens sendo seladas é suscetível ser muito profundas. É importante, então, que as alterações da composição sejam graduais de modo a evitar recusas de tiro (endurecimento prematuro da composição de vedação antes de ter sido autorizada a se espalhar suficientemente) e perda do acesso para a zona alvo permeável.

[083] É também desejável modificar a pressão na qual os componentes da composição são introduzidos para dentro da passagem com referência aos parâmetros medidos relativos ao local. No presente caso, a mecânica, por exemplo, mecânica das rochas da matriz determinará em grande medida a pressão adequada para permitir uma penetração adequada da composição de vedação na matriz sem causar danos, tais como hidrofraturamento.

[084] Levando em conta os parâmetros medidos do local e a água fluindo nele, medida antes, durante e/ou depois de qualquer tratamento do local para prevenir ou minimizar o influxo de água, substancialmente como descrito acima, pode ser desejável ou mais conveniente tratar o local pela introdução de uma única composição para dentro da passagem a ser tratada. Em tal caso, é ainda necessário ter a capacidade de variar ou controlar o tempo de endurecimento da composição, particularmente, em resposta aos parâmetros ou variáveis de ou no local de medição. Em tais circunstâncias, uma modalidade alternativa da presente invenção pode ser mais adequada ou conveniente.

[085] Nesta modalidade, a composição de vedação é compreendida por, pelo menos, um componente de argamassa e um agente de cura. Uma grande porção do componente de argamassa é misturada com uma porção menor da agente de cura antes de introduzir a combinação para a passagem requerendo vedação. Isto é, o componente de argamassa e o agente de cura combinado são introduzidos na passagem em que está endurecido ou coagulado para formar uma vedação. Vantajosamente e convenientemente, a taxa do tempo total necessário para o endurecimento ou coagulação da combinação na passagem pode ser controlada ou variada modificando a razão do componente de argamassa misturado com o agente de cura.

[086] O componente de argamassa pode ser baseado em látex, como uma emulsão de látex, coloide ou dispersão aquosa; ou pode ser uma composição de polímero à base de argamassa. Em ambos os casos, o componente de argamassa é substancialmente aquoso, em primeiro lugar, para permitir a pronta mistura com o agente de cura e também para facilitar a circulação do fluido da argamassa /agente de cura combinado para dentro e através da passagem a ser tratada.

[087] O agente de cura é selecionável com referência aos parâmetros do local e para a constituição específica do componente de argamassa. O agente de cura é uma composição ou produto químico que é capaz de desenvolver ou reagir com a argamassa para endurecer ou coagular o componente de argamassa na passagem de uma maneira pela qual o endurecimento ou a coagulação é inicialmente retardado. Isto permite que a mistura líquida combinada de argamassa e o agente de cura sejam bombeados, injetados ou de outro modo introduzidos na passagem (tal como já foi descrito acima) enquanto realizando penetração suficiente dentro da matriz ou passagem para efetuar a limitação do influxo de líquido. Ou seja, a argamassa/agente de cura misturada deve permanecer na forma líquida em tempo suficientemente longo para alcançar as regiões da matriz ou passagem. O período exato de tempo necessário para que a mistura permaneça no estado líquido é dependente de parâmetros locais medidos, tal como foi discutido acima. O grau de penetração da composição de vedação na matriz ou passagem é também um fator determinante para decidir durante quanto tempo a mistura deve permanecer no estado líquido e este por sua vez pode ser um fator decisivo na escolha do agente de cura para qualquer aplicação em particular. Idealmente, a cura ou o endurecimento é inicialmente retardado e é seguido após um período de tempo predeterminado, com um endurecimento relativamente rápido da composição de vedação no interior da passagem.

[088] Particularmente, se o componente de argamassa é uma composição baseada em látex, o agente de cura é, desejavelmente, selecionado a partir dos agentes que têm o efeito de baixar o pH do líquido gradualmente ao longo de um período de tempo a um pH que efetua endurecimento ou coagulação do componente de argamassa completo. No caso de uma composição à base de látex, esta está tipicamente um pH de cerca de 3. O pH é reduzido gradualmente, em virtude da geração de ácido no local da mistura combinada de argamassa/agente de cura.

[089] Uma forma de redução do pH ao longo do tempo é pelo uso de um agente oxidante como o agente de cura. O agente oxidante pode ser utilizado para produzir ácidos in situ no componente aquoso de argamassa. Exemplos não limitativos de agente oxidante adequado para uso como agente de cura é o trióxido de crômio e permanganato.

[090] Esta modalidade da presente invenção pode ser ainda descrita com referência aos seguintes exemplos não limitantes:

Exemplo 1: Permanganate de potássio e etanol como agente de cura

[091] Neste exemplo, uma massa igual de solução de permanganato de potássio (40g/L) e etanol (combinação atuando como o agente de cura) foi combinada com água salina moderadamente (sintetizada para ter características de água presente em muitas formações geológicas que necessitam de tratamento para a prevenção de influxo de água). Este líquido obtido foi adicionado a 60% de uma composição de argamassa à base de látex (vendido sob o nome comercial do Requerente NOH2O). Proporção de agente de cura para o componente de argamassa foi modificada para efetuar a variação na taxa de coagulação/endurecimento da composição de vedação. Os resultados são mostrados na Tabela 1.

[092] A combinação de solução de permanganato de potássio e etanol como agente de cura pode ser utilizado para endurecer ou coagular o componente de argamassa por meio da reação com o componente de argamassa e diminuição do pH da dispersão do componente de argamassa. Um sólido macio coagulado resultou a partir da adição deste agente de cura para o componente de argamassa de aproximadamente 30 minutos após a mistura.

Exemplo2:Opermanganatedepotássioeálcoolcomo agente de cura com 60% de composição de argamassa à base de látex

[093] Uma combinação de permanganato de potássio e de álcool foi utilizada para coagular ou endurecer 60% de um componente de argamassa à base de látex (vendido sob o nome comercial NOH2O). Taxa de coagulação foi alterada através da utilização de um álcool diferente para etanol em combinação com a solução de permanganato. Por exemplo, foi postulado que a adição de um álcool com mais do que um grupo hidroxila em vez de etanol (OH) poderia alterar o tempo de atraso de coagulação ou aumento da rigidez da argamassa uma vez endurecido. Para testar isto, vários polióis líquidos diferentes foram combinados com solução de permanganato e, em seguida, adicionados e misturados com 60% de um componente de argamassa à base de látex. Os resultados deste teste são mostrados na Tabela 2. Melhor coagulação total nas proporções testadas foi alcançada utilizando etileno glicol em combinação com uma solução de permanganato.

Exemplo 3: Permanganate de potássio como agente de cura com60%decomponentedeargamassaàbasedelátex

[094] Uma faixa de proporções de uma solução de 40g/L de permanganato como agente de cura, em proporções a partir de 1% em peso a 8% em peso foi adicionada a 60% do componente de argamassa à base de látex (vendido sob o nome comercial de propriedade NOH2O) e progresso do endurecimento/coagulação monitorados por até 10 dias. Os resultados, apresentados na Tabela 3, indicam que, foi necessário entre 4% em peso e 8% em peso da solução de permanganato para produzir um sólido macio em mistura com o 60% do componente de argamassa.

[095] A oxidação dos grupos orgânicos de hidroxila pelo íon permanganato de KMnO4-é catalisada pela presença de qualquer ácido ou base. A dispersão de látex baseada em componente de argamassa utilizada neste exemplo é estabilizada por uma solução de amônia e alcalina destes, a concentração de hidróxido é importante na taxa de oxidação pelo permanganato. Para reduzir a taxa de coagulação, uma pequena quantidade de ácido pode ser adicionada à dispersão do componente de argamassa para reduzir a quantidade de hidróxido livre. Esta também pode ser utilizada para controlar ou variar o atraso da coagulação ou do endurecimento do componente de argamassa combinado e o agente de cura. Atingir atrasos mais longos no endurecimento ou na coagulação pode aumentar a capacidade da composição de vedação para penetrar a passagem ou poros de uma matriz e, em seguida, endurecer seu interior.

Exemplo 4: Variando razão de agente de cura de poliol para componente de argamassa e efeito no tempo de coagulação/endurecimento

[096] Um experimento foi conduzido para testar o efeito da razão de variação de um agente de cura de poliol para componente de argamassa no tempo de endurecimento da mistura combinada de argamassa/agente de cura. Nestes testes, o agente de cura de poliol foi lentamente gotejado sob agitação em uma quantidade de componente de argamassa (vendido sob o nome comercial de NOH2O). Dependendo da quantidade de agente de cura de poliol adicionada, endurecimento completo do componente de argamassa foi efetuado entre 7 e 48 horas. A água é liberada dependendo da quantidade de agente de cura adicional. Quanto maior for o volume de agente de cura adicionado, maior será a quantidade de água liberada. Os resultados destes testes, utilizando diferentes razões de agente de cura para o componente de argamassa são mostrados na Tabela 4.

[097] A mistura do componente de argamassa com volumes variando (razão) do agente de cura de poliol resulta na formação espontânea de um pequeno número de pequenos coágulos ou partículas sólidas dentro da mistura. No momento da mistura inicial, a maior parte da argamassa permanece como um líquido.

Exemplo 5: Penetração de componente de argamassa e agente de cura de poliol combinados em areia de diferentes granulometrias

[098] Testes de penetração foram realizados em tubos, cada um contendo um tipo diferente de areia, caracterizado por distribuições de tamanho de partícula diferentes. O componente de argamassa (vendido sob o nome comercial NOH2O) foi misturado com 4% de agente de cura de poliol e introduzido em tubos contendo areia de diferentes tamanhos de grão. A mistura combinada de argamassa/agente de cura de poliol foi introduzida em cada um dos tubos. Os resultados de penetração na argamassa/agente de cura de poliol combinados em pequenos tubos são mostrados na Tabela 5.

[099] Será visto que apenas as partículas muito finas de areia (<0,4 mm) e areia do mar não foram penetradas completamente. Em todos os outros casos, o espaço de poro entre os grãos de areia foi preenchido com a mistura combinada de argamassa/agente de cura e selado.

[100] Na utilização desta modalidade alternativa da presente invenção na aplicação, por exemplo, na prevenção ou limitação do influxo de água em uma formação geológica, a composição de vedação compreendendo pelo menos um componente de argamassa e o agente de cura pode ser pré- misturados em um tempo antes da composição de vedação ser necessária para uso. Uma vez que o tempo de endurecimento ou coagulação pode ser retardado controladamente por um determinado período de tempo por variação apropriada da razão de componente de argamassa para agente de cura, o componente de argamassa pode ser misturado com uma quantidade apropriada de agente de cura antes do seu transporte para o local que necessita de tratamento pela composição de vedação. O tempo de endurecimento pode ser apropriadamente atrasado para levar em conta o tempo necessário para o transporte para o local, tempo necessário para introduzir a composição de vedação para dentro da passagem ou da matriz e o tempo necessário para a composição de vedação penetrar adequadamente na matriz ou passagem.

[101] Uma vez que o componente de argamassa/agente de cura misturados chega ao local, ele pode ser introduzido na matriz ou passagem através de meios adequados, como por injeção ou bombeamento em buracos de injeção previamente perfurados, substancialmente como descrito acima. Manipulação do atraso no tempo de endurecimento da composição de vedação através da variação da razão de componente de argamassa para agente de cura na altura da mistura permite que a composição de vedação seja introduzida na matriz ou passagem e penetrada suficientemente de modo a efetuar a limitação do influxo de líquido, conforme necessário.

[102] As modificações e variações como seria evidente para o perito especializado consideram-se dentro do escopo da presente invenção.

Claims

1. Método para limitar ou reduzir a permeabilidade de uma matriz (10) para limitar ou reduzir o influxo de líquido ou de gás no interior de uma passagem na matriz (10), o método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: medir e analisar um ou mais parâmetros relativos à referida matriz (10), em que pelo menos um parâmetro é selecionado de parâmetros hidráulicos e/ou pneumáticos incluindo os valores de Lugeon; selecionar um ou mais componentes e uma concentração de um ou mais componentes, de uma composição de vedação de múltiplos componentes com referência aos referidos parâmetros medidos; introduzir os referidos componentes selecionados da referida composição de vedação no interior da referida passagem onde é endurecida ou coagulada para formar uma vedação; em que o tempo de endurecimento ou coagulação da composição de vedação é variada ou controlada pela referida seleção de um ou mais componentes e da concentração de um ou mais componentes da seguinte maneira: estabelecer um conjunto de linha de base dos valores do Lugeon; e quando um valor aparente de Lugeon permanece o mesmo ou aumenta com o tempo, o referido tempo de endurecimento ou coagulação da referida composição de vedação é reduzido; ou quando o referido valor aparente de Lugeon diminui ao longo do tempo, a referida composição de vedação é introduzida na passagem sem que sejam feitas alterações no referido tempo de endurecimento ou coagulação.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os componentes selecionados da composição de vedação são introduzidos na passagem por uma fase de injeção primária e uma fase de injeção secundária subsequente.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a fase de injeção primária introduz composição de vedação para dentro da passagem com o fluxo de líquido ou de gás na passagem.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a fase de injeção secundária introduz composição de vedação para dentro da passagem contra o fluxo do líquido ou gás.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os componentes selecionados da composição de vedação são introduzidos na passagem e reagem entre si in situ na passagem.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que os componentes selecionados da composição de vedação são introduzidos para dentro da passagem através de buracos (20) de injeção diferentes.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERI ZADO pelo fato de que a composição de vedação inclui um componente de látex e pelo menos um aditivo adicional selecionado com referência aos parâmetros medidos.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERI ZADO pelo fato de que o componente de látex é derivado de uma fonte de látex natural.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o pelo menos um aditivo adicional é selecionado com referência a variações medidas no látex natural, as referidas variações medidas sendo causadas pelo menos parcialmente por variações sazonais e compreendendo uma ou mais variações de condutividade, pH, concentração iônica, sais, conteúdo de ácidos graxos ou fosfatos.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os componentes selecionados da composição de vedação são bombeados para dentro da passagem.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a pressão de bombeamento é variada em resposta às alterações nos parâmetros medidos relativamente à referida matriz (10).

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a composição de vedação é introduzida em uma formação de solo, antes de escavação de um eixo ou túnel (14, 201).

13. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERI ZADO pelo fato de que os referidos parâmetros medidos incluem temperatura e um componente de argamassa à base de látex é selecionado se a temperatura da matriz for menor que -5°C ou maior que 100°C.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os parâmetros medidos compreendem ainda a medição e análise de: uma ou mais qualidades de líquido presentes no interior da passagem, mecânica da matriz (10) e propriedades geológicas da matriz (10).

15. Método para limitar ou reduzir a permeabilidade de uma matriz para reduzir ou limitar o fluxo de líquido ou de gás no interior de uma passagem na matriz (10) com uma composição de vedação, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende um componente de argamassa à base de polímero; e um agente de cura de argamassa, em que uma porção do componente de argamassa à base de polímero é misturada com uma porção de agente de cura de argamassa, a razão de componente de argamassa à base de polímero para o agente de cura sendo selecionada com referência a um ou mais parâmetros medidos relativos à referida matriz (10), em que pelo menos um parâmetro é selecionado a partir de parâmetros hidráulicos e/ou pneumáticos, incluindo valores de Lugeon, em que o componente de argamassa à base de polímero combinado e o agente de cura são introduzidos para dentro da referida passagem onde é endurecido ou coagulado para formar uma vedação, em que a taxa de cura ou endurecimento do referido componente de argamassa à base de polímero na referida passagem é controlada ou variada pea seleção do componente de argamassa à base de polímero e agente de cura e modificando a razão de componente de argamassa à base de polímero para o agente de cura em relação ao referido um ou mais parâmetros medidos da seguinte maneira: estabelecer um conjunto de linha de base dos valores do Lugeon; e quando um valor aparente de Lugeon permanece o mesmo ou aumenta com o tempo, o tempo de endurecimento ou coagulação da composição de vedação é reduzido; ou quando o valor aparente de Lugeon diminui ao longo do tempo, a composição de vedação é introduzida na passagem sem que sejam feitas alterações no tempo de endurecimento ou coagulação.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERI ZADO pelo fato de que a coagulação ou o endurecimento é inicialmente retardado por um período de tempo predeterminado.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que o atraso inicial de coagulação ou endurecimento é seguido por uma coagulação ou endurecimento da composição de vedação in situ na matriz (10) ou passagem a ser tratada, a referida coagulação ou endurecimento sendo rápidos em relação ao período de tempo predeterminado inicialmente atrasado.

18. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que o agente de cura é selecionado a partir de agentes capazes de desenvolver ou reagir com o componente de argamassa para endurecer ou coagular o componente de argamassa na passagem.

19. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que o agente de cura é selecionado a partir dos agentes que são capazes de baixar o pH.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que o pH é reduzido através da geração de ácido por meio de uma reação in situ do componente de argamassa combinado e mistura de agente de cura.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que o pH é reduzido por meio de oxidação de um álcool para um ácido carboxílico dentro de uma dispersão aquosa de látex.

22. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que o agente de cura é um agente oxidante.

23. Método, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO pelo fato de que o agente oxidante é selecionado a partir de um ou mais de trióxido de crômio e permanganato.

24. Método para limitar ou reduzir a permeabilidade de uma matriz (10) para reduzir ou limitar o fluxo de líquido ou de gás no interior de uma passagem na matriz (10) com uma composição de vedação, CARACTERIZADOpelo fato de que compreende um componente de argamassa; e agente de cura de argamassa, em que uma porção do componente de argamassa é misturada com uma porção do agente de cura de argamassa, a razão de componente de argamassa para agente de cura sendo selecionada com referência a um ou mais parâmetros medidos relacionados à referida matriz (10), em que pelo menos um parâmetro é selecionado de parâmetros hidráulicos e/ou pneumáticos, incluindo valores de Lugeon, em que o componente de argamassa combinado e o agente de cura são introduzidos na referida passagem, onde é endurecido ou coagulado para formar uma vedação, em que a taxa de cura ou endurecimento do referido componente de argamassa e agente de cura na referida passagem é controlada ou variada pela seleção do componente de argamassa e agente de cura e pela modificação da proporção de componente de argamassa e agente de cura em relação aos referidos um ou mais parâmetros medidos no da seguinte maneira: estabelecer um conjunto de linha de base dos valores do Lugeon; e quando um valor aparente de Lugeon permanece o mesmo ou aumenta com o tempo, o tempo de endurecimento ou coagulação da composição de vedação é reduzido; ou quando o valor aparente de Lugeon diminui ao longo do tempo, a composição de vedação é introduzida na passagem sem que sejam feitas alterações no tempo de endurecimento ou coagulação; e em que o componente de argamassa é à base de látex e o agente de cura é um poliol selecionado do grupo que consiste em um poliol monomérico, um poliol polimérico, um éster de ácido graxo de um poliol e um agente oxidante.

25. Método, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERI ZADO pelo fato de que o poliol é um ou mais de etileno glicol ou glicerol.

26. Método, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERI ZADO pelo fato de que o poliol polimérico é polietileno glicol.

27. Método, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido agente oxidante é selecionado dentre um ou mais de permanganato e trióxido de cromo.

28. Método para limitar ou reduzir a permeabilidade de uma matriz (10) para limitar ou reduzir o influxo de líquido ou de gás no interior de uma passagem na matriz (10) o método, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: medir e analisar um ou mais parâmetros relativos à referida matriz (10), em que pelo menos um parâmetro é selecionado a partir de parâmetros hidráulicos e/ou pneumáticos, incluindo valores de Lugeon; selecionar um ou mais componentes e uma concentração de um ou mais componentes, de uma composição de vedação de múltiplos componentes com referência aos referidos parâmetros medidos; e introduzir os referidos componentes selecionados da dita composição de vedação no interior da referida passagem onde é endurecida ou coagulada para formar uma vedação, em que o tempo de endurecimento ou coagulação da composição de vedação é variado ou controlado pela referida seleção de um ou mais componentes e pela concentração de um ou mais componentes da seguinte maneira: estabelecer um conjunto de linha de base dos valores do Lugeon; e quando um valor aparente de Lugeon permanece o mesmo ou aumenta com o tempo, o tempo de endurecimento ou coagulação da composição de vedação é reduzido; ou quando o valor aparente de Lugeon diminui com o tempo, a composição de vedação é introduzida na passagem sem que sejam feitas alterações no tempo de endurecimento ou coagulação, em que a composição de vedação inclui um componente de látex derivado de uma fonte de látex natural e pelo menos um aditivo adicional selecionado com referência aos referidos parâmetros medidos, e em que o referido pelo menos um outro aditivo é selecionado com referência às variações medidas no látex natural, sendo as referidas variações medidas causadas pelo menos parcialmente por variações sazonais e compreendendo uma ou mais variações na condutividade, pH, concentração iônica, sais, ácido graxo ou fosfato conteúdo, e em que o referido aditivo adicional é selecionado de modo que a coagulação ou a configuração seja inicialmente atrasada por um período predeterminado de tempo.