MX2015000235A - Composiciones y procesos para operaciones de cementacion de fondo de perforacion. - Google Patents
Composiciones y procesos para operaciones de cementacion de fondo de perforacion.Info
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Abstract
La presente invención se refiere a métodos para cementar, por ejemplo, un pozo de petróleo o gas. El método puede involucrar bombear una suspensión de una mezcla de relleno y al menos aproximadamente 5% en peso de una resina de termofraguado basada en el peso total de la resina y la mezcla de relleno. Las ventajas incluyen propiedades superiores y confiabilidad según comparado con operaciones de cementación convencionales que por lo general involucran cemento Portland.
Description
COMPOSICIONES Y PROCESOS PARA OPERACIONES DE
CEMENTACION DE FONDO DE PERFORACION
Campo de la invención
La presente invención pertenece a, por ejemplo, composiciones novedosas y procesos para operaciones de cementación del fondo del pozo.
Antecedentes y breve descripción de la invención
Como parte del proceso de construcción de pozo, un orificio o pozo es normalmente perforado en la tierra y entonces frecuentemente es revestido con una funda o revestimiento. Usualmente secciones de funda o revestimiento son enroscadas juntas o conectadas de otra manera ya que corren hacia el pozo para formar lo que algunas veces es referido como una “cuerda”. Tal funda puede comprender una “tubería” tubular de acero teniendo un diámetro exterior que es más pequeña que el diámetro interior del pozo. Debido a las diferencias en esos diámetros, un área anular ocurre entre el diámetro interior del pozo y el diámetro exterior de la funda. Sin presencia de otra cosa, los fluidos de pozo y fluidos de formación de tierra pueden migrar a lo largo del pozo en esa área anular.
Los pozos normalmente son construidos en etapas. Inicialmente, un orificio es perforado en la tierra a una profundidad a la cual el control de fluido de pozo o de derrumbe de tierra se vuelven problemas potenciales. En ese punto, la perforación es detenida y la funda es
colocada en el pozo. Aunque la funda puede prevenir estructuralmente e| derrumbe, no prevendrá la migración de fluido a lo largo de la longitud del pozo en el anillo. Por esa razón, la funda normalmente es cementada en su lugar. Para lograr esto, una pasta de cemento es bombeada hacia abajo a través de la funda y fuera del fondo de la funda. El fluido de perforación, agua u otro fluido de pozo adecuado es bombeado detrás de la pasta de cemento con el fin de desplazar la pasta de cemento hacia el anillo. Normalmente, los tapones de escobillas perforables son usados para separar el cemento del fluido de pozo por adelantado del volumen de cemento y detrás de él. Se deja que el cemento cure en el anillo, formando por ello una barrera a migración de fluido dentro del anillo. Después de que el cemento se ha curado, el cemento curado restante en el interior de la funda es perforado fuera y el sello de cemento o barrera entre la funda y la formación son probados por presión. Si la prueba de presión es exitosa, entonces se corre una broca a través de la funda cementada y la perforación es comenzada desde el fondo de esa funda. Una nueva longitud de orificio es perforada entonces, enfundada y cementada. Dependiendo de la longitud total del pozo, pueden perforarse y enfundarse varias etapas. En esta manera, un sello hidráulico ayuda con el aislamiento de zona substancial, es decir, la migración de fluidos de formados o gases en el anillo de pozo es inhibida o evitada. De manera similar, la funda puede ser anclada, soportada y protegida contra corrosión. Así, la cementación puede facilitar, por ejemplo, el tratamiento de estimulación para intervalos objetivo, remoción de lodo
efectiva y otros efectos deseables.
Desafortunadamente, los cementos empleados para las operaciones antes mencionadas frecuentemente sufren de una variedad de deficiencias. Por ejemplo, los cementos pueden no tener suficiente fuerza, flexibilidad o dureza para soportar las presiones, corrosión y otras tensiones que pueden encontrarse con frecuencia del fondo del pozo. La falla del cemento puede conducir a consecuencias desastrosas y costosas para el pozo y/o el ambiente circundante. De manera similar, los cementos actualmente disponibles pueden ser incómodos para el proceso. Por ejemplo, compuestos de cromo hexavalentes y otros particulados en el cemento puede requerir que los procedimientos de manejo especial son implementados con el fin de limitar la exposición del trabajador a tales materiales peligrosos. De acuerdo con esto, lo que se necesita son nuevas composiciones de cemento y procesos que resuelvan una o más de estas deficiencias con el cemento convencional usado en operaciones de petróleo y gas del fondo del pozo.
Ventajosamente, la presente invención reduce o elimina una o más de las deficiencias mencionadas con las composiciones y procesos de cementación de téenica anterior. En una modalidad, la invención involucra un novedoso método para cementar un pozo. El método comprende el paso de bombear una suspensión. La suspensión comprende una mezcla de relleno y al menos aproximadamente 5 por ciento en peso de una resina de termofraguado con base en el peso total de resina y mezcla de relleno. La suspensión se cura cuando es sometida a un catalizador. La composición curada comprende una o
más de las siguientes características (a) a (f): (a) una fuerza de tensión de al menos aproximadamente 300, 1000, 1500 psi (2.07, 6.9, 10.35
acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; (b) una fuerza de compresión de al menos aproximadamente 1500, 2000, 3000, 10,000 psi (10.35, 13.8, 20.7, 69 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; (c) una fuerza de flexión de al menos aproximadamente 500, 750, 1000 psi (3.45, 5.175, 6.9 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25C a 50% de humedad; (d) una dureza de fractura de al menos aproximadamente 0.3 MPa de medidor de raíz, preferiblemente 0.6, 08 de acuerdo con ASTM C 1421 ; (e) una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 10%, o al menos aproximadamente 15%, o al menos aproximadamente 20%, o al menos aproximadamente 30%, en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; y (f) una resistencia de fatiga de flexión de manera que la composición curada puede ser sometida a una tensión de 50% de la fuerza de falla final de la composición curada durante al menos 1000 ciclos sin romperse.
En otra modalidad, la invención se refiere a una composición que comprende: (1 ) desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso de la resina de termofraguado con base en el peso total de la composición; (2) desde aproximadamente 15 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso de un relleno microscópico con base en el peso total de la composición; (3) desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70 por ciento en peso de un agregado con base en el peso total de la composición; y (4) una nanoarcilla intercalatable, una nanoarcilla exfoliable, o una mezcla de los mismos.
Todavía en otra modalidad, la presente invención se refiere a un método para cementar una formación subterránea. El método comprende bombear una suspensión comprendiendo (2) desde aproximadamente 15 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de un primer componente seleccionado del grupo que consiste de carbonato de calcio, talco, sílice y mezclas de los mismos; (2) desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de un segundo componente seleccionado del grupo que consiste de roca triturada, grava, arena y mezclas de las mismas; (3) desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de una resina de termofraguado; y (4) un catalizador capaz de provocar que la suspensión se cure. La composición curada es caracterizada por una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 20%, en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM
C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad.
En otra modalidad, la presente invención se refiere a una suspensión comprendiendo (1 ) desde aproximadamente 15 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de un primer componente seleccionado del grupo que consiste de carbonato de calcio, talco, sílice, y mezclas de los mismos, en donde el primer componente tiene una distribución de tamaño de partícula promedio desde aproximadamente 0.5 mieras hasta aproximadamente 100 mieras, con base en la dispersión láser; (3) desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de un segundo componente seleccionado del grupo que consiste de roca triturada, grava, arena y mezclas de las mismas, en donde el segundo componente tiene una distribución de tamaño de partícula promedio desde aproximadamente 50 mieras hasta aproximadamente 600 mieras con base en la dispersión láser; (3) desde aproximadamente 25 hasta aproximadamente 45 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de una resina de termofraguado seleccionada de una resina de poliéster, una resina de áster de vinilo, y mezclas de las mismas; y (4) un catalizador capaz de provocar que la suspensión gelifique y cure y en donde dicho tiempo de gelificado es desde aproximadamente 2 hasta aproximadamente 10
horas. La suspensión no curada tiene una capacidad de bombeado desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 120 unidades Bearden, en donde las unidades Bearden son medidas vía un consistómetro de acuerdo con las especificaciones conocidas en la téenica de cementación. La composición curada es caracterizada por una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 10%, en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad, y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad.
En otra modalidad, la invención se refiere a un método para cementar una formación subterránea comprendiendo el paso de bombear una suspensión. La suspensión comprende (1 ) desde aproximadamente 15 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de un primer componente seleccionado del grupo que consiste de carbonato de calcio, talco, sílice y mezclas de los mismos; (2) desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de un segundo componente seleccionado del grupo que consiste de roca triturada, grava, arena y mezclas de las mismas (3) desde aproximadamente 20 hasta aproximadamente 40 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de una resina de termofraguado; y (4) un catalizador capaz de provocar que la suspensión se cure. La
composición curada es caracterizada por una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 10%, en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad.
Descripción detallada de la invención
Proceso general y composición
La presente invención pertenece en una modalidad a un metodo para cementar un pozo u otra formación subterránea en, por ejemplo, operaciones de petróleo y gas o geotérmicas. El método y composición precisos empleados variará dependiendo de una variedad de factores. Tales factores incluyen, por ejemplo, la naturaleza y tipo de pozo, ubicación (por ejemplo, en tierra o mar), la profundidad, los fluidos siendo empleados y/o producidos, presiones, temperaturas, tiempos de fraguado deseados, equipo disponible, etc.
La presente invención es ampliamente aplicable a virtualmente todos los tipos de operaciones de cementado de suelos subterráneos los cuales incluyen, por ejemplo, operaciones de cementado estratégicamente colocadas, primarias, remediales, tales como exprimido o tapado, tapado y abandono, donde las formaciones pueden ser más débiles, y generalmente cualquier lugar donde el uso de
cemento convencional puede no ser deseable por alguna razón. Ventajosamente, la presente invención puede incluso ser empleadas en ambientes de alto dióxido de carbono, salmuera u otros ambientes corrosivos, donde la resistencia química es requerida contra, por ejemplo, dióxido de carbono, sulfatos, ácidos, bases y/u otros corrosivos. Las fuerzas relativamente altas y bajo módulo pueden hacer a las suspensiones descritas en la presente muy útiles como cemento sobre el tiempo de vida de un pozo. Esto es, el módulo de muchas formulaciones de suspensión descritas en la presente pueden frecuentemente ser menores que 300,00 o incluso menores que 250,000 psi.
En general, los métodos empleados usualmente comprenden un paso de colocar una suspensión en una ubicación deseada al, por ejemplo, bombear la suspensión y entonces permitirle que se cure. La manera particular de bombeo no es crítica, siempre y cuando la suspensión sea capaz de ser bombeada a la ubicación deseada. Tal ubicación deseada puede variar por pozo o aplicación, pero frecuentemente es un área anular que ocurre entre un diámetro interior de un pozo y un diámetro exterior de la funda. Esto puede lograrse en cualquier manera conveniente y usualmente al introducir la suspensión de una superficie de tierra en un extremo superior de funda, de manera que la suspensión fluye a través del fondo de la funda donde sale y entonces fluye hacia arriba de un anillo. Si se desea, el bombeo, es decir, colocación, puede lograrse muy simplemente por flujo de gravedad y/o cualquier flujo por gravedad puede ser ayudado con, por
ejemplo, un dispositivo mecánico, maqumaria, o incluso otro fluido que actúe para colocar directa o indirectamente la suspensión donde se desea. En esta manera, la suspensión puede ser colocada entre la tubería y las paredes de un pozo o cualquier otro lugar deseado. Bombas típicas y otros metodos generalmente usados para aplicaciones de cementación primarias convencionales pueden ser empleadas algunas veces en este paso. Los métodos y operaciones de cementado generales son descritas en, por ejemplo, las patentes estadounidenses nos. 7,748,455; 7,757,765; 7,798,225; y 8, 124,569, las cuales son incorporadas en la presente por referencia al grado de que no sean inconsistentes con la presente especificación.
Las suspensiones adecuadas normalmente comprenden (1 ) una mezcla de relleno y (2) al menos aproximadamente 5 por ciento en peso de una resina de termofraguado con base en el peso total de la resina y mezcla de relleno. Por resina de termofraguado se quiere decir aquellas resinas que son usualmente capaces de experimentar una transformación de fase irreversible después de, por ejemplo, curado. Ventajosamente, la suspensión puede hacerse para curar cuando es sometida a un catalizador y usualmente puede no requerir cantidades substanciales de cemento Portland y similares como un ligante u otra manera. Esto es útil ya que la composición puede carecer de cantidades substanciales de agua y/o compuestos de cromo hexavalentes. En algunas modalidades, la suspensión está substancialmente libre de agua, compuestos de cromo hexavalentes o ambos. Además, a diferencia de las composiciones de cementación
tradicionales, las composiciones empleadas en la presente emiten muy pocos o nada de gases de invernadero como dióxido de carbono durante e) proceso de fraguado.
La composición de curado frecuentemente comprende una o más, dos o más, tres o más, cuatro o más, cinco o más, seis o más, o todas de una variedad de características útiles.
Las características útiles pueden incluir, por ejemplo,
(a) Una fuerza de tensión de al menos aproximadamente 300, o al menos aproximadamente 1000 (6.9), o al menos aproximadamente 1500 psi (10.35 MPa) de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad;
(b) Una fuerza de compresión de al menos aproximadamente 1500 (10.35), o al menos aproximadamente 2000 (13.8), o al menos aproximadamente 3000 (20.7), o al menos aproximadamente 10,000 psi (69 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad;
(c) Una fuerza de flexión de al menos aproximadamente 500 (3.45), o al menos aproximadamente 750 (5.175), o al menos aproximadamente 1000 psi (6.9 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad;
d) Una dureza de fractura de al menos 0.3, o al menos aproximadamente 0.6, o al menos aproximadamente 0.8 MPa de medidor
de raíz de acuerdo con ASTM C1421 ;
e) Una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 10%, o al menos aproximadamente 15%, o al menos aproximadamente 20%, o al menos aproximadamente 30%, en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; y/o
f) Una resistencia de fatiga de flexión de manera que la composición curada puede ser sometida a una tensión de 50% de la fuerza de falla final de la composición curada por al menos 100, o al menos 1500, o al menos 2000 ciclos sin ruptura y/o
g) Una fuerza de tensión de división de al menos aproximadamente 1500, 2500, o 3500 psi de acuerdo con ASTM C496 con un 0.1 in/min (0.254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente 25°C a 50% de humedad.
Mezcla de relleno
El tipo y cantidad de mezcla de relleno empleada en la suspensión bombeable puede variar ampliamente dependiendo de la resina de termofraguado empleada, así como, las características deseadas de la suspensión y composición curada. En general, la mezcla de relleno puede comprender un material orgánico, un material inorgánico, o una
mezcla de los mismos. Los materiales típicos que pueden ser útiles en la mezcla de relleno incluyen, por ejemplo, materiales seleccionados del grupo que consiste de carbonato de calcio, caolín, talco, sílice, roca, grava, arena, minerales, carbono alotrópico, silicatos, metálicos y mezclas de los mismos.
La cantidad de mezcla de relleno en la suspensión varía dependiendo de los demás ingredientes, aplicación deseada y/o desempeño deseado. En general, la cantidad de mezcla de relleno, es decir, resina no de termofraguado, en la suspensión es usualmente al menos aproximadamente 50 o al menos aproximadamente 70, o al menos aproximadamente 95 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión. Por otra parte, la cantidad de mezcla de relleno en la suspensión es usualmente menor que aproximadamente 96, o menor que aproximadamente 90, o menor que aproximadamente 80 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión. De manera similar, el tamaño del o los componentes en la mezcla de relleno puede variar ampliamente y puede ser microscópico, macroscópico o nanoscópico.
En algunos casos, puede ser útil empelar una mezcla de dos componentes diferentes como la mezcla de relleno. Por ejemplo, la mezcla de relleno puede comprender un primer componente seleccionado del grupo que consiste de carbonato de calcio, talco, sílice y mezclas de los mismos y un segundo componente seleccionado del grupo que consiste de roca triturada, grava, arena y mezclas de las mismas. En tales casos, el prime componente puede comprender al menos aproximadamente 10, o al menos aproximadamente 15 por ciento
en peso hasta aproximadamente 35, o hasta aproximadamente 25 por ciento en peso, en donde los porcentajes en peso se basan en el peso total de resina y mezcla de relleno. De manera similar, el segundo componente puede comprender al menos aproximadamente 20, o al menos aproximadamente 30 por ciento en peso hasta primadamente 80, o hasta aproximadamente 70 por ciento en peso, en donde los porcentajes en peso se basan en el peso total de resina y mezcla de relleno.
La distribución de tamaño de partícula del primero o segundo componente usualmente no es crítica siempre y cuando exista una distribución homogenea. Esto es, el primero y/o segundo componente es distribuido en cantidades generalmente uniformes a lo largo de la suspensión. La distribución de tamaño de partícula puede usarse para ayudar a controlar, por ejemplo, las propiedades Teológicas de la suspensión. En particular, si se emplea el primero y segundo componentes anteriores, entonces la distribución de tamaño de partícula del primer componente puede seleccionarse para propiedades deseadas. En este orden de ideas, una distribución de tamaño de partícula para el primer componente de al menos aproximadamente 0.5, o al menos aproximadamente 1 , o al menos aproximadamente 5 mieras hasta aproximadamente 50, o hasta aproximadamente 25, o hasta aproximadamente 10, o incluso 100 mieras con base en la dispersión láser puede frecuentemente probar ser benéfica.
Para algunas aplicaciones que requieren, por ejemplo, control reológico y/o fuerza, la distribución de tamaño de partícula promedio del
segundo componente puede ser mayor que la distribución de tamaño de partícula promedio descrita antes para el primer componente. De esta manera, partículas de tamaño más pequeño o similares del primer componente pueden ajustarse dentro de los espacios intersticiales de las partículas de tamaño generalmente más grandes o similares comprendiendo el segundo componente. Esta estructura empacada más estrechamente puede contribuir a mayor fuerza de la suspensión curada y quizás a capacidad para fluir incrementada de la suspensión no curada. De acuerdo con esto, el segundo componente puede tener algunas veces una distribución de tamaño de partícula promedio de al menos aproximadamente 50, o al menos aproximadamente 75, o al menos aproximadamente 100 mieras hasta aproximadamente 800, o hasta aproximadamente 700 o hasta aproximadamente 600 mieras con base en dispersión láser.
Resina de termofraguado, catalizador y curado
En general, la resina de termofraguado es mezclada con la mezcla de relleno en cualquier manera convencional y en cualquier orden conveniente. El calentamiento usualmente no es necesario pero puede ser útil en algunos casos para aumentar la viscosidad de la resina y aumentar el proceso de mezclado. Así, la temperatura durante el mezclado es usualmente desde aproximadamente 70 hasta aproximadamente 200°F (21.11 -93.33°C). Tal calentamiento, cuando es empleado, usualmente es hecho en cualquier manera conveniente, tal como mediante calentamiento por conducción o convección. En algunos
casos, para facilitar el proceso de mezclado puede ser útil añadir los componentes de la mezcla de relleno a la resina con el fin de aumentar el tamaño de partícula. Esto puede facilitar la humectación y velocidad del proceso de mezclado.
La o las resinas y cantidad variarán dependiendo de los otros ingredientes, las aplicaciones deseadas y las propiedades. En general, cualquier resina que sea capaz de ser bombeada a o colocada en la ubicación deseada y fraguar puede probar se útil. Normalmente, tales resinas pueden ser suspendidas con otros ingredientes como se describe en la presente. Por ejemplo, las resinas de termofraguado típicas pueden ser empleadas y pueden ser seleccionadas del grupo que consiste de una resina epóxica, una resina de poliéster, una resina de éster de vinilo, una resina de poliuretano, una resina con base carboxílica, una resina con base fenólica, una resina con base de furano, una resina termoplástica reticulada, un novolac epóxico, una resina basada en celulosa como rayón, y mezclas de los mismos. En general, las resinas de termofraguado útiles en la presente invención incluyen aquéllas de tiempos de gel que varían desde tan poco como 10 minutos hasta tanto como 10 horas, cuyos tiempos de gelificación pueden ser variados dependiendo de un catalizador o catalizadores particulares, es decir, iniciador o iniciadores, empleados. Esto es ventajoso ya que la suspensión puede ser bombeada, es decir, colocada, apropiadamente antes de que ocurra la gelificación y fraguado. Esto es, si la suspensión va a ser bombeada a una ubicación profunda, entonces la suspensión puede ser formulada y cualquier
catalizador, promotor y/o inhibidor seleccionado de manera que no ocurra gelificación substancial antes de que la suspensión alcance la i
ubicación deseada. Por otra parte, si la suspensión va a ser colocada cerca de la superficie y no se requiere tanto tiempo para que la suspensión se pueda hacer gel y fraguar rápidamente. Normalmente, para muchas operaciones de cementación de petróleo y gas o geotermicas, el tiempo de gelificado (tiempo en el cual la viscosidad si ha incrementado tanto que la viscosidad no puede medirse fácilmente pero la dureza puede medirse) es al menos aproximadamente 1 , o 2, o 3, o 4 horas hasta aproximadamente 20, o 10, u 8, o 6 horas. Por supuesto, estos tiempos también pueden ser ajustados ventajosamente mediante el uso de promotores, inhibidores y ajuste de temperatura.
Ventajosamente, el tiempo de gelificado y/o tiempo de fraguado de una suspensión puede ser controlado de manera precisa para una temperatura dada al ajustar, por ejemplo, el tipo y cantidad de catalizador o catalizadores, inhibidor o inhibidores y/o promotor o promotores. Esto es, el téenico experto con el beneficio de esta descripción puede diseñar la suspensión y catalizar para fluir con un tiempo de fraguado más largo y fuerza mayor con base en, por ejemplo, una temperatura de circulación de fondo de pozo. Ventajosamente, las suspensiones descritas aquí pueden hacerse gel en los tiempos de gelificación descritos antes a temperaturas de fondo de pozo de, desde aproximadamente 50, o 60, 70 o 100 (10, 15.56, 21.11 o 37.78°C) hasta aproximadamente 400, o 350, o 300 grados Fahrenheit (204.44, 176.67 o 148.89°C). Generalmente, pero no necesariamente siempre, las
suspensiones de resina de éster de vinilo pueden ser más efectivas en aplicaciones de temperatura de circulación mayor que, por ejemplo, resinas de poliéster.
Sobre el fraguado, la suspensión gana fuerza mecánica substancial. Si se desea, este fraguado puede ser controlado y hacerse que ocurra dentro de la primera hora o dos después de la adición del catalizador, el cual comúnmente instituye la gelificación. Además, la transición de suspensión líquida a una masa substancialmente sólida puede hacerse que ocurra bastante rápidamente, por ejemplo, dentro desde aproximadamente 5 minutos hasta aproximadamente una hora. Esta rápida transición para ganar una mayoría de fuerza puede ser referida como un fraguado de ángulo recto. Esto es, cuando se gráfica tiempo en el eje X contra viscosidad en el eje y para las suspensiones descritas en la presente, el resultado algunas veces se asemeja o está cercano a un ángulo recto.
Las resinas de termofraguado particularmente preferidas incluyen aquéllas que proporcionan costo apropiado, propiedades mecánicas y procesabilidad para una solicitud dada. En general, las resinas epóxicas por ellas mismas sin una mezcla de relleno y cantidad apropiadas pueden probar ser inadecuadas para muchas aplicaciones. Por otra parte, las resinas de termofraguado de éster de vinilo y poliéster pueden probar ser muy útiles en una variedad de aplicaciones de composición de cementación debido a su bajo costo y con frecuencia baja viscosidad. Esto es, las resinas de éster de vinilo preferidas y las resinas de poliéster preferidas pueden tener una viscosidad de al menos
aproximadamente 100, o al menos aproximadamente 120 hasta aproximadamente 5000, o hasta aproximadamente 500 centipoises como se mide en un viscosímetro Brookfield a 60 rpm/60 segundos a 25°C. Tales resinas pueden ser altamente reticuladas tales como las resinas de poliéster con base tereftálica reticuladas o las resinas de poliéster isoftálicas reticuladas o resinas de poliéster ortoftálicas reticuladas o resinas de poliéster con base cicloalifática reticuladas. Normalmente, otros componentes en estas resinas pueden incluir, por ejemplo, anhídrido maleico y un glicol y un agente reticulante como estireno o un acrílico.
Otra resina particularmente útil puede incluir una resina de poliéster con o sin estireno o un agente reticulante acrílico. Las cantidades usuales que se deberían desear de estireno pueden incluir desde al menos aproximadamente 25%, o al menos aproximadamente 35% hasta aproximadamente 35% hasta aproximadamente 40%, o hasta aproximadamente 50%.
Otras resinas de termofraguado preferidas incluyen, por ejemplo, resinas epóxicas, tales como la línea D.E. R.MR de resinas epóxicas disponibles de Dow Chemical Company. Tales resinas incluyen D. E. R.MR 331 MR (CAS No. 25085-99-8 / (25068-38-6)), cuya información CAS y la hoja de especificación de D. E. R.MR 331 MR son incorporadas por referencia en la presente. Tales resinas epóxicas son frecuentemente productos de reacción líquida de epiclorohidrina y bisfenol A que pueden curarse en condiciones ambiente o temperaturas elevadas con una variedad de agentes de curado, tales como poliaminas alifáticas,
poliamidas, amidoaminas, aminas cicloalifáticas. En algunos casos, curar las resinas de termofraguado tales como éstas y otras a una temperatura elevada puede mejorar la resistencia química, temperatura de transición de vidrio u otras propiedades.
Las referencias tales como Plastics Materials (Materiales plásticos) por J.A. Brydson publicadas por Butterworth-Heinemann (ISBN-10: 0750641320 e ISBN-13: 978-0750641326) e Introduction to Pqlymer Science (Introducción a la ciencia de los polímeros) por V.R. Gowarikar, N.V. Vishwanathan, Jayadev Sreedhar publicadas por New Age International Pvt Ltd Publishers (ISBN-10: 085226304 e ISBN-13: 978-0852263075) pueden ser útiles para seleccionar una clase específica de resinas de termofraguado para una aplicación deseada particular y son incorporadas por referencia en la presente al grado que no son inconsistentes con la presente especificación.
La cantidad de resina de termofraguado emplea varios tipos de resina, otros componentes y la aplicación deseada. En general, la cantidad de resina de termofraguado es al menos aproximadamente 5, o al menos aproximadamente 10 o al menos aproximadamente 13 por ciento en peso con base en el peso total de resina y mezcla de relleno. Por otra parte, generalmente la cantidad de resina de termofraguado es usualmente menor que aproximadamente 35, o menor que aproximadamente 25, o menor que aproximadamente 17 por ciento en peso con base en el peso total de resina y mezcla de relleno. Para algunas aplicaciones que requieren, por ejemplo, mayor fuerza, puede ser útil emplear mayores cantidades de resina de termofraguado. Es
decir, puede ser particularmente útil emplear al menos aproximadamente 2Q, o al menos aproximadamente 25, o al menos aproximadamente 27por ciento en peso con base en el peso total de resina y mezcla de relleno. Por otra parte, en tales aplicaciones la cantidad de resina de termofraguado es usualmente menor que aproximadamente 55, o menor que aproximadamente 45, o menor que aproximadamente 40 por ciento en peso con base en el peso total de resina y mezcla de relleno. Rangos particularmente deseables de resina pueden incluir, por ejemplo, desde aproximadamente 20 hasta aproximadamente 55, o aproximadamente 25 hasta aproximadamente 40 o aproximadamente 27 hasta aproximadamente 37, o aproximadamente 33 hasta aproximadamente 37 por ciento en peso con base en el peso total de resina y mezcla de relleno.
El catalizador seleccionado debería ser seleccionado con base en la resina de termofraguado y características de curado deseadas. Catalizadores adecuados incluyen aquéllos usados normalmente con resinas de termofraguado, tales como calor o tiempo, así como, catalizadores químicos, tales como peróxido, aminas, anhídridos, fenólicos, haluros, óxidos y muchos otros pueden ser útiles para seleccionar una clase específica de resinas de termofraguado para una aplicación deseada particular. Tales catalizadores y uso en resinas de termofraguado son descritos en detalle en referencias tales como Plastics Materials (Materiales plásticos) por J.A. Brydson publicadas por Butterworth-Heinemann (ISBN-10: 0750641320 e ISBN-13: 978- 0750641326) e Introduction to Polymer Science (Introducción a la
ciencia de los polímeros) por V.R. Gowarikar, N.V. Vishwanathan, Jayadev Sreedhar publicadas por New Age International Pvt Ltd Publishers (ISBN-10: 085226304 e ISBN-13: 978-0852263075) pueden ser útiles para seleccionar una clase específica de resinas de termofraguado para una aplicación deseada particular y son incorporadas por referencia en la presente al grado que no son inconsistentes con la presente especificación.
El catalizador puede ser mezclado con la suspensión en cualquier manera conveniente para provocar que el curado deseado comience y puede variar dependiendo de la aplicación. Esto es, el catalizador puede ser mezclado con la suspensión antes de, simultáneamente con, o subsecuente a bombeo de la suspensión. En una modalidad particularmente preferible, el catalizador es mantenido en sitio y mezclado en la suspensión justo antes del bombeo.
Si se desea, un “disparador” de catalizador o acelerador puede ser empleado como es conocido en la téenica. El técnico experto también puede referirse a éstos como un promotor. Pueden ser empleados antes de, simultáneamente con, o subsecuente a cualquiera adición de catalizador en cualquier manera conveniente en esta manera, una vez que la suspensión ha sido bombeada, es decir, colocada, apropiadamente entonces el tiempo de curado puede ser acelerado si se desea. Esto es, el disparador o acelerador puede ser empleado para apresurar los tiempos de curado solamente en ubicaciones deseadas particulares de las aplicaciones de cementación. Esto puede ser benéfico si otros procesos o herramientas necesitan ser empleados en
tal ubicación deseada, pero tal ubicación necesita ser asegurada substancialmente con respecto a funda o similares.
Control de densidad
La densidad de la suspensión debería ser de preferencia adecuada para bombear la suspensión a la ubicación deseada, la cual puede involucrar, por ejemplo, desplazar fluido de pozo. De acuerdo con esto, el control de la densidad de la suspensión puede probar ser útil para algunas aplicaciones. Las densidades típicas de las formulaciones descritas en la presente son usualmente desde aproximadamente 6 lb/gal (0.7188 kg/l) hasta aproximadamente 30 lb/gal (3.594 kg/l). Ventajosamente, la densidad de las suspensiones descritas en la presente puede ser controlada con frecuencia en una variedad de formas. Por ejemplo, las proporciones de varios componentes de densidades variantes pueden ser variadas. De manera alternativa, varios aditivos pueden ser empleados, tales como por ejemplo, perlas hechas de vidrio u otros materiales, espuma de celda cerrada u otras estructuras de celda, microesferas hechas de vidrio, polímeros, silicatos, etc., materiales de mayor densidad que aquella de la suspensión, y/o nitrógeno u otros métodos de espumado tradicionales para reducir la densidad.
Capacidad de bombeo
Como apreciará el téenico experto con el beneficio de esta descripción, la capacidad de bombeo de las suspensiones descritas
puede ser controlada por la selección del tipo y cantidad de componentes empleados. Esto es ventajoso ya que la capacidad de bombeo puede ser seleccionada dependiendo de las características y aplicación deseadas. Por ejemplo, si el bombeo es para una ubicación muy profunda, entonces puede ser deseable una suspensión más bombeable y quizás menos viscosa. En general, la capacidad de bombeo de las suspensiones es al menos aproximadamente 10, o 20, o 30 unidades Bearden hasta cuando mucho aproximadamente 130, o 120, o 110, o 90, o 70 unidades Bearden a temperatura ambiente.
Control de propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas de la composición curada pueden controlarse vía una variedad de mecanismos diferentes que se volverán evidentes para el teenico experto con el beneficio de la presente especificación y con experimentación de rutina. Por ejemplo, la fuerza de tensión y/o fuerza de compresión y/o fuerza de flexión puede ser controlada convenientemente, por ejemplo, con la elección de resina de termofraguado. Esto es, si uno desea modificar la fuerza de tensión yo fuerza de compresión y/o fuerza de flexión entonces uno puede alterar el tipo o cantidad de resina de termofraguado. En general, las resinas epóxicas dan mayor fuerza de tensión, compresión y flexión que las resinas de éster de vinilo, las cuales dan mayores fuerzas de tensión, compresión y flexión que las resinas de poliéster. Así, las fuerzas de tensión, compresión y/o flexión pueden ser modificadas al emplear más o menos de las diversas resinas según sea deseado.
Ventajosamente, la fuerza de flexión también puede ser controlada fácilmente en muchas composiciones vía control del tipo y cantidad de resina o resinas de termofraguado empleadas. Por ejemplo, si es necesario mayor fuerza de flexión para una resina de termofraguado, tal como una resina de poliéster, entonces uno puede incrementar el contenido aromático del esqueleto polimérico. Esto es, uno puede cambiar el anhídrido maleico a, por ejemplo, anhídrido ftálico y/o aumentar la proporción de anhídrido maleico a anhídrido ftálico. Mayor fuerza de flexión puede también ser obtenida al, por ejemplo, usar aditivos que aumentan la unión entre resina de termofraguado y cualquier componente de relleno y/o fibra.
De manera similar, la fuerza de compresión puede ser incrementada mediante una variedad de métodos. Por ejemplo, si uno desea una mayor fuerza de compresión, entonces una resina de mayor módulo tal como una resina epóxica, puede ser empleada. De manera alternativa o adicional, elevar la cantidad de contenido de relleno también puede incrementar la fuerza de compresión en algunos casos.
La temperatura de transición de vidrio, Tg, también puede ser controlada vía el tipo y cantidad de resina de termofraguado. Por ejemplo, para elevar la temperatura de transición de vidrio de una composición dada, uno puede añadir o incrementar la cantidad de resina de éster de vinilo en relación a cualquier resina de poliéster. En esta manera, uno puede ajustar algunas veces la Tg hacia arriba por tanto como 20-40°C.
Ventajosamente, la dureza de fractura y/o resistencia a
propagación de grieta tambien puede ser controlada. Una manera de hacerlo así es mediante la adición o introducción de diluyentes reactivos tajes como gomas (por ejemplo, isopreno, butadieno) sobre el esqueleto de resina de termofraguado. Esto frecuentemente amentará la dureza de fractura y/o resistencia a propagación de grietas de las composiciones curadas. De manera alternativa o adicional, el mezclado de gomas y otros materiales altamente duros en la suspensión puede ayudar en una manera similar.
Aditivos
Otros aditivos pueden ser empleados en varias cantidades según puede ser útil o deseado, siempre y cuando no interfieran substancialmente con las características deseadas para una aplicación dada. Tales aditivos pueden incluir aquéllos que ayudan con propiedades reológicas, densidad, curado, emulsificación, control de pH, dispersión, humectación, resistencia ambiental, resistencia química, dureza, estabilizantes y modificadores para resistencia a la abrasión y similares.
Un aditivo particularmente útil puede ser fibras. La adición de fibra puede usarse para aumentar la fuerza de tensión y flexión de las composiciones. El tipo y cantidad de adición de fibra puede variar dependiendo de los demás componentes y cuánta fuerza de tensión o flexión es deseada. Normalmente, la adición de tales fibras comprendidas por vidrio, carbono, Kevlar, polímeros o minerales inorgánicos como basalto, etc., puede ser útil. Estas fibras adicionadas
pueden tomar cualquier forma, por ejemplo, picada, continua, tejida, etc. Las cantidades típicas de fibras adicionadas pueden ser al menos aproximadamente 0.5, o al menos aproximadamente 4, o al menos aproximadamente 10 hasta aproximadamente 20, o hasta aproximadamente 45 por ciento en peso con base en el peso total de la composición.
Composiciones de nanoarcilla intercalatable o exfoliable
La presente invención también pertenece a novedosas composiciones, las cuales pueden ser útiles para operaciones de cementación del fondo del pozo, así como una gran cantidad de otras aplicaciones, tal como estructuras civiles por arriba y abajo del suelo, estructuras de minería, cubiertas, pavimentos, techos, recintos de servicios públicos, bocas de acceso, estructuras pre-vaciadas por debajo del suelo, etc. La composición es similar a la composición previamente mencionada antes, en donde una mejora comprende adicionar una nanoarcilla intercalatable, una nanoarcilla exfoliable, o una mezcla de las mismas. La nanoarcilla puede ayudar a añadir dureza a la composición, de manera que una composición curada exhibe menos propagación de grieta cuando se somete a tensión. Aunque no se desea ligar a una teoría particular, se cree que cuando la nanoarcilla es intercalada vía ultrasonido u otro medio, entonces la trayectoria de cualquier grieta se vuelve más tortuosa, de manera que es menos lineal.
Las composiciones típicas conteniendo nanoarcilla pueden comprender una resina de termofraguado, un relleno microscópico, un
agregado, y una nanoarcilla intercaladle y/o exfoliable. Las cantidades de cada una pueden variar dependiendo de la aplicación. En general, las composiciones útiles pueden comprender:
(1 ) desde aproximadamente 10 o desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 17 o hasta aproximadamente 25 por ciento en peso de una resina de termofraguado con base en el peso total de la composición;
(2) desde aproximadamente 15 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso de un relleno microscópico con base en el peso total de la composición;
(3) desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70 por ciento en peso de un agregado con base en el peso total de la composición; y
(4) una nanoarcilla intercalatable, una nanoarcilla exfoliable, o una mezcla de las mismas.
La cantidad y tipo de nanoarcilla empleada, por supuesto, depende de los demás componentes y características deseadas. Sin embargo, en algunos casos, la nanoarcilla puede comprender desde aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 2 por ciento en peso con base en el peso total de la composición. Las nanoarcillas adecuadas incluyen, por ejemplo, montmorillonita, bentonita, varios silicatos, cuarzos y otros compuestos minerales. Como se describe antes, un catalizador es empleado usualmente para comenzar el proceso de curado. Esos catalizadores descritos antes pueden ser empleados siempre y cuando no interfieran significativamente con la intercalación
y/o degraden substancialmente la nanoarcilla.
A menos que se defina o use específicamente de otra manera,
¡
todos los términos téenicos o científicos usados en la presente tienen el mismo significado como es entendido comúnmente por alguien de habilidad ordinaria en la técnica a la cual pertenece esta invención. Aunque cualquier método y material similar o equivalente a aquéllos descritos en la presente pueden ser usados en la práctica o prueba de la presente invención, los métodos y materiales preferidos son mejor ilustrados mediante el uso de los siguientes ejemplos no limitantes, los cuales son ofrecidos a manera de ilustración y no a manera de limitación.
Ejemplos
Los siguientes ejemplos son presentados para ilustrar y explicar adicionalmente la materia en cuestión reclamada y no deberían ser tomados como limitantes en aspecto alguno. Todos los porcentajes en peso se basan en la composición total a menos que se declare de otra manera y todo el mezclado es conducido a temperaturas ambiente a menos que se declare de otra manera.
Ejemplo 1
41 % en peso de una resina de poliéster insaturada es mezclado con 41 % en peso de carbonato de calcio con una distribución de tamaño de partícula que varía desde 5 hasta 20 mieras y 18 por ciento en peso de fibra de vidrio picada. La mezcla es agitada hasta que parece ser
una suspensión substancialmente homogénea. La suspensión puede ser mezclada entonces con un agente de curado tal como peróxido de bénzoilo o peróxido de metil etil cetona y bombeada o colocada en una ubicación deseada, tal como un anillo de un pozo.
Dependiendo de la química y distribución de tamaño de partícula, las composiciones curadas pueden producir el siguiente rango de propiedades usando los métodos de prueba descritos antes:
Densidad de 1.3 a 1.7 gm/cc; fuerza de tensión de 1000-5000 psi (6.9-34.5 MPa); fuerza de flexión de 5000-10000 psi (34.5-69 MPa); fuerza de compresión en el rango de 7000-20000 psi (48.3-138 MPa); una dureza de fractura de 0.2 a 1.3 MPa de medidor de raíz; y una temperatura de transición de vidrio de 60 a 150°C.
Ejemplo 2
En una manera similar como el Ejemplo 1 , 15% en peso de una resina de poliéster insaturada es mezclada con 30% de arena (#12 y #20), 35% de grava #5, y 20% de CaC03 para formar una suspensión substancialmente homogénea. La suspensión puede mezclarse entonces con un agente de curado, tal como peróxido de bénzoilo o peróxido de metil etil cetona y bombeado o colocado en una ubicación deseada, tal como un anillo de un pozo.
Dependiendo de la química de resina y distribución de tamaño de partícula, las composiciones curadas pueden producir el siguiente rango de propiedades usando los métodos de prueba de ASTM descritos antes:
Fuerza de tensión de 1000-1400 psi (6.9-9.66 MPa); fuerza de
compresión de 8000-22000 psi (55.2-151.8 MPa); fuerza de flexión de 2000-8000 psi (13.8-55.2 MPa); densidad de 2.2-2.5 gm/cc; temperatura de transición de vidrio de aproximadamente 60-150°C; y una dureza de fractura de 0.3 a 0.6 MPa de medidor de raíz.
Ejemplo 3
El ejemplo 1 es repetido excepto que 10-30% en peso de perlas de o microesferas de vidrio son substituidas por una porción igual de la resina y relleno.
Dependiendo de la química de resina y distribución de tamaño de partícula, las composiciones curadas pueden producir el siguiente rango de propiedades usando los metodos de prueba de ASTM descritos antes;
La fuerza de tensión de 1000-3000 psi (6.9-20.7 MPa); fuerza de compresión de 6000-20000 psi (41.4-138 MPa); fuerza de flexión de 2000-8000 psi (13.8-55.2 MPa); densidad de 0.7-1.3 gm/cc; temperatura de transición de vidrio de aproximadamente 60-150°C; y una dureza de fractura de 0.3 a 0.6 MPa de medidor de raíz.
Ejemplo 4
El ejemplo 2 es repetido excepto que aproximadamente 2% en peso de fibra picada (vidrio, carbono, basalto, etc) son substituidos por una porción igual de la resina y relleno.
Dependiendo de la química de resina y distribución de tamaño de partícula, las composiciones curadas pueden producir el siguiente rango de propiedades usando los métodos de prueba de ASTM descritos antes;
Fuerza de tensión de 1000-3000 psi (6.9-20.7 MPa); fuerza de compresión de 8000-22000 psi (55.2-151.8 MPa); fuerza de flexión de
2500-9500 psi (17.25-65.55 MPa); densidad de 0.7-1.3 gm/cc; temperatura de transición de vidrio de aproximadamente 60-150°C; y una dureza de fractura de 0.3 a 0.6 MPa de medidor de raíz.
Ejemplo 5
El Ejemplo 2 es repetido excepto que 30% en peso de resina epóxica y 15% en peso de arena son empleados en lugar del poliester y grava y el mezclado es conducido a 150-200°F (65.56-93.33°C).
Dependiendo de la química de resina y distribución de tamaño de partícula, las composiciones de curado pueden producir el siguiente rango de propiedades usando los métodos de prueba de ASTM descritos antes:
Fuerza de tensión de 3000-6000 psi (20.7-41.4 MPa); fuerza de compresión de 5000-25000 psi (34.5-172.5 MPa), fuerza de flexión de 3000-11000 psi (20.7-75.9 MPa); densidad de 0.7-1.3 gm/cc; temperatura de transición de vidrio de aproximadamente 100-400°C; y una dureza de fractura de 0.6 a 1.5 MPa de medidor de raíz.
Ejemplo 6
El ejemplo 2 es repetido excepto que se emplea arena adicional en lugar de grava.
Dependiendo de la química de resina y distribución de tamaño de partícula, las composiciones curadas pueden producir el siguiente rango
de propiedades usando los metodos de prueba de ASTM descritos antes:
Fuerza de tensión de 1000-1400 psi; fuerza de compresión de 8000-22000 psi (55.2-151.8 MPa); fuerza de flexión de 2000-8000 psi (13.8-55.2 MPa); densidad de 2.2-2.5 gm/cc, temperatura de transición de vidrio de aproximadamente 60-150°C; y una dureza de fractura de 0.3 a 0.6 MPa de medidor de raíz.
Ejemplo 7
El ejemplo 2 es repetido excepto que la resina de éster de vinilo es empleado en lugar de resina de poliéster.
Dependiendo de la química de resina y distribución de tamaño de partícula, las composiciones curadas pueden producir el siguiente rango de propiedades usando los métodos de prueba de ASTM descritos antes:
La fuerza de tensión de 1000-2500 psi (6.9-17.25 MPa); fuerza de compresión de 8000-22000 psi (55.2-151.8 MPa); fuerza de flexión de 3000-8000 psi (20.7-55.2 MPa); densidad de 2.2-2.5 gm/cc; temperatura de transición de vidrio de aproximadamente 80-125°C; y una dureza de fractura de 0.2 a 1.2 MPa de medidor de raíz.
Ejemplo 8
45% en peso de una resina de poliéster insaturada es mezclada con 20% en peso de relleno microscópico, menor que 5% en peso de microburbujas (disponible de, por ejemplo, 3M) y menor que aproximadamente 10 por ciento en peso de un agente de carga convencional, tal como hematita y aproximadamente 20% en peso de
agregado. La mezcla es agitada hasta que parece ser una suspensión substancialmente homogenea. La suspensión puede ser mezclada
I
entonces con un agente de curado, tal como peróxido de benzoilo o peróxido de metil etil cetona y bombeado o colocado en una ubicación deseada, tal como un anillo de un pozo.
Dependiendo de la química de resina y distribución de tamaño de partícula, las composiciones curadas pueden producir el siguiente rango de una o más propiedades usando los métodos de prueba de ASTM descritos antes:
(a) una fuerza de tensión de división de al menos aproximadamente 1500, 2500 o 3500 psi (10.35, 17.25 o 24.15 MPa) de acuerdo con ASTM C496 con un 0.1 in/min (0.254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; (b) una fuerza de compresión de al menos aproximadamente 8000, 15000, o 18000 psi (55.2, 103.5 o 124.2 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; (c) una fuerza de flexión de al menos aproximadamente 2000, 4000 o 6000 psi (13.8, 27.6 o 41.4 MPa) de acuerdo con ASTM D790 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; (d) una dureza de fractura de al menos aproximadamente 0.3 MPa de medidor de raíz, preferiblemente 0.6, 08 de acuerdo con ASTM C1421 ; (e) una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 10%, o al menos aproximadamente 15%, o al menos aproximadamente 20%, o al menos aproximadamente 30%,
en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C496 con un 0.1 in/min (0.254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura
I
ambiente de 25°C a 50% de humedad y al fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; y (f) una resistencia de fatiga de flexión de manera que la composición curada puede ser sometida a una tensión de 50% de la fuerza de falla final de la composición curada durante al menos 1000 ciclos sin ruptura.
Ejemplo 9
13% en peso de resina de poliéster insaturada es mezclada con 87% en peso de rellenos minerales microscópicos, agregados gruesos. La mezcla es agitada hasta que parece ser una suspensión substancialmente homogénea. La suspensión puede ser mezclada entonces con un agente de curado, tal como periodo de benzoilo o peróxido de metil etil cetona y bombeado o colocado en una ubicación deseada, tal como un anillo de un pozo.
Dependiendo de la química de resina y distribución de tamaño de partícula, las composiciones curadas pueden producir el siguiente rango de una o más propiedades usando los métodos de prueba de ASTM descritos antes: una densidad de 22 ppg; una fuerza de tensión de al menos aproximadamente 500, 1000 o 1500 (3.45, 6.9 o 10.35 MPa); una fuerza de compresión de al menos aproximadamente 12000, 20000, o 25000 (82.8, 138, 172.5 MPa); una fuerza de flexión de al menos
aproximadamente 1500, 2000, o 3000 (10.35, 13.8 o 20.7 MPa); una dpreza de fractura de al menos aproximadamente 0.2; una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 8%, o al menos aproximadamente 12%, o al menos aproximadamente 14%; una resistencia de fatiga de flexión de manera que la composición curada puede ser sometida a una tensión de 50% de la fuerza de falla final de la composición curada durante al menos 1000 ciclos sin ruptura.
Las formulaciones antes descritas pueden ser empleadas en aplicaciones de cementación en, por ejemplo, operaciones de petróleo y gas o geotérmicas. Tales formulaciones pueden ser empleadas en lugar de o además de formulaciones de cemento convencionales, tal como cemento Portland. Al hacerlo así, puede resultar una variedad de ventajas. Tales ventajas pueden incluir tiempos de fraguado deseables y/o controlables, tales como fraguado de ángulo recto, así como, compatibilidad con una amplia variedad de otros materiales. Tal compatibilidad puede incluir equipo y químicos tradicionalmente usados en la superficie y por debajo del suelo en campos petroleros y aplicaciones geotérmicas. Esta compatibilidad podría incluir la compatibilidad con fundas (superficie, intermedia y producción), fluidos incluyendo fluidos corrosivos, tuberías flexibles, tuberías de perforación, lodos, cuerdas de perforación y similares. De manera adicional, las formulaciones tienden a ser de no encogimiento o tener encogimiento limitado, son relativamente impermeables a dióxido de carbono y otros gases, y exhiben suficiente unión a materiales usados con frecuencia para vaciado y ventajosamente se cree que mucho del equipo empleado
para cementado convencional puede usarse con las presentes formulaciones de suspensión. Por ejemplo, las suspensiones con frecuencia pueden permanecer substancialmente homogéneas cuando se someten a fuerzas de flujo anular presurizadas convencionales o mayores que las convencionales empleadas en operaciones de cementado. La homogeneidad de las suspensiones provistas en la presente puede ser observada ya que pueden permanecer homogéneas a temperatura ambiente durante 1 , 2 o incluso 3 o más semanas. Así, las formulaciones pueden ser muy útiles para obtener el aislamiento de zona deseado y limitar la migración de fluidos o gases de formación en el anillo de pozo.
La materia en cuestión reclamada no va a ser limitada en el alcance por las modalidades específicas descritas en la presente. En realidad, varias modificaciones de la invención además de aquéllas descritas en la presente, se volverán evidentes para aquéllos expertos en la téenica a partir de la siguiente descripción. Tales modificaciones pretenden caer dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.
Todas las referencias citadas en la presente son incorporadas en la presente por referencia en su totalidad al grado de que no sean inconsistentes y para todos los fines al mismo grado como si cada publicación, patente o solicitud de patente individual fuera indicada específica e individualmente para ser incorporada por referencia en su totalidad para todos los fines.
La cita de cualquier publicación es para su descripción antes de la fecha de presentación y no debería ser interpretada como una admisión
de que la presente invención no tiene derecho a preceder tal publicación en virtud de la invención anterior.
Modalidades representativas
Entre las modalidades previstas como que están dentro del alcance de la invención se encuentran las siguientes:
1. Una suspensión que comprende:
(1 ) desde aproximadamente 15 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de un primer componente seleccionado del grupo que consiste de carbonato de calcio, talco, sílice y mezclas de los mismos, en donde el primer componente tiene una distribución de tamaño de partícula promedio desde aproximadamente 0.5 o al menos aproximadamente 1 , o al menos aproximadamente 5 mieras hasta aproximadamente 100, o hasta aproximadamente 50, o hasta aproximadamente 25, o hasta aproximadamente 10 mieras con base en la dispersión láser;
(2) desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de un segundo componente seleccionado del grupo que consiste de roca triturada, grava, arena y mezclas de las mismas, en donde el segundo componente tiene una distribución de tamaño de partícula promedio de al menos aproximadamente 50, o al menos aproximadamente 75, o al menos aproximadamente 100 mieras hasta aproximadamente 800, o hasta aproximadamente 700, o hasta aproximadamente 600 con base en dispersión láser;
(3) desde aproximadamente 25, o al menos aproximadamente 27 hasta aproximadamente 45, o menos de aproximadamente 40 por ciento i
en peso con base en el peso total de la suspensión de una resina de termofraguado seleccionada de una resina de poliéster, una resina de éster de vinilo, y mezclas de las mismas; y
(4) un catalizador capaz de provocar que la suspensión gelifique y cure y en donde dicho tiempo de gelificación es desde aproximadamente 2, o 3, o 4 horas hasta aproximadamente 20, o 10, u 8 o 6 horas;
En donde la suspensión no curada tiene una capacidad de bombeo desde aproximadamente 10, o 20, o 30 unidades Bearden a cuando mucho aproximadamente 130, o 120, o 110, o 90 o 70 unidades Bearden y en donde la composición curada es caracterizada por una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 10%, o al menos aproximadamente 15%, o al menos aproximadamente 20%, o al menos aproximadamente 30%, en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con una 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad.
2. La suspensión de la modalidad 1 , en donde la resina tiene una viscosidad desde aproximadamente 100 hasta aproximadamente 5000 centipoises como se mide en un viscosímetro Brookfield a 60 rpm/60 segundos a 25°C.
3. La suspensión de la modalidad 1 , en donde el catalizador es
seleccionado del grupo que consiste de peróxidos, aminas, anhídridos, fenólicos, haluros, óxidos y mezclas de los mismos.
I
4. La suspensión de la modalidad 1 , en donde la composición curada comprende tres o más, cuatro o más, cinco o más y las seis de las siguientes características:
(a) una fuerza de tensión de al menos aproximadamente 300 psi (2.07 MPa) de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad;
(b) una fuerza de compresión de al menos aproximadamente 1500 psi (10.35 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de una velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad;
(c) una fuerza de flexión de al menos aproximadamente 500 psi (3.45 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad;
(d) una dureza de fractura de al menos aproximadamente 0.3 MPa de medidor de raíz de acuerdo con ASTM C 1421 ;
(e) una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 10% en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a
temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; y
(f) una resistencia a fatiga de flexión de manera que la i
composición curada puede ser sometida a una tensión de 50% de la fuerza de falla final de la composición curada durante al menos 1000 ciclos sin ruptura.
5. Un método para cementar una formación subterránea comprendiendo el paso de bombear una suspensión que comprende;
(1 ) desde aproximadamente 15 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de un primer componente seleccionado del grupo que consiste de carbonato de calcio, talco, sílice y mezclas de los mismos;
(2) desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de un segundo componente seleccionado del grupo que consiste de roca triturada, grava, arena y mezclas de las mismas;
(3) desde aproximadamente 20 hasta aproximadamente 40 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de una resina de termofraguado; y
(4) un catalizador capaz de provocar que la suspensión se cure; en donde la composición curada es caracterizada por una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 10%, en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM
873 con un 0.01 in/m¡n (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad.
6. El metodo de la modalidad 5, en donde la resina de termofraguado es seleccionada del grupo que consiste de una resina epóxica, una resina de poliéster, una resina de éster de vinilo, una resina de poliuretano, una resina de base carboxílica, una resina de base fenólica, una resina termoplástica reticulada, un novolac epóxico, una resina basada en celulosa y mezclas de los mismos.
7. El método de la modalidad, en donde la resina de termofraguado es seleccionada del grupo que consiste de una resina de poliéster, una resina de éster de vinilo y mezclas de las mismas.
8. El método de la modalidad 5, en donde el primer componente tiene una distribución de tamaño de partícula desde aproximadamente 0.5 mieras hasta aproximadamente 100 mieras con base en la dispersión láser.
9. Un método para cementar una formación subterránea comprendiendo el paso de bombear una suspensión que comprende:
(1 ) desde aproximadamente 15 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de un primer componente seleccionado del grupo que consiste de carbonato de calcio, talco, sílice y mezclas de los mismos;
(2) desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de un segundo componente seleccionado del grupo que consiste de roca triturada, grava, arena y mezclas de las mismas;
(3) desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de una resina
¡
de termofraguado; y
(4) un catalizador capaz de provocar que la suspensión se cure; en donde la composición curada es caracterizada por una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 10%, en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad.
10. El método de la modalidad 9, en donde la resina de termofraguada es seleccionada del grupo que consiste de una resina epóxica, na resina de poliéster, una resina de éster de vinilo, una resina de poliuretano, una resina con base carboxílica, una resina con base fenólica, una resina termoplástica reticulada, un novolac epóxico, una resina basada en celulosa, y mezclas de los mismos.
11. El método de la modalidad 9, en donde la resina de termofraguado es seleccionada del grupo que consiste de una resina de poliéster, una resina de éster de vinilo y mezclas de las mismas.
12. El método de la modalidad 9, en donde el primer componente tiene una distribución de tamaño de partícula desde aproximadamente 0.5 mieras hasta aproximadamente 100 mieras con base en la dispersión láser.
13. Un metodo para cementar un pozo que comprende: bombear una suspensión comprendiendo:
(1 ) una mezcla de relleno;
(2) al menos aproximadamente 5 por ciento en peso de una resina de termofraguado con base en el peso total de resina y mezcla de relleno; y
mezclar un catalizador con la suspensión en donde la suspensión se cura cuando dicho catalizador es mezclado con la suspensión y en donde la composición curada comprende una o más de las siguientes características:
(a) una fuerza de tensión de al menos aproximadamente 300 psi (20.7 MPa) de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 5% de humedad;
(b) una fuerza de compresión de al menos aproximadamente 1500 psi (10.35 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad;
(c) una fuerza de flexión de al menos aproximadamente 500 psi (3.45 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad;
(d) una dureza de fractura de al menos aproximadamente 0.3 MPa de medidor de raíz de acuerdo con ASTM C1421 ;
(e) una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de
al menos aproximadamente 10% en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente a 50% de humedad; y
(f) una resistencia a fatiga de flexión de manera que la composición curada pueda ser sometida a una tensión de 50% de la fuerza de falla final de la composición curada durante al menos 100 ciclos sin ruptura.
14. El método de la modalidad 13, en donde la resina de termofraguado es seleccionada del grupo que consiste de una resina epóxica, una resina de poliéster, una resina de éster de vinilo, una resina de poliuretano, una resina con base carboxílica, una resina con base fenólica, una resina termoplástica reticulada, un novolac epóxico, una resina basada en celulosa y mezclas de los mismos.
15. El método de la modalidad 13, en donde la resina de termofraguado es seleccionada del grupo que consiste de una resina de poliéster, una resina de éster de vinilo, y mezclas de las mismas.
16. El método de la modalidad 13, en donde la mezcla de relleno es seleccionada del grupo que consiste de carbonato de calcio, caolín, talco, sílice, roca, grava, arena, minerales, carbono alotrópico, silicatos, metálicos y mezclas de los mismos.
17. El método de la modalidad 13, en donde la mezcla de relleno comprende un primer componente seleccionado del grupo que
consiste de carbonato de calcio, talco, sílice y mezclas de los mismos y un segundo componente seleccionado del grupo que consiste de roca triturada, grava, arena y mezclas de las mismas.
18. El método de la modalidad 13, en donde el primer componente comprende desde aproximadamente 15 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso con base en el peso total de resina y mezcla de relleno.
19. El método de la modalidad 13, en donde el segundo componente comprende desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70 por ciento en peso con base en el peso total de resina y mezcla de relleno.
20. El método de la modalidad 13, en donde el primer componente tiene una distribución de tamaño de partícula desde aproximadamente 0.5 mieras hasta aproximadamente 100 mieras con base en dispersión láser.
21. El método de la modalidad 13, en donde el catalizador es mezclado con la suspensión antes de, simultáneamente con, o subsecuente a bombeo.
22. El método de la modalidad 13, en donde el catalizador es mezclado con la suspensión antes del bombeo.
23. El método de la modalidad 13, en donde la composición curada comprende tres o más o más de las siguientes características:
(a) una fuerza de tensión de al menos aproximadamente 300 psi (2.07 MPa) de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente 25C a 50% de
humedad;
(b) una fuerza de compresión de al menos aproximadamente 1500 psi de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad;
(c) una fuerza de flexión de al menos aproximadamente 500 psi (3.45 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad;
(d) una dureza de fractura de al menos aproximadamente 0.3 MPa de medidor de raíz de acuerdo con ASTM C1421 ;
(e) una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 10%, en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; y
(f) una resistencia a fatiga de flexión, de manera que la composición curada puede ser sometida a una tensión de 50% de la fuerza de falla final de la composición curada durante al menos 1000 ciclos sin ruptura.
24. El metodo de la modalidad 13, en donde la composición curada comprende cuatro o más o más de las siguientes características:
(a) una fuerza de tensión de al menos aproximadamente 300 psi
(2.07 MPa) de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cr /min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente 25C a 50% de humedad;
(b) una fuerza de compresión de al menos aproximadamente 1500 psi (10.35 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad;
(c) una fuerza de flexión de al menos aproximadamente 500 psi (3.45 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad;
(d) una dureza de fractura de al menos aproximadamente 0.3 Mpa de medidor de raíz de acuerdo con ASTM C1421 ;
(e) una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 10%, en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; y
(f) una resistencia a fatiga de flexión, de manera que la composición curada puede ser sometida a una tensión de 50% de la fuerza de falla final de la composición curada durante al menos 1000 ciclos sin ruptura.
25. El metodo de la modalidad 13, en donde la composición
curada comprende cinco o más o más de las siguientes características:
(a) una fuerza de tensión de al menos aproximadamente 300 psi i
(2.07 MPa) de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente 25C a 50% de humedad;
(b) una fuerza de compresión de al menos aproximadamente 1500 psi (10.35 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad;
(c) una fuerza de flexión de al menos aproximadamente 500 psi (3.45 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad;
(d) una dureza de fractura de al menos aproximadamente 0.3 MPa de medidor de raíz de acuerdo con ASTM C1421 ;
(e) una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 10%, en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; y
(f) una resistencia a fatiga de flexión, de manera que la composición curada puede ser sometida a una tensión de 50% de la fuerza de falla final de la composición curada durante al menos 1000
ciclos sin ruptura.
26. El metodo de la modalidad 13, que comprende el paso de perforar el poso y correr una funda, en donde el paso de cementación aplica a cementar la funda.
27. El método de la modalidad 13, en donde la suspensión comprende substancialmente nada de compuestos de cromo hexavalentes.
28. El método de la modalidad 13, en donde la suspensión comprende substancialmente nada de agua.
29. Una composición que comprende:
(1 ) desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso de una resina de termofraguado con base en el peso total de la composición;
(2) desde aproximadamente 15 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso de un relleno microscópico con base en el peso total de la composición;
(3) desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70 por ciento en peso de un agregado con base en el peso total de la composición; y
(4) una nanoarcilla intercalatable, una nanoarcilla exfoliable, o una mezcla de las mismas.
30. La composición de la modalidad 2, en donde la nanoarcilla comprende desde aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 2 por ciento en peso con base en el peso total de la composición.
31. La composición de la modalidad 29, en donde la nanoarcilla
es seleccionada del grupo que consiste de montmorillonita, bentonita, varios silicatos, cuarzos y otros compuestos minerales
i 32. La composición de la modalidad 29, la cual comprende además un catalizador.
Claims (32)
1. Una suspensión que comprende: (1 ) desde aproximadamente 15 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de un primer componente seleccionado del grupo que consiste de carbonato de calcio, talco, sílice y mezclas de los mismos, en donde el primer componente tiene una distribución de tamaño de partícula promedio desde aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 100 mieras con base en la dispersión láser; (2) desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de un segundo componente seleccionado del grupo que consiste de roca triturada, grava, arena y mezclas de las mismas, en donde el segundo componente tiene una distribución de tamaño de partícula promedio de aproximadamente 50 mieras hasta aproximadamente 600 con base en dispersión láser; (3) desde aproximadamente 25 hasta aproximadamente 45 con base en el peso total de la suspensión de una resina de termofraguado seleccionada de una resina de poliester, una resina de éster de vinilo, y mezclas de las mismas; y (4) un catalizador capaz de provocar que la suspensión gelifique y cure y en donde dicho tiempo de gelificación es desde aproximadamente 2 hasta aproximadamente 10 horas; en donde la suspensión no curada tiene una capacidad de bombeo desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 120 unidades Bearden y en donde la composición curada es caracterizada por una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 10%, en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con una 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad.
2. La suspensión de la reivindicación 1 , en donde la resina tiene una viscosidad desde aproximadamente 100 hasta aproximadamente 5000 centipoises como se mide en un viscosímetro Brookfield a 60 rpm/60 segundos a 25°C.
3. La suspensión de la reivindicación 1 , en donde el catalizador es seleccionado del grupo que consiste de peróxidos, aminas, anhídridos, fenólicos, haluros, óxidos y mezclas de los mismos.
4. La suspensión de la reivindicación 1 , en donde la composición curada comprende tres o más, o más de las siguientes características: (a) una fuerza de tensión de al menos aproximadamente 300 psi (2.07 MPa) de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; (b) una fuerza de compresión de al menos aproximadamente 1500 psi (10.35 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de una velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50(% de humedad; (c) una fuerza de flexión de al menos aproximadamente 500 psi (3.45 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; (d) una dureza de fractura de al menos aproximadamente 0.3 MPa de medidor de raíz de acuerdo con ASTM C1421 ; (e) una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 10% en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; y (f) una resistencia a fatiga de flexión de manera que la composición curada puede ser sometida a una tensión de 50% de la fuerza de falla final de la composición curada durante al menos 1000 ciclos sin ruptura.
5. Un método para cementar una formación subterránea comprendiendo el paso de bombear una suspensión que comprende; (1 ) desde aproximadamente 15 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de un primer componente seleccionado del grupo que consiste de carbonato de calcio, talco, sílice y mezclas de los mismos; (2) desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de un i segundo componente seleccionado del grupo que consiste de roca triturada, grava, arena y mezclas de las mismas; (3) desde aproximadamente 20 hasta aproximadamente 40 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de una resina de termofraguado; y (4) un catalizador capaz de provocar que la suspensión se cure; en donde la composición curada es caracterizada por una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 10%, en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad.
6. El metodo de la reivindicación 5, en donde la resina de termofraguado es seleccionada del grupo que consiste de una resina epóxica, una resina de poliéster, una resina de éster de vinilo, una resina de poliuretano, una resina de base carboxílica, una resina de base fenólica, una resina termoplástica reticulada, un novolac epóxico, una resina basada en celulosa y mezclas de los mismos.
7. El método de la reivindicación 5, en donde la resina de termofraguado es seleccionada del grupo que consiste de una resina de poliéster, una resina de éster de vinilo y mezclas de las mismas.
8. El método de la reivindicación 5, en donde el primer componente tiene una distribución de tamaño de partícula desde aproximadamente 0.5 mieras hasta aproximadamente 100 mieras con base en la dispersión láser.
9. Un método para cementar una formación subterránea comprendiendo el paso de bombear una suspensión que comprende: (1 ) desde aproximadamente 15 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de un primer componente seleccionado del grupo que consiste de carbonato de calcio, talco, sílice y mezclas de los mismos; (2) desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de un segundo componente seleccionado del grupo que consiste de roca triturada, grava, arena y mezclas de las mismas; (3) desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso con base en el peso total de la suspensión de una resina de termofraguado; y (4) un catalizador capaz de provocar que la suspensión se cure; en donde la composición curada es caracterizada por una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 10%, en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad.
10. El metodo de la reivindicación 9, en donde la resina de termofraguada es seleccionada del grupo que consiste de una resina epóxica, na resina de poliéster, una resina de éster de vinilo, una resina de poliuretano, una resina con base carboxílica, una resina con base fenólica, una resina termoplástica reticuiada, un novolac epóxico, una resina basada en celulosa, y mezclas de los mismos.
11. El método de la reivindicación 9, en donde la resina de termofraguado es seleccionada del grupo que consiste de una resina de poliéster, una resina de éster de vinilo y mezclas de las mismas.
12. El método de la reivindicación 9, en donde el primer componente tiene una distribución de tamaño de partícula desde aproximadamente 0.5 mieras hasta aproximadamente 100 mieras con base en la dispersión láser.
13. Un método para cementar un pozo que comprende: bombear una suspensión comprendiendo: (1 ) una mezcla de relleno; (2) al menos aproximadamente 5 por ciento en peso de una resina de termofraguado con base en el peso total de resina y mezcla de relleno; y mezclar un catalizador con la suspensión en donde la suspensión se cura cuando dicho catalizador es mezclado con la suspensión y en donde la composición curada comprende una o más de las siguientes características: (a) una fuerza de tensión de al menos aproximadamente 300 psi (20.7 MPa) de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 5% de humedad; (b) una fuerza de compresión de al menos aproximadamente 1500 psi (10.35 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; (c) una fuerza de flexión de al menos aproximadamente 500 psi (3.45 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; (d) una dureza de fractura de al menos aproximadamente 0.3 MPa de medidor de raíz de acuerdo con ASTM C1421 ; (e) una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 10% en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente a 50% de humedad; y (f) una resistencia a fatiga de flexión de manera que la composición curada pueda ser sometida a una tensión de 50% de la fuerza de falla final de la composición curada durante al menos 100 ciclos sin ruptura.
14. El metodo de la reivindicación 13, en donde la resina de termofraguado es seleccionada del grupo que consiste de una resina epóxica, una resina de poliester, una resina de éster de vinilo, una resina de poliuretano, una resina con base carboxílica, una resina con base fenólica, una resina termoplástica reticulada, un novolac epóxico, una resina basada en celulosa y mezclas de los mismos.
15. El método de la reivindicación 13, en donde la resina de termofraguado es seleccionada del grupo que consiste de una resina de poliéster, una resina de éster de vinilo, y mezclas de las mismas.
16. El método de la reivindicación 13, en donde la mezcla de relleno es seleccionada del grupo que consiste de carbonato de calcio, caolín, talco, sílice, roca, grava, arena, minerales, carbono alotrópico, silicatos, metálicos y mezclas de los mismos.
17. El método de la reivindicación 13, en donde la mezcla de relleno comprende un primer componente seleccionado del grupo que consiste de carbonato de calcio, talco, sílice y mezclas de los mismos y un segundo componente seleccionado del grupo que consiste de roca triturada, grava, arena y mezclas de las mismas.
18. El método de la reivindicación 13, en donde el primer componente comprende desde aproximadamente 15 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso con base en el peso total de resina y mezcla de relleno.
19. El método de la reivindicación 13, en donde el segundo componente comprende desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70 por ciento en peso con base en el peso total de resina y mezcla de relleno.
20. El metodo de la reivindicación 13, en donde el primer componente tiene una distribución de tamaño de partícula desde aproximadamente 0.5 mieras hasta aproximadamente 100 mieras con base en dispersión láser.
21. El método de la reivindicación 13, en donde el catalizador es mezclado con la suspensión antes de, simultáneamente con, o subsecuente a bombeo.
22. El método de la reivindicación 13, en donde el catalizador es mezclado con la suspensión antes del bombeo.
23. El método de la reivindicación 13, en donde la composición curada comprende tres o más o más de las siguientes características: (a) una fuerza de tensión de al menos aproximadamente 300 psi (2.07 MPa) de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente 25C a 50% de humedad; (b) una fuerza de compresión de al menos aproximadamente 1500 psi de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; (c) una fuerza de flexión de al menos aproximadamente 500 psi (3.45 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; (d) una dureza de fractura de al menos aproximadamente 0.3 MPa de medidor de raíz de acuerdo con ASTM C 1421 ; (e) una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de ai menos aproximadamente 10%, en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/mihn) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; y (f) una resistencia a fatiga de flexión, de manera que la composición curada puede ser sometida a una tensión de 50% de la fuerza de falla final de la composición curada durante al menos 1000 ciclos sin ruptura.
24. El metodo de la reivindicación 13, en donde la composición curada comprende cuatro o más o más de las siguientes características; (a) una fuerza de tensión de al menos aproximadamente 300 psi (2.07 MPa) de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente 25C a 50% de humedad; (b) una fuerza de compresión de al menos aproximadamente 1500 psi (10.35 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; (c) una fuerza de flexión de al menos aproximadamente 500 psi (3.45 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; (d) una dureza de fractura de al menos aproximadamente 0.3 Mpa d^ medidor de raíz de acuerdo con ASTM C1421 ; (e) una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 10%, en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; y (f) una resistencia a fatiga de flexión, de manera que la composición curada puede ser sometida a una tensión de 50% de la fuerza de falla final de la composición curada durante al menos 1000 ciclos sin ruptura.
25. El método de la reivindicación 13, en donde la composición curada comprende cinco o más o más de las siguientes características: (a) una fuerza de tensión de al menos aproximadamente 300 psi (2.07 MPa) de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente 25C a 50% de humedad; (b) una fuerza de compresión de al menos aproximadamente 1500 psi (10.35 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; (c) una fuerza de flexión de al menos aproximadamente 500 psi (3.45 MPa) de acuerdo con ASTM C873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; (d) una dureza de fractura de al menos aproximadamente 0.3 MPa de medidor de raíz de acuerdo con ASTM C 1421 ; (e) una proporción de fuerza de tensión a fuerza de compresión de al menos aproximadamente 10%, en donde la fuerza de tensión es medida de acuerdo con ASTM C1273 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad y la fuerza de compresión es medida de acuerdo con ASTM 873 con un 0.01 in/min (0.0254 cm/min) de velocidad de cruceta a temperatura ambiente de 25°C a 50% de humedad; y (f) una resistencia a fatiga de flexión, de manera que la composición curada puede ser sometida a una tensión de 50% de la fuerza de falla final de la composición curada durante al menos 1000 ciclos sin ruptura.
26. El método de la reivindicación 13, que comprende el paso de perforar el poso y correr una funda, en donde el paso de cementación aplica a cementar la funda.
27. El método de la reivindicación 13, en donde la suspensión comprende substancialmente nada de compuestos de cromo hexavalentes.
28. El método de la reivindicación 13, en donde la suspensión comprende substancialmente nada de agua.
29. Una composición que comprende; (1 ) desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso de una resina de termofraguado con base en el peso total de la composición; (2) desde aproximadamente 15 hasta aproximadamente 25 por ciento en peso de un relleno microscópico con base en el peso total de la composición; (3) desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70 por ciento en peso de un agregado con base en el peso total de la composición; y (4) una nanoarcilla ¡ntercalatable, una nanoarcilla exfoliable, o una mezcla de las mismas.
30. La composición de la reivindicación 2, en donde la nanoarcilla comprende desde aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 2 por ciento en peso con base en el peso total de la composición.
31. La composición de la reivindicación 29, en donde la nanoarcilla es seleccionada del grupo que consiste de montmorillonita, bentonita, varios silicatos, cuarzos y otros compuestos minerales.
32. La composición de la reivindicación 29, la cual comprende además un catalizador.
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