可用在地下井作業(yè)中的包含金屬硅化物的泡沫水泥組合物的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及包含金屬硅化物（如堿金屬硅化物或堿土金屬硅化物）的水泥組合物。當(dāng)與水混合時，所述金屬硅化物發(fā)生反應(yīng)生成氫氣、硅酸鹽和熱-其中每一個都對水泥的各種各樣的用途是有利的。本發(fā)明涉及包含約99.999wt%-至約98.5wt%的水泥，和約0.001wt%-約1.5wt%的金屬硅化物或金屬硅化物的混合物的可發(fā)泡水泥組合物。還公開了包含所述水泥組合物的混凝土和灌漿。其它實施方案提供了形成水泥結(jié)構(gòu)，包括在地下地層和井中，的方法。
【專利說明】可用在地下井作業(yè)中的包含金屬硅化物的泡沬水泥組合物
[0001]相關(guān)申請交叉引用
本申請要求2011年6月14日提交的美國申請61/496 881的優(yōu)先權(quán)，其在此通過引用結(jié)合到本文中。
發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及水泥和鞏固作業(yè)【技術(shù)領(lǐng)域】。更具體地，本發(fā)明涉及包含堿金屬硅化物的可發(fā)泡水泥組合物，其在制造輕質(zhì)泡沫水泥、混凝土和灌漿中的用途，以及使用可發(fā)泡水泥組合物的方法，特別是在涉及井和鉆孔的地下作業(yè)中。
【背景技術(shù)】
[0003]水泥和水泥結(jié)構(gòu)在工業(yè)應(yīng)用和日常生活中都是司空見慣的。例如，為了開采位于地下巖層或區(qū)域中的天然資源(如天然氣、石油和水)，鉆一個井筒向下至所述地下巖層，同時在該井筒中循環(huán)鉆井液。在結(jié)束鉆井液的循環(huán)之后，在該井筒中安裝一連串的管(例如，套管)。然后，通常通過管的內(nèi)部向下和通過位于所述管的外部和井筒的壁之間的環(huán)隙向上循環(huán)鉆井液。接下來，通常進(jìn)行初級鞏固，憑此可以在井筒中鞏固管線(如套管)和襯里。在進(jìn)行初次鞏固中，可以將水硬水泥組合物泵入位于井筒的壁和其中放置的管線的外表面之間的環(huán)形空間中。使所述水泥組合物在環(huán)形空間中凝固，從而在其中形成基本上硬化的不可滲透的水泥的環(huán)形護(hù)層，其在井筒中充分支撐和定位所述管線并且將所述管線的外表面結(jié)合到所述井筒的壁。
[0004]將水泥漿放置在環(huán)隙中并使其凝固成硬塊(即，護(hù)層)，從而將管線連接到井筒的壁且密封環(huán)隙。一旦凝固，水泥護(hù)層可能經(jīng)受各種循環(huán)、剪切、拉伸、沖擊、撓曲和/或壓縮應(yīng)力，其可能導(dǎo)致水泥護(hù)層失效。這種失效可以是斷裂、裂紋和/或水泥護(hù)層與管線和/或巖層的剝離的結(jié)果。不期望地，水泥護(hù)層失效可能導(dǎo)致失去層間封隔，造成，例如，巖層區(qū)域之間的不期望的流體移動。這可能導(dǎo)致不期望的后果，如生產(chǎn)損失、昂貴的補(bǔ)救作業(yè)、環(huán)境污染、由失去層間封隔引起的出乎意料的來自地層的流體流動導(dǎo)致的的危險鉆機(jī)作業(yè)、和/或危險的生產(chǎn)作業(yè)。此外，由圍繞井筒的地下巖層中的位移施加的力、水泥侵蝕以及來自鉆頭和鉆桿的反復(fù)沖擊也可能引起水泥護(hù)層的失效。
[0005]也可以進(jìn)行隨后的二次鞏固作業(yè)。二次鞏固作業(yè)的一個例子是擠水泥，憑此利用水泥漿來填塞和封閉水泥護(hù)層和/或套管中的不期望的流動通道。水泥組合物也可以用于補(bǔ)救鞏固作業(yè)，如填塞井筒中的高滲區(qū)域或斷裂，堵塞管線中的裂紋和洞，等等。
[0006]用于地下作業(yè)的水泥組合物可以是輕質(zhì)的，以防止在被井筒穿透的地下地層上施加過度的液體靜壓，憑此所述地層可能會被無 意地打斷。在一些環(huán)境中，鞏固作業(yè)可能需要具有降低的密度的輕質(zhì)水泥漿(例如，低密度漿體)。例如，橫跨高度耗竭區(qū)域和較弱地層的鞏固可能需要輕質(zhì)水泥進(jìn)行充分的循環(huán)。如果所述水泥不能成功循環(huán)，可能無法實現(xiàn)期望的水平的環(huán)形填充，并由此可能無法實現(xiàn)期望的密封。結(jié)果，由于補(bǔ)救工作，可能會對鉆井成本有很大影響并且可能發(fā)生投產(chǎn)的延期。[0007]通常，水泥也被用于地上結(jié)構(gòu)，例如，建筑、交通和其他工業(yè)。由水泥制成的普通地上結(jié)構(gòu)和材料的例子包括，但不限于，建筑材料(地板、梁、柱、屋頂、樁、磚、灰漿、板、灰泥)；交通材料(公路、小路、十字路口、橋、枕木、高架橋、隧道、加固、跑道、停車場)；水導(dǎo)管(管、涵洞、邊石、下水道、溝渠、堰、壩、罐、池)；支撐結(jié)構(gòu)(橋墩、船瑪、護(hù)壁、筒倉、儲倉、柱、電纜塔、圍墻);農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)(建筑物、加工、住房、飼養(yǎng)場、灌溉);甚至藝術(shù)品(雕像、雕塑和雕刻)。這些用途中的每個都可以從輕質(zhì)水泥組合物的使用中受益。
[0008]一類輕質(zhì)水泥組合物為泡沫水泥組合物，即:包含氣體的水泥組合物。80年代初在，例如，美國專利4，300, 633和4，333，764中首次公開了使用發(fā)泡劑來提供輕質(zhì)水泥組合物。隨后，泡沫水泥、發(fā)泡劑的使用和泡沫基于穩(wěn)定劑的表面活性劑體系已經(jīng)成為幾個專利的主題。參見，例如，美國專利 5，711,801; 5,803,665; 5,897,699; 5,900,053;
5,966, 693; 6, 063, 738; 6, 227, 294; 6, 244, 343; 6, 336, 505; 6, 364, 945; 6, 367, 550;
6,547, 871; 6, 797, 054; 6, 619, 399; 6, 955, 294; 6, 336, 505; 6, 953, 505; 6, 835, 243;
7,008, 477; 7, 013, 975; 7, 191, 834; 7，373，981;和 7，607，484 以及在美國申請公開2010/0077938A1。除了是輕質(zhì)的之外，包含在泡沫水泥組合物中的氣體還可以改進(jìn)所述組合物保持壓力的能力。在地下應(yīng)用中(如在井中)，這防止了在水泥組合物的轉(zhuǎn)變過程中，即在所述水泥組合物從實際流體變成凝固塊的過程中，地層流體流入并經(jīng)過所述水泥組合物。泡沫水泥組合物可能是有利的，因為它們可以具有低的流體流失性能，并且可以用來在循環(huán)過程中防止流體的流失。此外，當(dāng)凝固時，泡沫水泥組合物將具有比非泡沫水泥更低的彈性模量，這往往是期望的，因為它能夠使所生成的凝固水泥能夠，特別是，抵抗施加在所述環(huán)隙中的凝固水泥上的環(huán)向應(yīng)力。
[0009]已經(jīng)以各種方式制備了輕質(zhì)和/或泡沫水泥，例如，通過將水、微球或氣體添加至水泥。參見，例如，上述專利和申請公開。向水泥中添加過量的水的缺點包括水泥凝固的降低的效率。例如，額外的水可能稀釋水泥并由此延長水泥可以凝固的時間。使用微球的缺點包括與添加足使水泥的密度降低至比典型的密度更低的量的微球相關(guān)的成本。添加氣體的缺點包括在高氣體濃度下過量的滲透。
[0010]因此，在本領(lǐng)域中需要改進(jìn)的泡沫水泥組合物用于地上和地下環(huán)境。
[0011]使用水泥時，制備水泥干組分的漿體，然后將其倒入位置并固化(硬化)。所述固化需要時間。往往添加稱為加速劑的添加劑來加速水泥的固化(或凝固)時間和改進(jìn)水泥的固化特性。堿式硅酸鹽已經(jīng)被廣泛用作水泥和混凝土的加速劑。通常它們被視為用于鞏固系統(tǒng)的最有效的堿性活化劑。堿式硅酸鹽也用于使用氣體/泡沫的建筑物和波及改性(sweep modification)中的土灌衆(zhòng)和在油田應(yīng)用中形成凝膠。參見，例如，美國專利申請公開2010/0038085。硅酸鹽也常用于鞏固作業(yè)以控制水泥密度和凝固時間。硅酸鹽被用來克服與水竄流相關(guān)的負(fù)面影響，其是由當(dāng)僅添加水時水泥漿的變薄引起的。作為水基增充齊!Kextender)，所述硅酸鹽與水泥漿中的氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，并產(chǎn)生粘性凝膠。然后，水泥中的水變得“捆綁”在凝膠中，使得能夠?qū)㈩~外的水添加到所述體系中。也可以通過添加氮?dú)饣蚩諝饣蛐纬蓺怏w的添加劑來擴(kuò)展或降低水泥漿的密度以制備具有優(yōu)選的機(jī)械性能的極其輕質(zhì)的水泥體系。在這些應(yīng)用中，硅酸鹽的施用量為所述水泥重量的約3%。此外，粉末狀鋁或硅金屬已經(jīng)用于各種輕質(zhì) 鞏固應(yīng)用中。硅酸鹽，特別是硅酸鈉，還用于土水泥進(jìn)行灌漿。例如，在美國專利3，706，581; 4，333，764和4，300，633中記述了硅酸鹽的這些用途。[0012]然而，水泥是相當(dāng)復(fù)雜的。施加這些硅酸鹽是通常要求許多不同的添加劑和組合來根據(jù)成本和物流為每個具體工作產(chǎn)生水泥性能的藝術(shù)。由此，仍然需要包含硅酸鹽的水泥和混凝土，所述硅酸鹽可被容易地分散在水泥中，而不要求這類添加劑和組合。該發(fā)明滿足了這些需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明涉及包含金屬硅化物的水泥組合物。當(dāng)與水混合時，所述金屬硅化物發(fā)生反應(yīng)生成氫氣、娃酸鹽和熱-其中每個對于水泥的各種各樣的用途都是有利的。氫氣的生成作為水泥或包含水泥的其他組合物的原位發(fā)泡。作為直接反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)生硅酸鹽為水泥提供了硅酸鹽和在水泥中硅酸鹽的已知益處。
[0014]在一個實施方案中，本發(fā)明涉及包含約99.999 wt%-約98.5 wt%的水泥，和約0.001wt%-約1.5 wt%的金屬硅化物或金屬硅化物的混合物的可發(fā)泡水泥組合物。所述水泥可以為任何水泥，但也可以選自API類水泥、用于油田應(yīng)用的水泥、水硬水泥、礦渣水泥和其混合物。所述金屬硅化物可以為堿金屬硅化物，如鋰硅化物、鈉硅化物，或鉀硅化物，或堿土金屬硅化物，如鈣硅化物，以及這類硅化物的混合物。
[0015]本發(fā)明的其它實施方案提供了形成水泥結(jié)構(gòu)的方法。將水添加到本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物中以形成漿體。將漿體形式的泡沫水泥組合物引入到工作區(qū)中，和使其在工作區(qū)中凝固。
[0016]在其它實施方案中，所述工作區(qū)為地下結(jié)構(gòu)并且可以為井。
[0017]本發(fā)明的另一實施方案提供了包含約10 wt%-約30 ￥七％的本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物；約70 wt%-90 wt%的骨料；和最高約20% wt%的一種或多種添加劑的混凝土混合物。
[0018]本發(fā)明的一個實施方案還提供了形成混凝土結(jié)構(gòu)的方法，其包括步驟:將水添加到本發(fā)明的混凝土混合物中以形成混凝土漿體，將該混凝土漿體引入到工作區(qū)中；和使所述泡沫水泥組合物在工作區(qū)中凝固。
[0019]本發(fā)明的另一實施方案為一種灌漿，其包含約15 wt%-約55 ￥七％的本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物和約45 wt%-85% wt%的砂。
[0020]本發(fā)明的另一實施方案提供了形成灌漿結(jié)構(gòu)的方法，其包括步驟:將水添加到本發(fā)明的灌漿中以形成灌漿漿體，將所述灌漿漿體引入到工作區(qū)中；和使所述灌漿漿體在工作區(qū)中凝固。
[0021]本發(fā)明的另一實施方案涉及穩(wěn)定土的方法，其包括步驟:將水添加到本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物、本發(fā)明的混凝土混合物或本發(fā)明的灌漿中以形成漿體；將所述漿體注入土中；和使所述漿體在土中硬化而形成固體塊。
【專利附圖】

【附圖說明】[0022]圖1為根據(jù)實施例1中所述制備的含和不含鈉硅化物的混凝土樣品的圖片。
[0023]圖2為本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的水泥和混凝土樣品的強(qiáng)度對密度圖。
[0024]詳細(xì)說明
本發(fā)明涉及包含約99.99wt%-約98.5wt%的水泥，和約0.001wt%-約1.5wt%的金屬硅化物或金屬硅化物的混合物的水泥組合物。在其它實施方案中，本發(fā)明的水泥包含約0.01wt%-約lwt%的金屬硅化物或約0.3wt%-約lwt%的金屬硅化物或金屬硅化物的混合物。當(dāng)與水混合時，所述金屬硅化物發(fā)生反應(yīng)而生成氫氣、硅酸鹽和熱-其中每個對水泥的各種各樣的用途都是有利的。氫的生成充當(dāng)所述水泥或包含水泥的其他組合物(如混凝土或灌漿)的原位發(fā)泡劑。以硅酸鹽作為直接反應(yīng)產(chǎn)物為水泥提供了硅酸鹽以及在水泥中硅酸鹽的已知益處。生成的熱可有助于固化所述水泥。借助于由堿金屬硅化物的存在提供的硅酸鹽膠凝和氫生成特性，本發(fā)明提供了更環(huán)保和低本高效的方法來控制混凝土密度，并由此在各種作業(yè)中，包括地下和井筒作業(yè)，改進(jìn)水泥的完整性。下面討論了本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物的各種組分，其各種用途和本發(fā)明的其它實施方案。引用專利和申請公開討論了本發(fā)明-其公開內(nèi)容通過引用明確地結(jié)合到本文中。
[0025]水泥:適用于本發(fā)明的水泥包括，但不限于，所有API類的水泥、用于油田應(yīng)用的其他水泥、水硬水泥和表現(xiàn)火山灰性能的其他材料(例如爐渣水泥)，及其混合物或組合。水硬水泥是，當(dāng)添加水時，經(jīng)歷被稱為水化的化學(xué)反應(yīng)來使水泥硬化或固化的水泥。所述水化反應(yīng)使得水泥能夠在水下硬化甚至在潮濕條件下仍保持堅硬。水硬水泥包括，但不限于，波特蘭水泥、火山灰水泥、石膏水泥、高氧化招含量水泥、礦洛水泥、娃石水泥及其組合。適用于本發(fā)明的波特蘭水泥包括根據(jù)美國石油學(xué)會，油井水泥的材料和測試的API規(guī)定，API規(guī)定10，1990年7月I日第五版，被歸類為級別A-H的那些。在某些實施方案中，API級別A、C、G或H水硬水泥可以是優(yōu)選的。所述水泥也可以為可膨脹或膨脹水泥，其可以經(jīng)受超過它的漿體相的凈膨脹或體積增加并彌補(bǔ)任何水泥收縮。例如，在美國專利4，002, 483;4，394，174和4，797159中記述了可膨脹水泥。
[0026]金屬硅化物:所述金屬硅化物可以為堿金屬硅化物或堿土金屬硅化物和這類硅化物的混合物。所述金屬硅化物作為粉末使用。在一個實施方案中，所述金屬硅化物粉末具有最高約250微米的粒度。在另一實施方案中，所述粒度可以小于約100微米。在美國專利7，811，541 (通過引用將其結(jié)合到本文中)中記述了堿金屬硅化物。堿土金屬硅化物的一個例子為鈣硅化物(Ca)。在本發(fā)明的一個實施方案中，所述金屬硅化物為堿金屬硅化物，其包括，例如，鋰(Li);鈉(似)；和鉀(K)的硅化物。金屬硅化物的混合物可被用作本發(fā)明中的金屬硅化物。這種混合物包括金屬硅化物的組合以及混合金屬硅化物。換句話說，所述金屬娃化物中的金屬可以為獨(dú)立的金屬，例如，Ca、Na或K,或所述金屬可以為金屬的組合，例如，Ca和Na、Na和K或Ca、Na和K，-混合金屬硅化物?？梢允褂盟羞@種硅化物的混合物。下面以堿金屬硅化物作為可以用于本發(fā)明的所述金屬硅化物的代表，討論了本發(fā)明的各種實施方案。
[0027]喊金屬娃化物可從SiGNa Chemistry, Inc.0f New York, New York 獲得。它們是在干空氣中可以容易地處理的自由流動的粉末。所述堿金屬硅化物不與氧反應(yīng)并且僅從大氣中緩慢地吸收水而不燃燒。在本發(fā)明的一個實施方案中，所述堿金屬硅化物為鈉硅化物(優(yōu)選具有1:1的Na: Si摩爾比，例如，NaSi或Na4Si4)或鉀硅化物(優(yōu)選具有1:1的K: Si摩爾比，例如KSi或K4Si4X如Na4Si4的化學(xué)方程式(I)所示，堿金屬硅化物與水反應(yīng)而產(chǎn)生氫氣、相應(yīng)的堿金屬娃酸鹽和熱。參見下面的反應(yīng)(I)。如上所討論的，堿金屬娃化物的混合物可用于本發(fā)明的水泥組合物。
[0028]Na4Si4 (固)+ IOH2O (液)IOH2 (氣)+ 2Na2Si205 (固)+ 熱(I)該反應(yīng)在室溫下順利進(jìn)行并且不需要催化劑。
[0029]在本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物中，所述堿金屬硅化物與在正常使用水泥的過程中與所述水泥組合物混合的水發(fā)生反應(yīng)。如所述反應(yīng)所示，將少量的鈉硅化物添加到水泥中(數(shù)量上2克生成2.4升氣體(STP))。釋放氫氣，所述堿金屬硅化物充當(dāng)發(fā)泡劑。當(dāng)所述硅化物與水發(fā)生反應(yīng)釋放氫氣時，這原位生成泡沫水泥基體。所述反應(yīng)也生成了相應(yīng)的金屬娃酸鹽，其也變成泡沫水泥基體的一部分。相應(yīng)的堿金屬娃酸鹽的產(chǎn)生由此在所述水泥各處引入了活化劑。由所述反應(yīng)生成的熱促進(jìn)了所述水泥的快速初始生坯強(qiáng)度。所述氫氣發(fā)泡劑和所述堿金屬硅酸鹽都是原位形成的并且在所述水泥各處具有幾乎或完全的均勻性。此外，所述硅化物反應(yīng)消耗水的事實(其在水泥的其他組分中可以變化)在期望控制和保持水泥漿粘度的情況下可能具有附加的價值。
[0030]堿金屬硅化物，如上所討論的，是一種自由流動的粉末，其可以使用本領(lǐng)域已知的技術(shù)干混合到本發(fā)明的水泥組合物中。例如，可以首先將堿硅化物粉末與一種或幾種所述水泥組分混合，其可以隨后與剩余的組分在快要使用之前混合。適合的混合技術(shù)包括，但不限于，雙注射工藝，如在美國專利4，064，941中所述，以防止混合直到實現(xiàn)期望的充填、如在美國專利5，289，877中所述。以這種方式直接混合使所述堿金屬硅化物在將所述水泥與水混合時立即發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)所述堿金屬硅化物和水泥被預(yù)混合為本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物時，所述預(yù)混合水泥組合物可以被包裝在不透水的袋或容器中。
[0031]或者，當(dāng)期望所述堿金屬硅化物的緩釋或控釋時，可以涂覆堿金屬硅化物粉末以保護(hù)所述堿金屬硅化物不受環(huán)境影響。利用涂覆的粉末，可以防止或延遲所述堿金屬硅化物與所述水泥漿中的水發(fā)生反應(yīng)，直到實現(xiàn)期望的水泥布置。這在地下結(jié)構(gòu)中是特別有用的。適合的涂料組合物和涂覆活性粉末的方法在本領(lǐng)域中是已知的并且例如，在美國專利6，224，793和7，179, 766中有記述，其通過引用結(jié)合到本文中。對于地下應(yīng)用，可能的涂料可以包括，但不限于，各種熱控制熔融蠟。適合的蠟包括植物蠟、動物蠟(例如，蜂蠟)、石油衍生蠟、褐煤蠟和合成蠟(例如，聚乙烯蠟)以及這類蠟的混合物。在一個實施方案中，所述涂料可以為熱控制熔融蠟或可結(jié)晶的或熱塑性的聚合物組合物。參見，例如，美國專利6，224，793?？梢詫⑦@種材料針對特定儲層溫度`設(shè)計和定制，以便當(dāng)達(dá)到期望的地下深度的溫度時自然地觸發(fā)軟化和涂層分解?；蛘撸梢詫⑺鐾繉釉O(shè)計成剛好在所述特定環(huán)境溫度之上分解，隨后的一注在足夠溫度下的流體觸發(fā)所述分解。一旦所述金屬硅化物的一部分開始反應(yīng)，則生成足夠的熱量來使該反應(yīng)傳播遍布所述可發(fā)泡水泥組合物。使用堿金屬硅化物的緩釋或控釋，允許直到或在其將提供最大益處的位置才與水接觸和生成氫氣、硅酸鹽和熱。
[0032]添加劑:本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物可包含在水泥和使用水泥基制備的其他材料領(lǐng)域中已知的添加劑?？梢詫⑺鎏砑觿┨砑拥奖景l(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物中以改進(jìn)或調(diào)節(jié)其性能、其在鞏固中的用途和/或最終的水泥結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品的性能。普通的水泥添加劑包括，但不限于，用于加快水化(其為水泥的固化(或硬化))的加速劑/促進(jìn)劑，用于減慢水泥的固化(或硬化)/水化的緩凝劑，增塑劑、顏料、緩蝕劑、粘度調(diào)節(jié)劑、粘合劑、泵送助劑、鹽、消泡劑、流體流失減少劑、防沉降劑、防氣體移動添加劑、加重料、分散劑、?；搸r、地層調(diào)節(jié)劑和其組合。可以添加其它機(jī)械性能改性添加劑，例如，碳纖維、玻璃纖維、金屬纖維、礦物纖維、熱塑性彈性體(如苯乙烯-丁二烯或丙烯腈-苯乙烯-丁二烯無規(guī)或嵌段聚合物)，和乳膠乳液(如苯乙烯-丁二烯乳膠)等，地進(jìn)一步改性機(jī)械性能。通常，水泥將包含這些添加劑的混合物?？梢詾榱吮绢I(lǐng)域已知的目的和以本領(lǐng)域已知的它們的一般用量使用所述添加劑。一般來說，添加劑可占水泥組合物的最高約20wt%。單個添加劑通常以約
0.lwt%-約10wt%的量存在。可以通過任何適合的方法來完成向所述水泥組合物中添加添加劑。下面記述了可以用于本發(fā)明的一個或多個實施方案的特定添加劑。
[0033]可以將發(fā)泡劑，如表面活性劑或表面活性劑的組合，添加到本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物中來穩(wěn)定泡沫水泥。所述發(fā)泡劑通常以約0.lwt%-約3wt%的量存在。所述發(fā)泡劑在所述水泥組合物的堿性環(huán)境中應(yīng)當(dāng)是穩(wěn)定的。可在本發(fā)明的水泥組合物中使用的表面活性劑可以為陽離子表面活性劑或陽離子表面活性劑的混合物，或者是陰離子表面活性劑或陰離子表面活性劑的混合物。示例性的表面活性劑包括，但不限于，松香酸鹽、烷基芳基磺酸鈉、酚-乙氧基化物和全氟烷基甜菜堿。美國專利申請公開2010/0077938 Al記述了這種表面活性劑在可發(fā)泡水泥組合物中的用途并列出了可以用于本發(fā)明的組合物的發(fā)泡劑和表面活性劑。
[0034]本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物還可以包含膨脹添加劑。所述膨脹添加劑可以為能夠使由堿性硅化物生成 的氫氣變得結(jié)合到所述水泥組合物中的任何組分。適合的膨脹添加劑通常以顆粒態(tài)形式使用并且包括，但不限于，鋁粉、石膏共混物、重?zé)趸V，和其組合。市售的包含招粉的膨脹添加劑的例子包括來自Halliburton Energy Services, Inc的GAS-CHEK和SUPER CBL0包含含石膏的共混物的膨脹添加劑的一個例子可作為MICROBOND從Halliburton Energy Services, Inc商購獲得。此外,包含重?zé)趸V的膨脹添加劑的例子可作為MICR0B0NDM和MICR0B0NDHT從Halliburton Energy Services.1nc商購獲得。在美國專利 4，304，298; 4, 340, 427; 4, 367, 093; 4，450，010 和 4，565，578 中記述了這類膨脹添加劑。
[0035]所述水泥組合物還可包含其它密度降低添加劑，以提供期望的水泥組合物密度。所述水泥組合物可包含與地下水泥組合物相容的密度降低添加劑(即，其至少直到水泥凝固是化學(xué)穩(wěn)定的)。密度降低添加劑的例子包括但不限于空心玻璃微珠、火山灰微球、固體珠(例如，固體有機(jī)或塑料珠)，或其組合。適合的空心玻璃微珠的一個例子為可從3M Company購得的SC0TCHLITE。適合的微球的一個例子為可從Halliburton EnergyServices, Inc購得的SPHE ELITE。此外，適合的固體珠的一個例子是可從HalliburtonEnergy Services, Inc.購得的FDP-C665?？梢酝ㄟ^任何適合的方法將所述密度降低添加劑添加到所述水泥組合物中，所述方法包括在添加水之前與所述水泥干共混，與待添加到所述水泥中的水混合，或在添加水之后或同時與水泥漿相繼地混合。在另一實施方案中，可以將所述密度降低添加劑預(yù)懸浮在水中，并注入水泥混合流體中或作為水漿體注入水泥漿中。
[0036]一般用途:本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物可以以與通常對于水泥已知的相同的方式和相同的用途來使用。因此，本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物可用于鞏固作業(yè)，其中將所述水泥轉(zhuǎn)移到工作區(qū)中并使其凝固。在一個實施方案中，所述可發(fā)泡水泥組合物用于“地上”應(yīng)用，如上所討論的，以鞏固工作區(qū)。本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物可用來在合適的位置形成結(jié)構(gòu)或可用來制備預(yù)成形結(jié)構(gòu)，包括但不限于，砌塊、鋪路磚、雕像、罐、-任何預(yù)成形水泥材料。在預(yù)成形的水泥結(jié)構(gòu)的情況下，所述工作區(qū)可以為模具。作為另一例子，可以將金屬硅化物與特種水泥混合以形成本發(fā)明的可發(fā)泡水泥，然后其可以用于噴漿應(yīng)用，其中對于耐火情形期望的是快速發(fā)泡的輕質(zhì)耐酸水泥。
[0037]本發(fā)明的一個實施方案包括步驟:將水添加到本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物中以形成水泥漿，將所述漿體引入工作區(qū)中，和在所述工作區(qū)中固化所述水泥漿。其中所述工作區(qū)為模具，在充分固化之后去除所述模具，以形成具有所述模具的形狀的水泥結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物時，將水添加到所述可發(fā)泡水泥組合物中以形成可被引入所述工作區(qū)中的水泥漿。所述漿體應(yīng)包含足以流動的量的水，和在一個實施方案中，包含足以形成可泵送漿體的水。包含本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物和水的漿體代表本發(fā)明的另一實施方案。用來形成所述漿體的水可以為淡水或鹽水，例如，不飽和鹽水溶液或飽和鹽水溶液(如鹽水或海水)，或非水流體。為了開始所述水化反應(yīng)，通常要求約1:4的水-水泥重量比，往往以比例給出:0.25。然而，具有0.25的水-水泥比的混合物可能不能徹底混合或形成能足夠好地流動以被放入期望的工作區(qū)中的漿體。如本領(lǐng)域中已知的，可以使用比技術(shù)上必需的更多的水來與所述水泥發(fā)生反應(yīng)。如本領(lǐng)域中已知的，水的量將取決于特定組合物和預(yù)定用途。可以使用不同量的水以獲得不同的優(yōu)點，例如，在澆注所述漿體或固化給定的組合物中?？墒褂玫氖纠缘乃?水泥比為約0.2-約2。在一些實施方案中，水可以以水泥的重量的約20%-約180%的量，或者以水泥的重量的約28%-約60%的量存在。
[0038]地下用途:在一個實施方案中，本發(fā)明提供了鞏固地下工作區(qū)或地層的方法。所述方法將漿體形式的泡沫水泥引入所述地下工作區(qū)或地層中，然后使所述泡沫水泥在地下地層中凝固。所述地下地層可以為自然結(jié)構(gòu)，如洞、溶洞、土等，或人造結(jié)構(gòu)，如井、隧道、通道、基坑等。
[0039]在另一實施方案中，可發(fā)泡水泥組合物被用于地下工作區(qū)，例如，用于鞏固井或地下管道，如污水管或井筒套管。該鞏固可以是井或地下管道的初次鞏固或者其可以是井或地下管道的二次鞏固。
[0040]在一個實施方案中，所述水泥組合物中可以用于`固定井筒中的管道，用于采收自然資源，如水或烴。該過程，有時被稱為初次鞏固，通常包括在通過所述井筒循環(huán)鉆井液的同時將井筒鉆到期望的深度，使得所述井筒穿過地下地層。在鉆所述井筒之后，可以在所述井筒中放置至少一個管道，同時在所述管道的壁與所述井筒的壁之間的留下被稱為環(huán)隙的空間。然后，可以通過所述環(huán)隙向井下和向上輸送所述水泥組合物。所述可發(fā)泡水泥組合物凝固成硬塊，其形成隔離所述地下地層的相鄰部分的水泥柱并且為相鄰管道提供支撐。
[0041]本發(fā)明的一個特別有用的實施方案為鞏固石油或天然氣井中的套管的方法。當(dāng)將石油或天然氣井從地表鉆到烴儲藏時，使用稱為套管的鋼管來給井筒安襯里。要求該套管在所述井的通常40年或更長的壽命內(nèi)保持井筒的完整性。水泥被用來將套管保持在適合的位置，以支撐所述套管上的物理負(fù)荷，以保護(hù)套管不腐蝕，并且防止地層流體通過所述套管和所述井筒之間的環(huán)隙向上移動。套管的鞏固是石油或天然氣井的長期成功完成中涉及的最關(guān)鍵的步驟之一。在鞏固套管的方法的一個實施方案中，套管被降入或伸入所述井筒中。通常通過泥漿泵，用鉆井泥漿填滿所述套管。然后提供本發(fā)明的優(yōu)選包含水泥和堿金屬硅化物的可發(fā)泡水泥組合物。在一個優(yōu)選的方法中，將所述水泥組合物與水混合以生成根據(jù)本文包括的說明所述的水泥漿。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，應(yīng)當(dāng)在制備所述水泥漿之前計算期望的水泥性能，其包括密度、粘度、凝固時間以及至少部分填充所述環(huán)隙所需的體積。在將所述水泥漿引入所述套管中之前，優(yōu)選地將泥漿塞(mud plug)引入所述套管中，其能最小化鉆井泥漿與水泥漿的混合。然后將所述水泥漿引入所述套管中，優(yōu)選通過泵入到所述泥漿塞上面的套管中。一旦本發(fā)明的適當(dāng)量的水泥漿已經(jīng)被泵入所述套管，優(yōu)選將第二泥漿塞引入所述水泥頂部的套管中。然后沿所述套管向下連續(xù)泵入泥漿直到所述下泥漿塞碰到所述套管線底部的浮箍并且破裂，從而使水泥從所述套管的底部壓出并且向上進(jìn)入所述套管的外部與所述井筒之間的環(huán)隙。繼續(xù)將泥漿泵入所述套管中，直到上泥漿塞碰到位于所述浮箍處的下泥漿塞，并在底部封閉所述套管。然后使填充所述環(huán)隙并環(huán)繞所述套管的所述水泥漿凝固。如將認(rèn)識到的，本發(fā)明的鞏固方法不依賴于利用所述兩個泥漿塞，還包括使用單個塞或不使用塞。
[0042]本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物同樣可以用于其它井下鞏固應(yīng)用，如修復(fù)差的初始鞏固工作、修復(fù)漏洞、密封耗盡區(qū)域、封井等。在一個這種額外的實施方案中，本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物可以用于通常被稱為擠水泥(squeeze cementing)的方法中。在本發(fā)明的該替代實施方案中，將預(yù)定量的根據(jù)本發(fā)明的水泥漿引入井筒中的套管線的內(nèi)部，優(yōu)選通過泵送。優(yōu)選將預(yù)定量的水泥漿泵入所述套管中，使得其填充井到或接近所述套管中的穿孔或漏洞。然后在壓力下迫使所述水泥通過所述穿孔或漏洞進(jìn)入可滲透區(qū)域。所述水泥漿在所述穿孔或可滲透區(qū)域內(nèi)凝固，從而形成硬塊以防止流體在所述區(qū)域之間泄漏。
[0043]包含可發(fā)泡水泥組合物的組合物:如上所述，本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物可以以與通常對于水泥已知的相同的方式和相同的用途來使用。這包括用作其它組合物(如，但不限于，混凝土和灌漿)的組分部分。
[0044]本發(fā)明的水泥可以用來制備輕質(zhì)混凝土。包含本發(fā)明的水泥的混凝土是本發(fā)明的另一實施方案。如本領(lǐng)域已知的，混凝土基本上為骨料和漿體的混合物。所述骨料為砂和礫石或碎石；所述漿體為水和本發(fā)明的水泥。通過水泥中的堿金屬硅化物的發(fā)泡作用降低所述混凝土的重量或密度。本發(fā)明的輕質(zhì)混凝土一種比相應(yīng)的不含堿金屬硅化物的混凝土密度更低或重量更輕的混凝土。
[0045]本發(fā)明的一個實施方案涉及包含約10wt%_約30wt%的可發(fā)泡水泥組合物、約70wt%-約90wt%的骨料的混凝土混合物。骨料，如本領(lǐng)域已知的，可以為但不限于，碎石、巖石和/或砂。如本領(lǐng)域已知的，確切的比例根據(jù)制備的混凝土的類型而變化。
[0046]如上面所討論的可發(fā)泡水泥組合物一樣，本發(fā)明的混凝土混合物可以包含混凝土領(lǐng)域已知的添加劑。這種添加劑包括，但不限于，促進(jìn)劑、緩凝劑、增塑劑、顏料、緩蝕劑、分散劑和其它添加劑，例如且包括上面所討論的那些?？梢詾榱吮绢I(lǐng)域已知的目的和以本領(lǐng)域已知的它們的一般用量使用這些添加劑。可以通過任何適合的方法完成向所述水泥組合物中添加添加劑。
[0047]如上面針對本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物所討論的，將本發(fā)明的混凝土混合物(骨料和水泥)與水徹底混合以形成水泥漿。這啟動了導(dǎo)致所述水泥固化和凝固的化學(xué)反應(yīng)。在其發(fā)生和混凝土硬化之前，可以將所述混凝土漿體倒入工作區(qū)中，如上面所討論的，由此其將以期望的形狀或位置硬化。
[0048] 與本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物相同，本發(fā)明的混凝土混合物可以以與通常對于混凝土已知的相同的方式和相同的用途使用。這包括上述用途以及本領(lǐng)域已知的其它用途。由此，本發(fā)明的混凝土混合物可用于其中所述混凝土漿體被移動到工作區(qū)中并使其凝固的作業(yè)。如本領(lǐng)域已知的，灌漿漿體將包含與上面針對水泥所討論的相同比例的水。在一個實施方案中，本發(fā)明提供了使用本發(fā)明的混凝土混合物來鞏固如上面所述的地下工作區(qū)或地層的方法。所述地下工作區(qū)或地層可以是天然地層或如上面所討論的人造結(jié)構(gòu)。對于井，所述鞏固可以為井的初次或二次鞏固。
[0049]本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物也可以用于灌漿。如本領(lǐng)域已知的，灌漿通常包含水泥、砂和，任選地，一種或多種顏料以及其它灌漿添加劑。本發(fā)明的一個實施方案為包含約15wt%-約55wt%的可發(fā)泡水泥組合物，和約45wt%-85wt%的砂的灌衆(zhòng)。灌衆(zhòng)，雖然具有與混凝土類似的成分，但流動性更好并具有比混凝土更大的可塑性。例如，在美國專利
5,241, 993; 5, 454, 866; 5, 769, 939; 5, 803, 665;和 6，251，179 中記述了各種灌漿。
[0050]如上面所討論的可發(fā)泡水泥組合物一樣，本發(fā)明的灌漿可包含灌漿領(lǐng)域已知的添加劑。這種添加劑包括，但不限于，促進(jìn)劑、緩凝劑、增塑劑、緩蝕劑、分散劑和其它添加劑，例如且包括上面所討論的那些。可以為了本領(lǐng)域已知的目的和以本領(lǐng)域已知的它們的一般用量使用這些添加劑?？梢酝ㄟ^任何適合的方法完成向所述水泥組合物中添加添加劑。[0051 ] 本發(fā)明的灌漿可以以與通常對于灌漿已知的相同的方式和相同的用途來使用。這包括上面記述的用途以及本領(lǐng)域已知的其它用途。由此，本發(fā)明的灌漿可用于其中所述灌漿漿體被移動到工作區(qū)中并使其凝固的作業(yè)?？梢詫⒐酀{與水徹底混合以形成灌漿漿體，本發(fā)明的另一實施方案。這啟動了導(dǎo)致所述灌漿中的水泥固化和凝固的化學(xué)反應(yīng)。在其發(fā)生和所述灌漿硬化之前，可以將所述灌漿漿體倒入工作區(qū)中，如上面所討論的，由此其將以期望的形狀或位置硬化。如本領(lǐng)域已知的，灌漿漿體將包含與上面針對水泥所討論的相同比例的水。因此，本發(fā)明的一個實施方案提供了形成灌漿結(jié)構(gòu)的方法，其包括步驟:將水添加到本發(fā)明的灌漿中以形成灌漿漿體，將所述灌漿漿體引入工作區(qū)中；和使所述灌漿漿體在所述工作區(qū)中凝固。在一個實施方案中，本發(fā)明提供使用本發(fā)明的灌漿來鞏固如上面所述的地下工作區(qū)或地層的方法。所述地下工作區(qū)或地層可以是天然地層或如上面所討論的人造結(jié)構(gòu)。對于井，所述鞏固可以是所述井的初次或二次鞏固。
[0052]在另一實施方案中，本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物、混凝土混合物或灌漿可用于土灌漿和穩(wěn)定土的方法。土灌漿表示為了增加所述區(qū)域的強(qiáng)度和承重特性和為了密封灌漿區(qū)域中的水或液體流動，而穩(wěn)定砂、土、地基或類似的基體的方法。土灌漿和使用它們的方法在本領(lǐng)域是已知的，例如，在美國專利3，706，581中所述。術(shù)語“土”在本文用來指具有足夠孔隙度以允許通過本發(fā)明的方法浸潰的任何地質(zhì)物質(zhì)。在許多土木工程、采礦和鉆井作業(yè)中，通過用具有粘合作用的物質(zhì)浸潰、混合或?qū)⑵渥⑷胪林衼盱柟趟缮⑼潦鞘种匾摹⒈景l(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物、混凝土混合物或灌漿用于土灌漿滿足了對可以被注入到多孔土地中以便形成充分致密和不滲透性塊的組合物的需要。由此，本發(fā)明的另一實施方案涉及穩(wěn)定土的方法，其包括步驟:將水添加到本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物、本發(fā)明的混凝土混合物或本發(fā)明的灌漿中以形成漿體；將所述漿體注入土中；和使所述漿體在所述土中硬化以形成固體塊。
[0053]還可以設(shè)想，本發(fā)明的可發(fā)泡水泥組合物、混凝土混合物或灌漿，可被包裝在不透水的袋或容器中。
實施例[0054]下面的實施例是說明性的，不應(yīng)被解釋為限制本發(fā)明或其權(quán)利要求的范圍。使用由切割約2-3英寸長的具有1-1.5英寸的內(nèi)徑值的PVC管制成的水泥模具完成實施例。模具的底部是用可去除的塑料膜制成。在250mL的玻璃燒杯中，將水泥配制物與水/表面活性劑混合物混合并穩(wěn)定攪拌。通過補(bǔ)充用于制備所述硬化產(chǎn)品的水/表面活性劑溶液來將表面活性劑添加在所有測試用例中。通過將市售濃縮清潔劑添加到用于測試的所有水中來制備所述包含表面活性劑的水。將清潔劑以I滴液體肥皂:10mL水的比例添加到水中。一旦所述配制物達(dá)到適當(dāng)?shù)某矶龋ㄟ^輕輕拍打?qū)⑵滢D(zhuǎn)移到模具中并使其凝固。測量試樣的最終高度以及模具的內(nèi)徑，以計算水泥的密度。然后為了在凝固過程中保持高濕度，將樣品保存在還包含敞開的一小燒杯水的聚乙烯袋中。
[0055]通過將每個樣本放在手動液壓臺式雕刻壓機(jī)中并記錄所述水泥樣品失效時以磅計量的力來測定所述樣品的抗壓強(qiáng)度。使用各個試樣的橫截面積計算按磅計量的抗壓強(qiáng)度。在測試之前將所有樣品在環(huán)境條件下老化30天或更長。
[0056]實施例1
將市售混凝土、50g的Quikrete? Concrete Mix (N0.1101), 一種娃酸鹽水泥(10-30wt%)、砂(70-90wt%)和石灰(0-5%wt%)的共混物，與占最終配制物重量的0.0-0.6%的100微米和更小尺寸的粉末狀鈉硅化物混合。表1顯示了每個樣品的組成、添加的水/表面活性劑、模具值、最終的密度和抗壓強(qiáng)度。結(jié)果表明，在0.2-0.6%的硅化物含量下添加鈉硅化物在此使所述混凝土的密度降低了超過20%，同時產(chǎn)生了符合該類型的體系的強(qiáng)度對密度的結(jié)果(如下面討論的)。圖1顯示了在所述實施例中制備的硬化的混凝土的代表性試樣。如從圖1中可以看出的，鈉硅化物的添加通過生成均勻的多孔混凝土產(chǎn)品而降低了水泥密度。
[0057]表1:包含鈉硅化物的Quikr ete?混凝土
【權(quán)利要求】
1.可發(fā)泡水泥組合物，其包含: 約99.999wt%-約98.5wt%的水泥，和 約0.001wt%-約1.5 wt%的金屬硅化物或金屬硅化物的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可發(fā)泡水泥組合物，其中 所述水泥選自API級水泥、用于油田應(yīng)用的水泥、水硬水泥、礦洛水泥和其混合物；和所述金屬硅化物或金屬硅化物的混合物為選自鋰硅化物、鈉硅化物、鉀硅化物，和其混合物的堿金屬硅化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可發(fā)泡水泥組合物，其中所述堿金屬硅化物為涂層粉末。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的可發(fā)泡水泥組合物,其進(jìn)一步包含約0.lwt%-約3wt%的表面活性劑。
5.形成水泥結(jié)構(gòu)的方法，其包括步驟: 將水添加到可發(fā)泡水泥組合物中以形成漿體， 其中所述泡沫水泥組合物包含 約99.999wt%-約98.5wt%的水泥，和 約0.001wt%-約1.5wt%的金屬硅化物或金屬硅化物的混合物； 將漿體形式的泡沫水泥組合物引入工作區(qū)中；和 使泡沫水泥組合物在工作區(qū)中凝固。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法， 其中 所述水泥選自API級水泥、用于油田應(yīng)用的水泥、水硬水泥、礦洛水泥和其混合物；和所述金屬硅化物或金屬硅化物的混合物為選自鈉硅化物、鉀硅化物和其混合物的堿硅化物。
7.鞏固地下地層的方法，其包括步驟: 將漿體形式的泡沫水泥組合物引入地下地層中， 其中所述泡沫水泥組合物包含 約99.999wt%-約98.5wt%的水泥，和 約0.001wt%-約1.5wt%的金屬硅化物或金屬硅化物的混合物，和 足以形成漿體的水；和 使所述泡沫水泥組合物在地下地層中凝固。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，在所述引入步驟之前，其進(jìn)一步包括步驟: 將水添加到可發(fā)泡水泥組合物中以形成所述漿體。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中 所述水泥選自API級水泥、用于油田應(yīng)用的水泥、水硬水泥和其混合物；和所述金屬硅化物或金屬硅化物的混合物為選自鈉硅化物、鉀硅化物和其混合物的堿金屬硅化物。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一項所述的鞏固地下地層的方法，其中所述地下地層為井，其包括井筒和在井筒內(nèi)垂直延伸的管，并且所述引入步驟將泡沫水泥組合物的漿體引入位于所述管與所述井的井筒之間的環(huán)隙內(nèi)的垂直延伸的柱中。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一項所述的鞏固地下地層的方法，其中所述地下地層為井，并且所述方法為所述井的二次鞏固。
12.混凝土混合物，其包含: 約10 wt%-約30 wt%的可發(fā)泡水泥組合物，其中干的可發(fā)泡水泥組合物包含約99.999wt%-約98.5 wt%的水泥，和約0.001 wt%-約1.5 wt%的金屬硅化物或金屬硅化物的混合物； 約70 wt%-90 wt%的骨料；和 最聞約20 wt%的一種或多種添加劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的混凝土混合物，其中 所述水泥選自API級水泥、用于油田應(yīng)用的水泥、水硬水泥、礦渣水泥，和其混合物； 所述金屬硅化物或金屬硅化物的混合物為選自鈉硅化物、鉀硅化物和其混合物的堿金屬硅化物，和 所述骨料選自碎石、巖石、砂和其混合物。
14.形成混凝土結(jié)構(gòu)的方法，其包括步驟: 將水添加到根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的混凝土混合物中以形成混凝土漿體， 將所述混凝土漿體引入工作區(qū)中；和 使所述泡沫水泥組合物在所述工作區(qū)中凝固。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的形成灌漿結(jié)構(gòu)的方法，其中所述工作區(qū)為井，其包括井筒和在井筒內(nèi)垂直 延伸的管，并且所述引入步驟將所述混凝土漿體引入位于所述管與所述井的井筒之間的環(huán)隙中的垂直延伸的柱中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的形成灌漿結(jié)構(gòu)的方法，其中所述方法為所述井的二次鞏固。
17.灌漿，其包含: 約15wt%-約55wt%的可發(fā)泡水泥組合物，其中所述可發(fā)泡水泥組合物包含約99.999wt%-約98.5wt%的水泥,和約0.001wt%-約l%wt%的金屬娃化物或金屬娃化物混合物；和 約 45wt%_85wt% 的砂。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的灌漿，其中 所述水泥選自API級水泥、用于油田應(yīng)用的水泥、水硬水泥、礦洛水泥,和其混合物；和所述金屬硅化物或金屬硅化物的混合物為選自鈉硅化物、鉀硅化物和其混合物的堿金屬硅化物。
19.形成灌漿結(jié)構(gòu)的方法，其包括步驟: 將水添加到根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的灌漿中以形成灌漿漿體， 將所述灌漿漿體引入工作區(qū)中；和 使所述灌漿漿體在所述工作區(qū)中凝固。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的形成灌漿結(jié)構(gòu)的方法，其中所述工作區(qū)為井，其包括井筒和在井筒內(nèi)垂直延伸的管，并且所述引入步驟將所述灌漿的漿體引入位于所述管與所述井的井筒之間的環(huán)隙中的垂直延伸的柱中。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的形成灌漿結(jié)構(gòu)的方法，其中所述方法為所述井的二次鞏固。
22.穩(wěn)定土的方法，其包括步驟:將水添加到根據(jù)權(quán)利要求1所述的可發(fā)泡水泥組合物、根據(jù)權(quán)利要求12所述的混凝土混合物或根據(jù)權(quán)利要求15所述的灌漿中以形成漿體； 將所述漿體注入土中；和 使所述漿體在土中硬化以形成固體 塊。
【文檔編號】C04B7/02GK103889918SQ201280039769
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月14日
【發(fā)明者】J.S.法爾孔, P.H.克魯姆賴恩, M.勒芬菲爾德 申請人:西格納化學(xué)有限責(zé)任公司