本发明专利技术提供地质聚合物组合物，该地质聚合物组合物旨在用于二氧化碳注入或生产井或者储层并且优选用于超临界二氧化碳情况。该地质聚合物组合物由悬浮液形成，该悬浮液包括铝硅酸盐源，载液，选自金属硅酸盐、金属铝酸盐、碱活化剂或它们的组合的活化剂，能够延迟悬浮液的增稠和／或固化时间的缓凝剂和／或能够加快悬浮液的增稠和／或固化时间的促凝剂，其中所述金属为碱金属，氧化物摩尔比Ｍ↓［２］Ｏ／ＳｉＯ↓［２］大于０．２０，其中Ｍ为所述金属。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般性涉及固井。更具体地，本专利技术涉及地质聚合物组合物和 将地质聚合物组合物置于二氧化碳超临界环境如碳酸气储层的相关方法。
技术介绍
地球大气中的二氧化碳[C02]含量由于自然和人为排放而升高。这些 C02在大气中存留数十年，在长时间内通过储存C02的自然吸收体(海洋、植物和土壤)緩慢地除去。然而，很多科学家已清楚地认识到人类必须努力 减少人为影响，主要是燃烧化石燃料所造成的影响。化石燃料产生大量的C02排放(对煤而言为40%质量)。减少C02排放及其对气候和环境的影响的新方法正处于发展之中，然而实际上大多数可预料到的方案为捕集和储存C02排放物的解决方案——也称作C02隔离(sequestration),但需要对基础设 施的大规模投资和大量测量以降低其成本。从排放物流中分离和压缩C02 是该方法中最昂贵的部分并可在燃烧步骤之前或之后进行。目前。最广泛 采用的方法基于化学吸附，来捕集废气中的C02。对于储存而言，存在几 种储存C02的方式深海、含盐储层、衰竭油储层、衰竭气储层、煤储层。 海洋储存具备储碳的最大潜力，但认为其存在较高的环境风险。其余四种 方式为地质储存方案，其中含盐储层经评估具备最大的容量(10000万亿公 吨碳)。2000年全球排放量为6.2万亿公p屯。因而，鉴于已知的大量储层管理经验和大批技术，油气工业在C02的 地质层组(例如衰竭储层、深盐水层和煤层)储存方面稳居领先地位。C02的 地质储存在其处于超临界状态的情况下更为有效。二氧化碳具有31°C的低 临界温度和73.8巴的中等临界压力。通常，这意味着需要600 m或更深的 储存深度。C02的地下储存需要各种技术和各类专业人员来表征储存储层和 周围地层，以钻探并精确定位井筒、设计并建造地表设施、监测井和现场、 以及最优化系统。在建造井时，使用常规水泥固定和支撑井内的套管，并防止不同的地下含流体层之间流体连通或在井中产出不需要的流体。注C02井的长期封 隔和完整性无疑需要改善以确保长期的环境安全。用于注入层段和上方的 材料的失效可能造成二氧化碳迁移至地表的优先通道。这可能以明显快于 地质渗漏的时标发生。注C02井的建造首先进行的是钻井，然后在注C02 作业开始之前完井。在完井的构架中，完井阶段保证井从储层至地表的封 隔以及地质层组之间的封隔。C02隔离的决定性技术问题在于用于完井的材 料在一段时间内对C02的耐化学腐蚀性。在C02隔离时，二氧化碳必须一 直保持超临界状态。然而，已知在超临界co2环境下用于完井的常规水泥如基于硅酸盐水泥的体系在用于固井阶段时不稳定。这类水泥 一旦暴露于这种酸性气体往 往明显劣化。对于使二氧化碳的地下储存位置安全且有效并从而使温室气 体长时间不得进入大气而言，关键在于优化使井得以长期封隔的改进体系。目前，数百年的水泥耐久性还不得而知。现有的解决方案趋于将超临界C02 环境或正常C02环境下水泥基体的劣化过程降至最低，但还没有完全抑制水泥基体劣化过程的解决方案。因而，需要一种就硬度、可泵送性和固化能力而言适于作为水泥的材料，旨在将其用于注C02井或储层并优选用于超临界C02条件。地质聚合物是一类新型物质，其通过使各种铝硅酸盐氧化物和硅酸盐 化学溶解并随后重新凝固而形成，从而形成无定形三维骨架结构。因而，地质聚合物为三维铝硅酸盐矿物聚合物。术语地质聚合物由J. Davidovits (Synthesis of new high-temperature geopolymers for reinforced plastics/ composites, SPE PACTEC， 79, 5b'e(y o//VaWcs五wg/ee^)于1976年在斯德 哥尔摩举办的IUPAC International Symposium on Macromolecules上#是出并首次使用。将基于铝硅酸盐的地质聚合物命名为聚(铝硅酸盐)(poly(sialate))，即聚 (硅-氧-钻酸盐)(poly(silicon-oxo画aluminate))或(-Si画O-Al-0-)n(n为聚合度)的缩 写。铝硅酸盐网络由通过共用全部氧而交替连4妄的Si04和A104四面体构成， 其中A产和Si与氧为四配位形式。正离子(Na+、 K+、 Li+、 Ca2+......)必须占据骨架空穴以平tf四配位A产的负电荷。聚铝硅酸盐的经验式为Mn{-(Si02)2-A102}n,wH20,其中M为阳离子， 例如钾、钠或钙，n为聚合度，z为Si/Al原子比，如目前所知z可以为1 、62、 3……35。三维(3D)网状地质 《合物总结于以下表1。Si/Al比命名结构缩写1聚(铝硅酸盐)Mn(-Si-0-Al-0-)n(M)-PS2聚(铝硅酸盐-硅氧)Mn(-Si-0-Al-0-Si-0-)n(M)-PSS3聚(铝硅酸盐-二硅氧)Mn(-Si-O-Al-O-Si-O誦Si-O-)nCM)-PSDS表l:地质聚合物化学命名(其中M为阳离子如钾、钠或钙，n为聚合度) 地质聚合物的性质和应用领域主要取决于化学结构，更具体地取决于 硅与铝的原子比。已针对地质聚合物的多种应用进行了研究，包括作为建 筑业中的水泥体系、作为耐火材料、作为危险及放射性废料流的密封材料。 地质聚合物还被称为快速固化、硬化材料。它们表现出良好的硬度和化学 稳定性。本专利技术的申请人利用他们对地质聚合物组合物应用于油田工业，更具体地通常应用于井中的知识，配制了旨在用于注C02井或储层并优选用于 超临界C02条件的特种地质聚合物组合物。
技术实现思路
根据本专利技术，悬浮液包括铝硅酸盐源、载液、活化剂(选自金属硅酸 盐、金属铝酸盐、碱活化剂或它们的组合)、能够延迟悬浮液的增稠和/或固 化时间的緩凝剂和/或能够加快悬浮液的增稠和/或固化时间的促凝剂，其中 金属为碱金属，氧化物摩尔比M20/Si02大于0.20，其中M为金属。优选地， 氧化物摩尔比M20/Si02大于或等于0.27。全部四种组分并非必须单独添加 例如，活化剂可已存在于载液中。因而，铝硅酸盐源可以是固体组分的形 式；金属硅酸盐可以是固体形式或者金属硅酸盐混合于载液的形式；碱活 化剂可以是固体形式或者碱活化剂混合于载液的形式。如果铝硅酸盐源、 金属硅酸盐和碱活化剂全部为固态，则重要的是具有载液，以制成悬浮液。 如果铝硅酸盐源、金属硅酸盐为固态且碱活化剂为液态，则认为碱活化剂 中已有载液。此外，应当理解的是，不要求载液的单一性，可使用两种或 更多种载液。地质聚合物组合物具有流变性以使所述地质聚合物组合物的 悬浮液具有良好的可泵送性和稳定性。油田工业中的可泵送组合物具有小 于或等于300 cP,在另一实施方案中优选小于或等于250 cP，在再一实施方案中更优选小于或等于200 cP的流变性。此外，所制成的悬浮液为稳定的悬浮液。该地质聚合物组合物具有可混合性和可泵送性，因而应用于油 田工业是可4亍的。本专利技术的地质聚合物组合物使得悬浮液对二氧化碳和/或超临界二氧化碳的腐蚀具有抗性和/或进一步对酸性气体或腐蚀性成分如H2S的腐蚀具有 抗性，固化的地质聚合物组合物同样对二氧化碳和/或超临界二氧化碳的腐 蚀具有抗性和/或进一步对酸性气体或本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种悬浮液，包括： －铝硅酸盐源， －载液， －活化剂，该活化剂选自金属硅酸盐、金属铝酸盐、碱活化剂或它们的组合，和 －能够延迟所述悬浮液的增稠和／或固化时间的缓凝剂和／或能够加快所述悬浮液的增稠和／或固化时间的促凝 剂， 其中所述金属为碱金属，并且氧化物摩尔比Ｍ↓［２］Ｏ／ＳｉＯ↓［２］大于０．２０，其中Ｍ为所述金属。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2006-8-7 06291274.6;US 2006-8-7 11/462,7311. 一种悬浮液，包括-铝硅酸盐源，-载液，-活化剂，该活化剂选自金属硅酸盐、金属铝酸盐、碱活化剂或它们的组合，和-能够延迟所述悬浮液的增稠和/或固化时间的缓凝剂和/或能够加快所述悬浮液的增稠和/或固化时间的促凝剂，其中所述金属为碱金属，并且氧化物摩尔比M2O/SiO2大于0.20，其中M为所述金属。2. 权利要求1的悬浮液，其中所述氧化物摩尔比M20/Si02大于或等于0.27。3. 权利要求1或2的悬浮液，其中所述緩凝剂为含硼化合物，并且其 中所述地质聚合物组合物的悬浮液具有小于0.03的氧化物摩尔比 B203/H20。4. 权利要求3的悬浮液，其中所述氧化物摩尔比B203/H20小于或等于0.02。5. 权利要求1至4中任一项的悬浮液，其中所述緩凝剂在20。C至120°C内有效。6. 权利要求1至5中任一项的悬浮液，其中所述促凝剂为含碱金属的 化合物。7. 权利要求6的悬浮液，其中所述促凝剂为含锂的化合物。8. 权利要求1至7中任一项的悬浮液，其中所述促凝剂在20°C至120。C内有效。9. 权利要求1至8中任一项的悬浮液，其中所述铝硅酸盐源选自C型 粉煤灰、F型粉煤灰、磨细高炉矿渣、煅烧粘土、部分煅烧粘土(如偏高岭 土)、含铝硅灰、天然铝硅酸盐如高岭土、合成铝硅酸盐玻璃粉、沸石、熔 渣、水铝英石、膨润土和浮石。10. 权利要求1至9中任一项的悬浮液，其中所述地质聚合物组合物主 要为聚(铝硅酸盐-硅氧)地质聚合物。11. 权利要求1至10中任一...
【专利技术属性】
技术研发人员：维罗尼克巴雷特古达德，贝内迪克特祖萨茨阿亚克，奥利维尔波切雷，
申请(专利权)人：普拉德研究及开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：VG[英属维尔京群岛]
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