MX2009001399A - Formulacion y aplicacion de geopolimero bombeable para almacen de dioxido de carbono. - Google Patents

Abstract

La invención proporciona composiciones geopoliméricas pretendidas para su uso en inyección de dióxido de carbono o pozos de producción o depósitos de almacenamiento y de preferencia en condiciones de dióxido de carbono supercríticas. La composición geopolimérica se forma a partir de una suspensión que comprende una fuente de aluminosilicato, un fluido portador, un activador tomado de la lista constituida por: un silicato de metal, un aluminato de metal, un activador álcali, o una combinación de los mismos, y un retardante capaz de retardar los tiempos de aglutinación y/o fraguado de la suspensión y/o un acelerador capaz de acelerar los tiempos de aglutinación y/o fraguado de la suspensión, en donde el metal es un metal álcali y la relación molar de óxido M2O/SiO2 es mayor que 0.20, en donde M es el metal.

Description

FORMULACIÓN Y APLICACIÓN DE GEOPOLÍMERO BOMBEABLE PARA ALMACÉN DE DIÓXIDO DE CARBONO Campo de la invención La presente invención se relaciona ampliamente con la cementación de pozos. De manera más particular, la invención se relaciona con una composición de geopolímero y un método relacionado para colocar la composición de geopolímero en un ambiente supercrítico de dióxido de carbono, tal como, por ejemplo, un depósito para almacenamiento de gas de dióxido de carbono.

Descripción de la Técnica Anterior El contenido de dióxido de carbono atmosférico de la Tierra [C02] se incrementa como resultado de emisiones ya sean naturales o artificiales. Este C02 permanece en la atmósfera durante varias décadas, y se elimina lentamente a través de depresiones naturales (océanos, vegetación y suelos) que almacenan C02 durante un periodo indefinido de tiempo. No obstante, ha quedado claro para muchos científicos que los humanos deben trabajar para disminuir los efectos antropogénicos , principalmente aquellos derivados de la quema de combustibles fósiles. Los combustibles fósiles producen una gran cantidad de emisiones de C02 (40% en masa para carbón) . Se están desarrollando maneras innovadoras para reducir la emisión de C02 y su impacto en el clima y medio ambiente, pero, en realidad, los planes más posibles son las soluciones para capturar y almacenar emisiones de C02 -también llamado secuestro de C02 -, pero requerirá una vasta investigación en infraestructura y medidas considerables para reducir su costo. Esta separación y compresión de C02 de las corrientes de emisiones sigue siendo la parte más extensa del proceso y puede ocurrir antes o después del proceso de combustión. En la actualidad, el proceso más usado ampliamente se basa en la absorción química para capturar C02 a partir de gas de combustión. Para la parte de almacenamiento, hay varias maneras de almacenar C02 : grandes profundidades oceánicas, depósitos salinos, depósitos agotados de petróleo, depósitos agotados de gas, depósitos de lechos carboníferos. El almacenamiento oceánico representa el más amplio potencial para almacenamiento de carbono, pero se piensa que implica un nivel más elevado de riesgo ambiental. Las cuatro restantes son opciones de almacenamiento geológico, de las cuales, se calcula que las depósitos salinos cuentan con la mayor capacidad (10,000 millones de toneladas métricas de carbono) . Las emisiones globales anuales en el año 2000 fueron de 6.2 mil millones de toneladas métricas. Por consiguiente, su vasta experiencia en el manejo de depósitos y su extensa gama de tecnologías, la industria petrolífera y de gas se aboca a tomar un papel principal en el almacenamiento de C02 en los yacimientos geológicos, tales como depósitos agotados, rocas acuíferas salinas en las profundidades y lechos carboníferos. El almacenamiento geológico de C02 será más eficiente si está en condiciones supercríticas . El dióxido de carbono tiene una baja temperatura crítica de 31°C y una presión crítica moderada de 73.8 bares. Generalmente, esto significa que se requieren profundidades de almacenamiento de 600 m o más. El almacenamiento de C02 en la sub-superficie requiere varias tecnologías y tipos de especialidades para distinguir la zona de almacenamiento y estratos circundantes, para perforar y colocar sondeos de forma precisa, para diseñar y construir instalaciones superficiales, para monitorear pozos y campos, y para optimizar los sistemas. En la construcción de pozos, usualmente se usa cemento convencional para asegurar y soportar la tubería de revestimiento dentro del pozo e impedir la comunicación de fluidos entre las diversas capas subterráneas que contienen fluidos o la producción de fluidos no deseados dentro del pozo. El aislamiento prolongado y la integridad de los pozos de inyección de C02 claramente necesitan mejorarse para garantizar la seguridad ambiental a largo plazo. La falla del material usado en el intervalo de inyección y en la parte superior puede crear canales preferenciales para la migración de dióxido de carbono a la superficie. Esto puede ocurrir en una distribución temporal mucho más rápida que las fugas geológicas. La construcción de pozos de inyección de C02 comienza con la perforación, seguida de la terminación del pozo antes de iniciar las operaciones de inyección de C02. En el armazón de la terminación del pozo, la fase de terminación garantiza el aislamiento del pozo del depósito a la superficie y aislamiento entre yacimientos geológicos. Un problema técnico crucial en el secuestro de C02 es la resistencia química al C02 con el paso del tiempo del material usado para la terminación. En el secuestro de C02, el dióxido de carbono debe mantenerse en condiciones supercríticas en todo momento. Sin embargo, se sabe que el cemento convencional usado para la terminación, como los sistemas con base en cemento Portland, que se usan durante de fase de cementación del pozo, no es estable en ambientes de C02 supercríticos . Este tipo de cemento tiende a degradarse considerablemente una vez expuesto a tales gases ácidos. La optimización de sistemas avanzados que permitan aislamiento a largo plazo es crítica para permitir sitios de almacenamiento subterráneos seguros y eficientes para dióxido de carbono y, de este modo, mantener el gas de invernadero fuera de la atmósfera durante largo tiempo. Actualmente, no se conoce la durabilidad del cemento con el paso de cien años. Las soluciones de la técnica anterior han presentado una tendencia a minimizar el proceso de degradación de la matriz de cemento bajo ambientes de C02 supercríticos ; sin embargo, no existe ninguna solución que detenga totalmente el proceso de degradación de la matriz de cemento . Por lo tanto, permanece la necesidad de un material que se desempeñe como el cemento en términos de dureza, capacidad de bombeado y capacidad de fraguado, previsto para su uso en pozos de inyección de C02 o depósitos de almacenamiento y, de preferencia, en condiciones de C02 supercríticas . Los geopolímeros son una nueva clase de materiales que se forman mediante disolución química y recondensación subsiguiente de varios óxidos de aluminosilicato y silicatos para formar una estructura de armazón tridimensional amorfa. Por consiguiente, un geopolímero es un polímero mineral de aluminosilicato tridimensional. El término geopolímero se propuso y usó por primera vez por J. Davidovits (Síntesis de nuevos geopolímeros de alta temperatura para compuestos/plásticos reforzados, SPE PACTEC 79, Sociedad de Ingenieros Plásticos) en 1976 en el Simposio Internacional de la IUPAC sobre Macromoléculas celebrado en Estocolmo. Los geopolímeros con base en aluminosilicatos se denominan como poli (sialatos) , que es una abreviatura de poli (silico-oxo-aluminato) o ( -Si-O-Al-O- ) n (con n siendo el grado de polimerización) . La red sialato consiste de los tetraedros SiO4 y A104 vinculados alternativamente al compartir todos los oxígenos con Al3+ y Si4+ en coordinación multiplicada por IV con el oxígeno. Los iones positivos (Na+, K+, Li+, Ca2+...) deben estar presentes en las cavidades del armazón para equilibrar la carga negativa de Al3+ en coordinación multiplicada por IV. La fórmula empírica de los polisialatos es: Mn { - (Si02) Z-A102}n, w H20, en donde M es un catión tal como potasio, sodio o calcio, n es un grado de polimerización y z es la proporción atómica de Si/Al que puede ser 1, 2, 3 ó más, hasta 35, como se conoce actualmente. Los geopolímeros de red tridimensional (3D) se resumen en la tabla 1 en lo siguiente.

Tabla 1 : Denominación química de geopolímeros (en donde M es un catión tal como potasio, sodio o calcio, y n es un grado de polimerización) . Las propiedades y campos de aplicación de los geopolímeros dependerán principalmente de su estructura química y, de manera más particular, de la proporción atómica del silicio contra aluminio. Se ha investigado a los geopolímeros para su uso en varias aplicaciones, incluyendo tanto sistemas de cementación dentro de la industria de la construcción, como materiales refractarios y encapsulantes para corrientes de desperdicios tóxicos y radioactivos. También se hace referencia a los copolímeros como materiales de fraguado y endurecimiento rápidos . Éstos muestran dureza y estabilidad química superiores. Los solicitantes han tomado ventaja de su conocimiento sobre composiciones geopoliméricas en términos de aplicación en la industria de campos petrolíferos y, de manera más precisa, en pozos, en general, para formular la composición geopolimérica particular prevista para su uso en pozos de inyección de C02 o depósitos de almacenamiento y, de preferencia, en condiciones de C02 supercríticas .

Compendio de la invención De acuerdo con la invención, una suspensión que comprende: una fuente de aluminosilicato, un fluido portador, un activador tomado de la lista constituida por: un silicato de metal, un aluminato de metal, un activador álcali, o una combinación de los mismos, y un retardante capaz de retardar los tiempos de aglutinación y/o fraguado de la suspensión y/o un acelerador capaz de acelerar los tiempos de aglutinación y/o fraguado de la suspensión, en donde el metal es un metal álcali y la relación molar de óxido de M20/SÍ02 es mayor que 0.20, en donde M es el metal. De preferencia, la relación molar de óxido M20/Si02 es mayor que o igual a 0.27. Ninguno de los cuatro componentes necesita forzosamente agregarse por separado: por ejemplo, el activador álcali puede estar previamente dentro de un fluido portador. De este modo, la fuente de aluminosilicato puede estar en la forma de un componente sólido; el silicato de metal puede estar en la forma de un sólido o una mezcla de silicato de metal dentro de un fluido portador; el activador álcali puede estar en la forma de un sólido o de una mezcla del activador álcali dentro de un fluido portador. Lo importante es tener un fluido portador para hacer una la suspensión si la fuente de aluminosilicato, silicato de metal y activador álcali se encuentran en estado sólido. Si la fuente de aluminosilicato y el silicato de metal se encuentran en estado sólido y el activador álcali se encuentra en estado líquido, se considera que el activador álcali ya tiene dentro un fluido portador. Además, como se entiende, no se requiere la unidad del fluido portador, pueden usarse dos o más fluidos portadores. La composición de geopolímero tiene tales propiedades reológicas que la suspensión de tal composición de geopolímeros tiene una buena capacidad de bombeo y estabilidad. Una composición bombeable en la industria de campos petrolíferos tiene una reología menor que o igual a 300 cP, de preferencia en otra modalidad menor que o igual a 250 cP, de mayor preferencia en otra modalidad menor que o igual a 200 cP. Además, la suspensión elaborada es una suspensión estable. La composición geopolimérica puede mezclarse y bombearse; por consiguiente, son posibles las aplicaciones en pozos en general . La composición geopolimérica de la invención es tal que la suspensión es resistente al dióxido de carbono y/o dióxido de carbono supercrítico y/o además a gases ácidos o componentes corrosivos, como H2S, y también la composición geopolimérica de fraguado es resistente al dióxido de carbono y/o dióxido de carbono supercrítico y/o además de gases ácidos o componentes corrosivos, como H2S . En una modalidad, el retardante se selecciona del grupo constituido de un compuesto que contiene boro, lignosulfato, gluconato de sodio, glucoheptonato de sodio, ácido tartárico y compuestos que contienen fósforo. De preferencia, el retardante es un borato de metal álcali hidratado o anhidro o un óxido puro de boro. De mayor preferencia, el retardante es un decahidrato de pentaborato de sodio, ácido bórico, o un bórax. El control del tiempo de fraguado es aquí eficiente a partir de 20°C a 120°C. El decahidrato de pentaborato de sodio y bórax son capaces de controlar el tiempo de fraguado a partir de 20°C, de preferencia a partir de 25 °C. Cuando el retardante es un compuesto que contiene boro, la suspensión de tal composición geopolimérica tiene una relación molar de óxido de B203/H20 menor que 0.03. De mayor preferencia, la composición geopolimérica tiene una relación molar de óxido de B203/H20 menor que o igual a 0.02. En otra modalidad, el acelerador es un compuesto que contiene un metal álcali como litio. De preferencia, el acelerador es una sal de litio. De mayor preferencia, el acelerador es un cloruro de litio. El control del tiempo de fraguado es aquí eficiente a partir de 20°C a 120°C. Cuando el acelerador es un compuesto que contiene litio, la suspensión de tal composición geopolimérica tiene una relación molar de óxido de Li20/H20 menor que 0.2. De mayor preferencia, la composición geopolimérica tiene una relación molar de óxido de Li20/H20 menor que o igual a 0.1. La composición geopolimérica de acuerdo con la invención es de preferencia poli (sialato) , poli (sialato-siloxo) o poli ( sialato-disiloxo) . De mayor preferencia, las composiciones geopoliméricas son componentes de poli (sialato-siloxo) y, por consiguiente, la proporción atómica de silicio/aluminio entre 1.8 y 2.2, de mayor preferencia es sustancialmente igual a dos. La composición geopolimérica de acuerdo con la invención usa la fuente de aluminosilicato, la cual se selecciona del grupo constituido de ceniza suelta tipo C de AS M, ceniza suelta tipo F de ASTM, escoria de altos hornos molida, arcilla calcinada, arcilla parcialmente calcinada (tales como metacaolín) , humo de sílice que contiene aluminio, aluminosilicato neutral, polvo de vidrio de aluminosilicato sintético, zeolita, escoria, alófono, bentonita y piedra pómez. De preferencia, la concentración geopolimérica se elabora con metacaolín, escoria de altos hornos granulada molida y/o ceniza suelta. De preferencia, la concentración geopolimérica se elabora con metacaolín, escoria de altos hornos granulada molida y/o ceniza suelta. Si se desea, pueden usarse también mezclas de dos o más fuentes de aluminosilicato. La composición geopolimérica de acuerdo con la invención usa un silicato de metal, con el metal seleccionado del grupo constituido de litio, sodio, potasio, rubidio y cesio. De preferencia, el metal es sodio o potasio. En otra modalidad, los silicatos de metal pueden reemplazarse con silicatos de amonio. El silicato de metal puede encapsularse en otra modalidad. La composición geopolimérica de acuerdo con la invención usa un activador álcali, por ejemplo, un hidróxido de metal álcali. De preferencia, el hidróxido de metal álcali es hidróxido de sodio o potasio. El activador álcali y/o el silicato de metal y/o el fluido portador pueden encapsularse. Los carbonatos álcali también pueden usarse como el activador álcali. También, el activador álcali puede encapsularse en otra modalidad. La composición geopolimérica de acuerdo con la invención usa un fluido portador que de preferencia es una solución acuosa como agua. Para controlar la densidad de la composición geopolimérica, puede agregarse una partícula de peso ligero y/o un material de gran peso. Las partículas de peso ligero también llamadas rellenos se seleccionan del grupo constituido de: cenoesferas, vidrio de borosilicato de sodio/calcio, y microesferas de sílice/alúmina. Las partículas de gran peso también llamadas agentes de ponderación se seleccionan típicamente del grupo constituido de: tetróxido de manganeso, óxido de hierro (hematita) , sulfato de bario (barita) , sílice y óxido de hierro/titanio (ilmenita) . Las composiciones de geopolímero también pueden formarse al hacer espumar la suspensión de tal composición geopolimérica con un gas como por ejemplo aire, nitrógeno o dióxido de carbono. La composición geopolimérica puede comprender además un aditivo generador de gas que introducirá la fase gaseosa en la suspensión. De preferencia, la densidad de la suspensión de tales composiciones de lechada geopoliméricas varía entre 1 gramo por centímetro cúbico y 2.5 gramos por centímetro cúbico, de mayor preferencia entre 1.2 gramos por centímetro cúbico y 1.8 gramos por centímetro cúbico . En otra modalidad, la composición geopolimérica comprende además un aditivo seleccionado del grupo constituido de: un activador, un antiespumante, un despumador, sílice, un aditivo de control de pérdida de fluidos, un agente intensificador de flujo, un dispersante, un modificador de reología, un agente espumante, un tensioactivo y un aditivo antifraguado. En otra modalidad, cuando la composición geopolimérica comprende diversas partículas de varios tipos, como por ejemplo, diferentes fuentes de aluminosilicato y/o partículas de peso ligero y/o partículas pesadas, el tamaño de las partículas de los componentes se ha seleccionado y la proporción respectiva de fracciones de las partículas se ha optimizado para tener al mismo tiempo la Fracción de Volumen de Empaquetamiento (PVF) más elevada del sólido, y obtener una lechada que se pueda mezclar y bombear al usar la cantidad mínima de agua, es decir, en la Fracción de Volumen de Sólidos (SVF) de la lechada de 35-75% y, de preferencia, de 50-60%. De acuerdo con otro aspecto de la invención, se describe un método para colocar una composición geopolimérica en una parte de un pozo de sondeo en presencia de dióxido de carbono, el método comprende: (i) proporcionar una suspensión de la composición geopolimérica como se describe en lo anterior, (ii) bombear tal suspensión a la parte del pozo de sondeo, y (iii) permitir que la suspensión de tal composición geopolimérica se fragüe y, por medio de ello, formar la composición geopolimérica dentro de tal parte del sondeo. Además, la etapa de permitir que la composición geopolimérica se endurezca puede llevarse a cabo en presencia de dióxido de carbono y, por otro lado, el método puede comprender la etapa de exponer la composición geopolimérica a dióxido de carbono. El método aplica también al dióxido de carbono que se encuentra en estado supercrítico, y también para una temperatura de 20°C a 100°C. De preferencia, la etapa de bombear la suspensión de tal composición geopolimérica se realiza con equipo de cementación de pozos convencional, familiar para aquellos con experiencia en la técnica. El método aplica como una técnica de cementación principal para la cementación pozos, donde la composición geopolimérica se bombea en forma descendente a través de un tubo hasta la zapata a partir de la cual fluye de forma ascendente al espacio anular entre la tubería de revestimiento/tubo interior y el pozo de sondeo. Una técnica de cementación de circulación inversa también puede usarse para colocar la composición de geopolímeros en la profundidad deseada en el pozo de sondeo. Además, el bombeado y colocación de la suspensión de geopolímero bajo tierra abarca otras técnicas diversas convencionales de cementación, tales como inyección de lechada a presión de los pilotes de la plataforma, faldones o similares, la operación de aplicación de presión para la reparación o taponamiento de una fuga, perforación, formación no deseada o similares, y el fraguado de un tapón de composición de geopolímero para cualquier propósito de un tapón de cementación.

Breve descripción de los dibujos Las modalidades adicionales de la presente invención pueden entenderse con los dibujos anexos: • La Figura 1 muestra una vista esquemática del contenedor supercrítico de C02 para la prueba de cemento resistente al C02. · La Figura 2 muestra el impacto de la temperatura en el tiempo de aglutinación de las formulaciones de geopolímero . • La Figura 3 muestra el impacto de la adición del acelerador en el tiempo de aglutinación de las formulaciones de geopolímero.

Descripción detallada De acuerdo con la invención, las formulaciones de geopolímero tienen que ver con el uso de una fuente de aluminosilicatos , un silicato de metal y un activador álcali en un fluido portador en una temperatura próxima a la ambiente. El fluido portador es de preferencia una solución de agua dulce. Como se ha expresado previamente, ninguno de los 4 componentes necesita agregarse por separado forzosamente. Por ejemplo, el activador álcali puede estar previamente dentro del agua. De este modo, la fuente de aluminosilicato puede estar en la forma de un componente sólido; el silicato de metal puede estar en la forma de un sólido o una solución acuosa de silicato de metal; el activador álcali puede estar en la forma de un sólido o de una solución acuosa del activador álcali . La formación del concreto de geopolímero tiene que ver con una fuente de aluminosilicatos , que también se denomina aglutinante de aluminosilicato: Ejemplos de fuentes de aluminosilicatos a partir de las cuales pueden formarse los geopolímeros incluyen ceniza suelta tipo C de ASTM, ceniza suelta tipo F de ASTM, escoria de altos hornos molida, arcilla calcinada, arcilla parcialmente calcinada (tales como metacaolín) , humo de sílice que contiene aluminio, aluminosilicato neutral, polvo de vidrio de aluminosilicato sintético, zeolita, escoria, alófono, bentonita y piedra pómez . Estos materiales contienen una proporción importante de fase de aluminosilicato amorfa, la cual reacciona en soluciones concentradas álcali. Los aluminosilicatos preferidos son ceniza suelta, metacaolín y escoria de altos hornos. Si se desea, pueden usarse también mezclas de dos o más fuentes de aluminosilicato . En otra modalidad, el componente de aluminosilicato comprende un primer aglutinante de aluminosilicato y, opcionalmente , uno o más componentes aglutinantes que pueden elegirse en la lista: escoria de altos hornos granulada molida, cemento Portland, caolín, metacaolín o humo de sílice. La formación del concreto de geopolímero tiene que ver también con un activador álcali. El activador álcali es generalmente un hidróxido de metal álcali. Los hidróxidos de metales álcali se prefieren generalmente como hidróxido de sodio y potasio. El hidróxido de metal puede estar en la forma de un sólido o una mezcla acuosa. También, el activador álcali puede encapsularse en otra modalidad. Cuando se encuentra en estado sólido y/o líquido, el activador álcali puede retenerse en una cápsula que se romperá cuando, por ejemplo, se someta a tensión en la cápsula, a radiación en la cápsula. Asimismo, cuando se encuentra en estado sólido y/o líquido, el activador álcali puede retenerse en una cápsula que se destruirá naturalmente debido al hecho de que, por ejemplo, la cápsula esté fabricada de material biodegradable o autodestructivo . También, cuando se encuentra en estado líquido, el activador álcali puede absorberse en un material poroso y se liberará después de cierto tiempo o debido a un evento predefinido.

La formación del concreto de geopolímero tiene que ver también con un silicato de metal. El silicato de metal es generalmente un silicato de metal álcali. Se prefieren los silicatos de metales álcali particularmente silicato de sodio o silicato de potasio. Se prefieren los silicatos de sodio con una relación molar de Si02/Na20 igual a o menor que 3.2. Se prefieren los silicatos de potasio con una relación molar de Si02/K20 igual a o menor que 3.2. Asimismo, el silicato de metal puede encapsularse en otra modalidad. De acuerdo con la invención, las composiciones geopoliméricas típicas en términos de relaciones molares de óxido, caen en los márgenes: Si02/Al203 comprendido entre 2.3 y 6 M20/Si02 comprendido entre 0.2 y 0.50 M20/A1203 comprendido entre 0.8 y 1.2 H20/M20 comprendido entre 8 y 23. De acuerdo con una modalidad preferida de la invención, las composiciones geopoliméricas típicas en términos de relaciones molares de óxido, caen dentro de los márgenes: Si02/Al203 comprendido entre 3.5 y 5 M20/Si02 comprendido entre 0.27 y 0.3 M20/A1203 comprendido entre 1 y 1.2 H20/ M20 comprendido entre 10 y 20 El método de la invención se usará para aplicaciones de dióxido de carbono, de preferencia en la terminación de un sondeo de un depósito de almacenamiento o pozo de inyección de dióxido de carbono. Para usarse en aplicaciones de dióxido de carbono, tiene que formarse una suspensión de geopolímero bombeable del preparado mezclado con el fluido portador. Pueden agregarse diversos aditivos a la suspensión y la suspensión se bombea luego al pozo de sondeo. Entonces se permite que la suspensión se asiente en el pozo para proporcionar aislamiento zonal en el sondeo. Además, para fraguar la composición geopolimérica, ésta debe resistir con el tiempo al C02.

Método de colocación del geopolímero resistente al C02 Una propiedad de la composición de geopolímero es su capacidad para fraguar rápidamente, sin embargo, si se pretende su uso para un depósito de almacenamiento o pozo de inyección de dióxido de carbono, se necesita una suspensión de geopolímero que pueda mezclarse y bombearse. Por esta razón, debe encontrarse una manera para retardar la aglutinación de la suspensión de geopolímero o una manera para controlar los tiempos de aglutinación del geopolímero. Se ha descubierto una amplia familia de retardantes que permiten retrasar el fraguado del geopolímero. En la tabla 2, se reportan los resultados de las pruebas de tiempo de aglutinación de conformidad con las Prácticas Recomendadas por la ISO 10426-2 en un consistometro de Alta Temperatura/Alta Presión (HPHT) . Tales pruebas se realizan para simular la colocación de las suspensiones de cemento a partir de la superficie al fondo del pozo, en una Temperatura Circulante de Fondo del Pozo (BHCT) definida. Para realizar tales pruebas, se sigue un programa de aumento de temperatura para simular la colocación en un pozo real . Para las pruebas realizadas a 57°C, se alcanza la temperatura en 41 minutos y la presión final es de 33.8 MPa (4900 psi) . Para las pruebas realizadas a 85°C, se alcanza la temperatura en 58 minutos y la presión final es de 55.1 MPa (8000 psi) . Para las pruebas realizadas a 110°C, se alcanza la temperatura en 74 minutos y la presión final es de 75.9 MPa (11000 psi).

Tabla 2 : Ejemplos del tiempo de aglutinación de la ISO 10426-2 medido con un consistómetro HPHT (horas :min) obtenido con diferentes retardantes a diferente temperatura.

La muestra A2 se elabora al disolver la cantidad de retardante en 358 g de agua, agregar el preparado que comprende 314 g de metacaolín y 227 g de disilicato de sodio en la solución que se mezcla, agregar 17.2 g de hidróxido de sodio que se mezcla según la ISO 1026-2, verter la suspensión en la celda de HPHT. La muestra A2 se prueba luego al medir el tiempo de aglutinación con el consistómetro de HPHT. La muestra B2 se elabora al disolver la cantidad de retardante en 265 g de agua, agregar el preparado que comprende 232 g de metacaolín, 168 g de disilicato de sodio y 414 g de partículas de sílice como relleno en la solución que se mezcla, agregar 13 g de hidróxido de sodio que se mezcla según la ISO 10426-2, verter la suspensión en la celda de HPHT. La muestra B2 se prueba luego al medir el tiempo de aglutinación con el consistómetro de HPHT. La muestra C2 se elabora al disolver la cantidad de retardante en 422 g de solución de hidróxido de sodio, agregar el preparado que comprende 440 g de ceniza suelta tipo F y 88 g de disilicato de sodio en la solución que se mezcla, seguido de mezclar según la ISO 10426-2, verter la suspensión en la celda de HPHT. La muestra C2 se prueba luego al medir el tiempo de aglutinación con el consistómetro de HPHT. ¦ La muestra D2 se elabora al disolver la cantidad de retardante en 374 mL de agua, agregar el preparado que comprende 411 g de ceniza suelta tipo F y 82 g de disilicato de sodio en la solución que se mezcla a 4000 rpm, agregar 75 g de hidróxido de sodio que se mezcla según la ISO 10426-2, verter la suspensión en la celda de HPHT. La muestra D2 se prueba luego al medir el tiempo de aglutinación con el consistómetro de HPHT. El retraso de las formulaciones geopoliméricas puede controlarse y se controla a diferentes BHCT usando ya sea compuestos que contienen boro, como por ejemplo decahidrato de pentaborato de sodio, ácido bórico, bórax, o lignosulfonato, o compuestos que contienen fósforo, o una mezcla de los mismos . El retardo de las formulaciones de geopolímero será susceptible a la valencia de los compuestos que contienen boro o la valencia de fosfato para los compuestos que contienen fósforo y/o la concentración del retardante . En la tabla 3, se presentan los resultados obtenidos con el aparato Vicat con dos retardantes a base de boro. El aparato Vicat permite medir cuando el fraguado del material comienza (IST) y termina (FST) . Se basa en las mediciones de la penetración de una aguja en un material suave. A menudo, este aparato se usa para realizar estudios previos a temperatura ambiente y presión atmosférica.

Tabla 3 : Ejemplos de tiempo de fraguado inicial (horas :min) obtenido con diferentes retardantes con el aparato Vicat a temperatura ambiente y presión atmosférica.

La muestra A3 se elabora al disolver la cantidad de retardante en 139 g de solución de hidróxido de sodio, agregar el preparado que comprende 105 g de metacaolín, 48 g de metasilicato de sodio y 17 g de partículas de sílice como relleno en la solución que se mezcla. La muestra A3 se prueba luego al verter la suspensión en una celda Vicat para medir el tiempo de fraguado a 25 °C. La muestra B3 se elabora al disolver la cantidad de retardante en 358 g de agua, agregar el preparado que comprende 314 g de metacaolín y 227 g de disilicato de sodio en la solución que se mezcla, agregar 17.2 g de hidróxido de sodio que se mezcla según la ISO 10426-2. La muestra B3 se prueba luego al verter la suspensión en una celda Vicat para medir el tiempo de fraguado a 25 °C. El retardo de las formulaciones de geopolímero es susceptible a la temperatura. Sin embargo, dos retardantes a base de boro (decahidrato de pentaborato de sodio y bórax) son capaces de retardar de manera contundente diferentes tipos de suspensiones de geopolímero, incluso a 25°C. La Figura 1 ilustra el impacto de la temperatura en el tiempo de aglutinación para una composición de geopolímeros elaborada al agregar un preparado que comprende 411 g de ceniza suelta tipo F y 82 g de disilicato de sodio en 374 mL de agua que se mezcla (el retardante se disuelve previamente en esta agua) y al agregar 36.5 de hidróxido de sodio bajo el mezclado según la ISO 10426-2. De este modo, los retardantes son eficientes incluso a altas temperaturas para controlar el tiempo de aglutinación de la suspensión de geopolímero . El control del tiempo de aglutinación también puede realizarse por otros medios. Como un ejemplo, la naturaleza del activador álcali y su pH tienen un impacto en el tiempo de aglutinación. La tabla 4 ilustra la influencia del activador álcali en el tiempo de aglutinación de las suspensiones geopoliméricas . Esto demuestra la capacidad para seleccionar la fuente del activador álcali de acuerdo con las condiciones del fondo del pozo.

Muestra A4 B4 100 Be 0:53 >31 :00 Tabla 4 : Ejemplos del tiempo de aglutinación de la ISO 10426-2 medido con un consistómetro HPHT (horas :min) con diferentes activadores álcali medidos a 85 °C.

¦ La muestra A4 se elabora al agregar el preparado que comprende 314 g de metacaolín y 227 g de disilicato de sodio en 358 g de agua que se mezcla, agregar 17.2 g de hidróxido de sodio que se mezcla según la ISO 10426-2, verter la suspensión en la celda de HPHT. La muestra A4 se prueba luego al medir el tiempo de aglutinación con el consistómetro de HPHT. ¦ La muestra B4 se elabora al agregar el preparado que comprende 314 g de metacaolín y 227 g de disilicato de sodio en 357 g de agua que se mezcla, agregar 23.4 g de bicarbonato de sodio que se mezcla según la ISO 10426-2, verter la suspensión en la celda de HPHT. La muestra A4 se prueba luego al medir el tiempo de aglutinación con el consistómetro de HPHT. El control de los tiempos de aglutinación y fraguado mediante estos métodos de retardo también pueden llevarse a cabo de forma eficiente con geopolímeros que tienen diferente proporción de silicio/aluminio . Además, dependiendo de las propiedades del geopolímero, puede ser adecuado acelerar la aglutinación de la suspensión. La tabla 5 ilustra el efecto de aceleración de los compuestos de litio en el tiempo de aglutinación de las suspensiones geopoliméricas a una temperatura de 85°C. Esto demuestra la capacidad de usar sales de litio para controlar el tiempo de aglutinación de las suspensiones de geopolímero.

Tabla 5 : Ejemplos del tiempo de aglutinación de la ISO 10426-2 medido con un consistómetro HPHT (horas :min) obtenido con ceniza suelta tipo eF y aceleradores.

La muestra A5 se elabora al agregar el preparado que comprende 480 g de ceniza suelta tipo F superfina y 96 g de disilicato de sodio en 406 g de la solución de hidróxido de sodio que contiene un acelerador seguido del mezclado según la ISO 10426-2, verter la suspensión en la celda de HPHT. La muestra A5 se prueba luego al medir el tiempo de aglutinación con el consistómetro de HPHT. La muestra B5 se elabora al agregar el preparado que comprende 442 g de ceniza suelta tipo F estándar y 88 g de disilicato de sodio en 423 g de la solución de hidróxido de sodio que contiene un acelerador seguido del mezclado según la ISO 10426-2, verter la suspensión en la celda de HPHT. La muestra B5 se prueba luego al medir el tiempo de aglutinación con el consistómetro de HPHT. La Figura 2 ilustra el efecto de aceleración de los compuestos de litio en el tiempo de aglutinación para la composición de geopolímero elaborada al agregar el preparado que comprende 480 g de ceniza suelta tipo F superfina y 96 g de disilicato de sodio en 406 g de la solución de hidróxido de sodio que contiene el acelerador seguido del mezclado según la ISO 10426-2. El tiempo de aglutinación contra el tiempo de la suspensión se mide luego a una temperatura de 85°C. De esta manera, los aceleradores tales como sales de litio han demostrado disminuir de forma eficiente el tiempo de aglutinación de las suspensiones de geopolímero. Este grado de aceleración de las formulaciones geopoliméricas es susceptible al tipo y/o concentración del acelerador. Dependiendo de las propiedades del geopolímero y las propiedades de pozo, puede establecerse un control real del tiempo de aglutinación de la suspensión. Para aumentar el tiempo de aglutinación, puede cambiarse la naturaleza del retardante usado, puede incrementarse la concentración del retardante, puede cambiarse la naturaleza del activador álcali usado, y puede cambiarse la naturaleza del aluminosilicato usado.

Además, cuando se pretende su uso en depósitos de almacenamiento o pozos de inyección de dióxido de carbono, la suspensión de geopolímero tiene que ser bombeable. La tabla 6 a continuación ilustra las propiedades reológicas de las suspensiones de geopolímero medidas a una temperatura circulante del fondo del pozo (BHCT) de 60°C. Los valores reológicos demuestran la capacidad de bombeado y la estabilidad de las suspensiones geopoliméricas para su aplicación en la industria de campos petrolíferos.

Tabla 6 : Mediciones reológicas y de estabilidad de la ISO 10426-2 con diferentes ejemplos. La muestra A6 se elabora al agregar el preparado que comprende 411 g de ceniza suelta tipo F y 82 g de disilicato de sodio en 374 mL de agua que se mezcla, agregar 75 g de hidróxido de sodio que se mezcla. La muestra A6 se prueba luego al medir las propiedades reológicas de la suspensión después del mezclado y después de acondicionar a 60 °C, de acuerdo con el procedimiento estándar de la ISO 1026-2. La muestra B6 se elabora al disolver los 0.65 %bwob de decahidrato de pentaborato de sodio en 422 g de solución de hidróxido de sodio, agregar el preparado que comprende 440 g de ceniza suelta tipo F y 88 g de disilicato de sodio en la solución que se mezcla según la ISO 10426-2, verter 36.5 g de hidróxido de sodio que se mezcla. La muestra B6 se prueba luego al medir las propiedades reológicas de la suspensión de geopolímeros después del mezclado y después de acondicionar a 60°C, de acuerdo con el procedimiento estándar de la ISO 10426-2. ¦ La muestra C6 se elabora al agregar el preparado que comprende 480 g de ceniza suelta tipo F y 96 g de disilicato de sodio en 406 g de la solución de hidróxido de sodio seguido de las condiciones de mezclado de la ISO 10426-2. La muestra C6 se prueba luego al medir las propiedades reológicas de la suspensión después del mezclado y después de acondicionar a 60°C, de acuerdo con el procedimiento estándar de la ISO 1-0426-2. También, cuando se pretende su uso en depósitos de almacenamiento o pozos de inyección de dióxido de carbono, la suspensión de geopolímero debe tener una amplia gama de densidades. Como se presenta en la tabla 7, las formulaciones de geopolímeros probadas proponen una gama de densidad entre 1.45 g/cm3 [12.1 lbm/gal] hasta 1.84 g/cm3 [15.4 lbm/gal] ya sea en la reducción de contenido de agua, o en la adición de rellenos .

Tabla 7 : Ejemplos de la densidad de la suspensión obtenida con algunas formulaciones geopoliméricas .

¦ La muestra A7 se elabora al disolver la cantidad de retardante en 265 g de agua, agregar el preparado que comprende 232 g de metacaolín, 168 g de disilicato de sodio y 414 g de partículas de sílice como relleno en la solución que se mezcla, agregar 13 g del hidróxido de sodio que se mezcla según la ISO 10426-2. ¦ La muestra B7 se elabora al disolver la cantidad de retardante en 139 g de solución de hidróxido de sodio, agregar el preparado que comprende 105 g de metacaolín, 48 g de metasilicato de sodio y 17 g de partículas de sílice como relleno en la solución que se mezcla. Además, para ampliar la gama de densidad, se agregan ya sea partículas de peso ligero para alcanzar densidades más bajas o partículas de gran peso para alcanzar densidades más altas. Típicamente, las partículas de peso ligero tienen una densidad menor que 2 g/cm3 y generalmente menor que 1.3 g/cm3. A modo de ejemplo, es posible usar microesferas huecas, en particular de silico-aluminato, conocidas como cenoesferas, un residuo que se obtiene a partir de la combustión de carbón y que tiene un diámetro promedio de aproximadamente 150 micrómetros . También es posible usar materiales sintéticos tales como burbujas de vidrio huecas, y más particularmente se prefieren las burbujas de vidrio de borosilicato de calcio/sodio que presentan una elevada fuerza de compresión o, efectivamente, microesferas de cerámica, por ejemplo, del tipo sílice-alúmina. Las partículas de peso ligero pueden ser también partículas de un material plástico tal como perlas de polipropileno. Típicamente, las partículas de gran peso tienen una densidad mayor que 2 g/cm3 y generalmente mayor que 3 g/cm3. A modo de ejemplo, es posible usar hematitas, barita, ilmenita, sílice y también tetróxido de manganeso comercialmente disponibles con las marcas registradas de MicroMax y MicroMax FF. Además, para ampliar la gama de densidad, es posible espumar la composición de geopolímeros . El gas utilizado para espumar la composición puede ser aire o nitrógeno, de los cuales, se prefiere el nitrógeno. La cantidad de gas presente en la composición de cemento es la cantidad suficiente para formar una espuma que tenga una densidad en la gama de aproximadamente 1 g.cm"3 a 1.7 g.cm"3 (9 a 14 lbm/gal) . En una modalidad adicional, pueden usarse otros aditivos con el geopolímero de acuerdo con la presente invención. Pueden incluirse aditivos conocidos por las personas con experiencia en la técnica en las composiciones de geopolimeros de las presentes modalidades. Típicamente, los aditivos se combinan con una mezcla base o pueden agregarse a la suspensión de geopolímero. Un aditivo puede comprender un activador, antiespumante , un despumador, sílice, un aditivo de control de pérdida de fluidos, un agente intensificador de flujo, un dispersante, un aditivo antifraguado o una combinación de los mismos, por ejemplo. La selección del tipo y cantidad del aditivo depende en gran medida de la naturaleza y composición de la composición de fraguado, y los expertos en la técnica entenderán cómo seleccionar un tipo y cantidad adecuados del aditivo para las composiciones de la presente. En otra modalidad, cuando se usan varios componentes con o sin la formulación de geopolimeros, el tamaño de las partículas de los componentes se selecciona y la proporción respectiva de las fracciones de partículas se optimiza para tener al mismo tiempo la más alta Fracción de Volumen de Empaquetamiento (PVF) del sólido, y obtener una lechada que se pueda mezclar y bombear con la cantidad mínima de agua, es decir, en la Fracción de Volumen de Sólidos (SVF) de la lechada de 35-75% y, de preferencia, 50-60% Pueden encontrarse más detalles en la patente Europea EP 0 621 247. Los siguientes ejemplos no constituyen un límite para la invención, sino que indican a las personas con experiencia en la técnica posibles combinaciones del tamaño de las partículas de los diversos componentes de las composiciones de geopolímeros de la invención para elaborar una suspensión estable y bombeable. La composición geopolimérica puede ser una combinación "trimodal" de partículas: "grandes", por ejemplo, desperdicios areniscos o molidos (con una dimensión promedio de 100-1000 micrómetros) , "medianas", por ejemplo, materiales del tipo de perlas o rellenos de vidrio (con una dimensión promedio de 10-100 micrómetros), "finas", como por ejemplo, un micromaterial , o micro ceniza suelta u otras microescorias (con una dimensión promedio de 0.2-10 micrómetros) . La composición geopolimérica puede ser también una combinación "tetramodal" del tipo de partículas: con "grandes" (con una dimensión promedio de aproximadamente 200-350 micrómetros) , "medianas" perlas o rellenos de vidrio (con una dimensión promedio de aproximadamente 10-20 micrómetros) , "finas" (con una dimensión promedio de aproximadamente 1 micrómetro) , "muy finas" (con una dimensión promedio de aproximadamente 0.1-0.15 micrómetros). La composición geopolimérica también puede ser una combinación adicional entre las categorías adicionales: "muy grandes", por ejemplo, arena que produce vidrio, desperdicios triturados (dimensión promedio superior a 1 milímetro) y/o "grandes", por ejemplo arena o desperdicios triturados (dimensión promedio de aproximadamente 100-1000 micrómetros) y/o "medianas", como cuentas de vidrio, o rellenos, o desperdicios triturados (dimensión promedio de 10-100 micrómetros) y "finas" como, por ejemplo, micro cenizas sueltas y otras micro escorias (dimensión promedio de 0.2-10 micrómetros) y/o "muy finas" como, por ejemplo, un látex o pigmentos o microgeles de polímeros como un agente de control de pérdida de fluidos usual (dimensión promedio de 0.05-0.5 micrómetros) y/o "ultra finas" como algunos sílices coloidales o alúmina (dimensión promedio de 7-50 nanómetros) .

Prueba de durabilidad del geopolímero resistente al C02 En realidad, no hay una prueba relevante para la durabilidad del material previsto para su uso en pozos de inyección de C02 en condiciones de C02 supercríticas . Por ejemplo, la patente US 6,332,921 describe una prueba para la durabilidad al C02. El Cemento Portland Clase G API se mezcla con 40% de harina de sílice y agua para formar una lechada de cemento. Se deja que la lechada se fragüe durante 24 horas a una temperatura de 88°C (190°F) . Después de esto, el cemento fraguado se coloca en una solución acuosa de carbonato de sodio al 4% durante 28 días a 315°C (600°F) . Sin embargo, esta prueba tiene un inconveniente importante, la solución contiene sólo 4% de carbonato de sodio (Na2C03 o NaHC03) .

Efectivamente, esta condición no es tan grave como los fluidos de C02 que se encuentran en los pozos de inyección de C02. Por consiguiente, se ha llevado a la práctica una nueva prueba para durabilidad al C02. Después que se completa el mezclado de la composición geopolimérica; la suspensión se coloca dentro de moldes cúbicos y se cura durante 3 días a 90°C (194°F) . Luego, los moldes cúbicos se colocan en machos cilindricos (2.5 cm de radio, 5 cm de largo), que se introducen en un recipiente supercrítico de C02 mojado para la prueba de degradación durante 15 días a 90°C (194°F) bajo 28 MPa (4 kPSI) de presión de fluidos compuestos de 90% por peso de C02 y 10% por peso de agua. Las condiciones de la prueba siempre se monitorean para mantener el C02 en estado supercrítico. La Figura 1 es una vista esquemática del recipiente supercrítico de C02. Dos coronas del núcleo, una en la parte inferior (IB) , una en la parte intermedia (1A) del reactor, se aislan mediante una lámina o láminas (15) viton. Las dos coronas del núcleo permiten probar la resistencia al C02 en dos tipos de fluidos, un primer fluido (11) compuesto por una fase supercrítica de C02 saturada de agua, y un segundo fluido (10) compuesto por una fase de agua saturada de C02. La prueba aquí mencionada se usará en lo siguiente para probar el geopolímero resistente a C02 y se denominarán Prueba 1, prueba para durabilidad al C02 realizada en el primer fluido y Prueba 2, realizada en el segundo fluido. Las propiedades mecánicas de compresión se midieron para las composiciones de geopolímero resistentes al C02. Las propiedades mecánicas del geopolímero fraguado se estudiaron usando sistemas que habían pasado varios días bajo presión y temperatura elevadas.

Tabla 8 : Propiedades mecánicas medidas después de 15 días en fluidos de C02 a 90°C - 27.6MPa (4000 PSI) La muestra A8 se elabora al disolver la cantidad de retardante (1.8 % bwob de pentaborato de sodio decahidratado) en 358 g de agua, agregar el preparado que comprende 314 g de metacaolín y 227 g de disilicato de sodio en la solución que se mezcla, agregar 17.2 g de hidróxido de sodio que se mezcla según API, verter la suspensión en una cámara de curado durante 7 ó 21 días a 90°C - 20.7 MPa (3000 PSI) , de acuerdo con el procedimiento de API. Las muestras curadas durante 7 días se prueban después de 15 días en fluidos de C02 a 90°C bajo 28MPa (4000 PSI) . En conclusión, las propiedades mecánicas del geopolímero fraguado son excelentes en la fase supercrítica de C02 o en la fase de agua saturada de C02. El estudio de imágenes del fraguado polimérico en SEM o AFM muestra que no hay o sólo hay degradación parcial de la matriz geopolimérica en la fase supercrítica de C02 o en la fase de agua saturada de C02 (los datos no se muestran) . Las composiciones geopoliméricas de la invención pueden usarse en una aplicación a largo plazo para depósitos de almacenamiento o pozos de inyección de dióxido de carbono.

Aplicaciones del geopolímero resistente al C02 Como se menciona en lo anterior, para los pozos que contienen dióxido de carbono tales como pozos de inyección de C02 generalmente requieren el uso de composiciones de material para pozos, las cuales no se deterioran en la presencia de salmueras que contienen dióxido de carbono. La temperatura estática del fondo de la perforación para estos pozos está por debajo de 93°C (200°F) . Las composiciones geopoliméricas de acuerdo con la invención tienen esta propiedad de ser totalmente inertes en todos los medios de C02 y, especialmente, a ambientes de C02 supercríticos . De este modo, los métodos de la presente invención son útiles en la terminación de pozos expuestos a cualquier dióxido de carbono significativo, tal como por ejemplo pozos de inyección o producción de C02 para almacenamiento, con concentraciones de dióxido de carbono disueltas en agua de hasta 90% por peso. La colocación de la composición geopolimérica en la porción del sondeo que va a terminarse se lleva a cabo a través de medios que se conocen bien en la técnica de cementación de sondeos. Típicamente, la composición de geopolímero se coloca en un pozo de sondeo que rodea una tubería de revestimiento para impedir la comunicación a través del anillo entre la tubería de revestimiento y el sondeo o la tubería de revestimiento y una tubería de revestimiento más grande. La suspensión de geopolímero se coloca típicamente en un sondeo mediante la circulación de la suspensión en dirección descendente al interior de la tubería de revestimiento, seguido de un tapón limpiador y un fluido de desplazamiento sin fraguado. El tapón limpiador usualmente se desplaza a un collar ubicado cerca de la parte inferior de la tubería de revestimiento. El collar captura el tapón limpiador para impedir el desplazamiento excesivo de la composición de geopolímeros y minimizar también la cantidad de composición de geopolímeros que queda en la tubería de revestimiento. La suspensión de geopolímero se hace circular en dirección ascendente al anillo que rodea la tubería de revestimiento, donde se deja que endurezca. El anillo podría estar entre la tubería de revestimiento y una tubería de revestimiento más grande o podría estar entre la tubería de revestimiento y el pozo de sondeo. Como en las operaciones regulares de cementación de pozos, tales operaciones de cementación con una suspensión de geopolímero pueden cubrir sólo una porción del pozo abierto o, más típicamente, de la parte superior al interior de la siguiente tubería de revestimiento más grande o algunas veces de la parte superior a la superficie. Este método se ha descrito para la terminación entre la formación y una tubería de revestimiento, pero puede usarse en cualquier tipo de terminación, por ejemplo con un tubo interior, un tubo interior ranurado, un tubular perforado, un tubular expansible, un tubo permeable y/o tubo o tubería. De la misma manera, los métodos de la presente invención son útiles para terminar pozos expuestos a cualquier dióxido de carbono significativo, en donde la colocación de la composición geopolimérica en la porción del sondeo que se va a terminar se lleva a cabo a través de medios que se conocen bien en la técnica de cementación de circulación inversa de sondeos. El geopolímero resistente a C02 también puede usarse en el trabajo de aplicación de presión y/o trabajo de reparación. El material de geopolímero se fuerza a través de las perforaciones o aberturas en la tubería de revestimiento, ya sea si estas perforaciones o aberturas se hacen intencionalmente o no, a la formación y sondeo que rodean la tubería de revestimiento que se va a reparar. El material de geopolímero se coloca en esta manera para reparar y sellar pozos aislados de forma deficiente, por ejemplo, cuando falla ya sea el cemento original o el material de geopolímero, o no se coloca aceptablemente desde el principio, o cuando se produce un intervalo tiene que cerrarse. El geopolímero resistente a C02 también puede usarse en el trabajo de abandono y/o trabajo de taponado. El material de geopolímero se usa como un tapón para cerrar parcial o totalmente una zona del pozo. El tapón de material de geopolímero se coloca dentro del pozo a través de medios que se conocen bien en la técnica de cementación de tapones de sondeos . El geopolímero resistente a C02 puede usarse también en el trabajo de inyección de lechada a presión para terminar una parte del anillo, como se describe en Well Cementing de Erik B. Nelson. El material de geopolímero se usa para terminar este anillo. El material de geopolímero se coloca dentro del pozo a través de medios que se conocen bien en la técnica de cementación de sondeos. El geopolímero resistente al C02 puede usarse también para la operación de fraguado rápido y operación in situ. Efectivamente, la composición de geopolímero puede tener un tiempo de fraguado perfectamente controlado, lo que permite un fraguado instantáneo cuando se desea. Por ejemplo, puede agregarse una combinación de retardante/acelerador a la composición geopolimérica para hacer que el sistema se retarde durante un periodo prolongado de tiempo y luego fraguar con la adición de un acelerador. El geopolímero resistente al C02 puede ser también una composición almacenable . Como tal, la suspensión es un retardante y se deja intencionalmente en la fase líquida. Así, tal suspensión puede almacenarse y utilizarse en el pozo cuando se necesite. De acuerdo con otras modalidades de la invención, los métodos de terminación descritos en lo anterior pueden usarse en combinación con la terminación por cementación convencional .

Ejemplos - geopolímero resistente al C02 Los siguientes ejemplos ilustrarán la práctica de la presente invención en sus modalidades preferidas.

Ejemplo 1 La composición geopolimérica se elabora en las cantidades por peso de los componentes secos totales como sigue: 58.1% de metacaolín y 41.9% de disilicato de sodio. Los componentes secos se mezclan con la cantidad apropiada de agua, hidróxido de sodio y aditivos. La gravedad específica de la suspensión es de 1.53 g/cm3 (12.80 lbm/gal) . El geopolímero tiene las siguientes relaciones molares de óxido: Si02/Al203=4.00 Na2O/SiO2=0.27 Na20/Al203=l .07 H20/Na20=17.15 Ejemplo 2 La composición de geopolímero se elabora en las cantidades por peso de los componentes secos totales como sigue: 28.5% de metacaolín, 20.6% de disilicato de sodio y 50.9% de un preparado de partículas de sílice. Los componentes secos se mezclan con la cantidad apropiada de agua, hidróxido de sodio y aditivos. La gravedad específica de la suspensión es de 1.84 g/cm3 (15.40 lbm/gal). La matriz de geopolímero tiene las siguientes relaciones molares de óxido: Si02/Al203=4.00 Na2O/SiO2=0.27 Na20/Al203=l .07 H20/Na20=17.15 Ejemplo 3 La composición de geopolímero se elabora en las cantidades por peso de los componentes secos totales como sigue: 35.2% de metacaolín y 64.2% de disilicato de potasio. Los componentes secos se mezclan con la cantidad apropiada de agua, hidróxido de potasio y aditivos. La gravedad específica de la suspensión es de 1.78 g/cm3 (14.91 lbm/gal) . La matriz de geopolímero tiene las siguientes relaciones molares de óxido : Si02/Al203=4.00 K2O/Al2O3=1.07 H20/K20= 17.46 Ejemplo 4 La composición de geopolímero se elabora en las cantidades por peso de los componentes secos totales como sigue: 83.3% de ceniza suelta tipo F estándar y 16.7% de disilicato de sodio. Los componentes secos se mezclan con la cantidad apropiada de agua, hidróxido de sodio y aditivos. La gravedad específica de la suspensión es de 1.66 g/cm3 (13.83 lbra/gal) . El geopolímero tiene las siguientes relaciones molares de óxido: Si02/Al203=5.60 Na2O/SiO2=0.3 Na20/Al203=l.08 H20/Na20=13.01

Claims (25)

1. REIVINDICACIONES 1. Una suspensión que comprende: - una fuente de aluminosilicatos , - un fluido portador, - un activador tomado de la lista constituida por: un silicato de metal, un aluminato de metal, un activador álcali, o una combinación de los mismos, y - un retardante capaz de retardar los tiempos de aglutinación y/o fraguado de la suspensión y/o un acelerador capaz de acelerar los tiempos de aglutinación y/o fraguado de la suspensión, en donde el metal es un metal álcali y la relación molar de óxido de M20/Si02 es mayor que 0.20, en donde M es el metal .
2. 2. La suspensión de la reivindicación 1, en donde la relación molar de óxido de M20/Si02 es mayor o igual a 0.27.
3. 3. La suspensión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en donde el retardante es un compuesto que contiene boro y en donde la suspensión de tal composición geopolimérica tiene una relación molar de óxido B03/H20 menor que 0.03.
4. 4. La suspensión de la reivindicación 3, en donde la relación molar de óxido B203/H20 es menor que o igual a 0.02.
5. 5. La suspensión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el retardante es eficiente a partir de 20°C a 120°C.
6. 6. La suspensión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el acelerador es un compuesto que contiene un metal álcali.
7. 7. La suspensión de la reivindicación 6, en donde el acelerador es un compuesto que contiene litio.
8. 8. La suspensión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el acelerador es eficiente a partir de 20°C a 120°C.
9. 9. La suspensión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la fuente de aluminosilicato se selecciona del grupo constituido de ceniza suelta tipo C, ceniza suelta tipo F, escoria de altos hornos molida, arcilla calcinada, arcilla parcialmente calcinada (como metacaolín) , humo de sílice que contiene aluminio, aluminosilicato natural como caolín, polvo de vidrio de aluminosilicato sintético, zeolita, escoria, alófono, bentonita y piedra pómez.
10. 10. La suspensión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la composición geopolimérica es en gran parte un geopolímero de poli (sialato-siloxo) .
11. 11. La suspensión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde la proporción atómica de silicio en aluminio está entre 1.8 y 2.2.
12. 12. La suspensión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el metal se selecciona del grupo constituido de litio, sodio, potasio, rubidio y cesio.
13. 13. La suspensión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde el activador álcali es un hidróxido de metal álcali.
14. 14. La suspensión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde se encapsula el activador álcali y/o el fluido portador.
15. 15. La suspensión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 , en donde se encapsula el silicato de metal y/o el fluido portador.
16. 16. La suspensión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en donde la composición geopolimérica es resistente al dióxido de carbono supercrítico .
17. 17. La suspensión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en donde la composición geopolimérica es resistente además al gas ácido.
18. 18. Un método para colocar una composición de geopolímeros en una parte de un pozo de sondeo en presencia de dióxido de carbono, el método comprende: (i) proporcionar una suspensión de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, (ii) bombear la suspensión dentro de la parte del pozo de sondeo, y (iii) permitir que la suspensión se fragüe y, por medio de ello, formar la composición geopolimérica dentro de tal parte del sondeo .
19. 19. El método de la reivindicación 18, en donde la etapa de permitir que la suspensión se fragüe se lleva a cabo en presencia de dióxido de carbono.
20. 20. El método de la reivindicación 18 ó 19, que comprende además la etapa de exponer la composición geopolimérica a dióxido de carbono.
21. 21. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 18 a 20, en donde el dióxido de carbono se encuentra en un estado supercrítico .
22. 22. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 18 a 21, en donde la etapa de bombear la suspensión se lleva a cabo con herramientas convencionales de cementación de sondeos .
23. 23. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 18 a 22, en donde el método se aplica a la colocación de la composición geopolimérica en un espacio anular entre una tubería de revestimiento y el pozo de sondeo .
24. 24. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 18 a 23, en donde el método se aplica a la colocación de la composición geopolimérica a través de un agujero en una tubería de revestimiento.
25. 25. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 18 a 24, en donde el método se aplica a la colocación de la composición geopolimérica para taponar una zona del pozo de sondeo.