(57)【要約】  実施形態は、坑井で使用するためのセメント添加剤の制御放出方法を提供する。本方法は、アラミド被膜をセメントスラリーと混合して添加剤含有スラリーを形成するステップと、添加剤含有スラリーを坑井に導入するステップとを含む。アラミド被膜は、アラミドポリマーがセメント添加剤を封入する半透膜を形成する界面重合によって形成される。
2021508795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
坑井内で使用するためのセメント添加剤を封入する方法であって、
連続溶媒と界面活性剤とを混合して連続相を生成するステップと、
分散溶媒、分散モノマー、および前記セメント添加剤を混合して分散相を生成するステップであって、前記分散溶媒および前記連続溶媒は不混和性である、ステップと、
前記連続相と前記分散相とを混合して、前記分散相が前記連続相中に液滴として分散されるようなエマルジョンを有する混合物を形成するステップであって、界面は、連続相中に分散された分散相の液滴を規定する、ステップと、
前記混合物へ架橋剤を添加するステップと、
アラミドポリマーがコアの周りに半透膜を形成するように、アラミドポリマーを前記液滴の前記界面上に形成させるステップであって、前記コアの周りの前記半透膜がアラミド被膜を形成するように、前記コアが前記分散相を含有する、ステップと、
前記アラミド被膜を前記混合物から沈降させるステップと、
分離法を用いて、前記アラミド被膜を前記混合物から分離するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記分散溶媒が、水、エタノール、メタノール、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記分散モノマーがアミン基を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記分散モノマーが、エチレンジアミン、メタ−フェニレンジアミン、パラ−フェニレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記連続溶媒が、油、鉱油、シクロヘキサン、クロロホルム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記架橋剤が、１，３，５−ベンゼントリカルボニルトリクロリド、セバコイルクロリド、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記セメント添加剤が水溶性であり、密封試薬、ガス移動防止添加剤、高温遅延剤、流体損失添加剤、促進剤、高流動化剤、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
坑井内で使用するためのセメント添加剤の制御放出方法であって、
アラミド被膜をセメントスラリーと混合して、添加剤含有スラリーを形成するステップであって、前記アラミド被膜が、
連続溶媒と界面活性剤とを混合して、連続相を生成するステップと、
分散溶媒、分散モノマー、および前記セメント添加剤を混合して分散相を生成するステップであって、前記分散溶媒および前記連続溶媒が不混和性である、ステップと、
前記連続相と前記分散相とを混合して、前記分散相が前記連続相中に液滴として分散されるようなエマルジョンを有する混合物を形成するステップであって、界面は、前記連続相中に分散された分散相の液滴を規定する、ステップと、
前記架橋剤を混合物へ添加するステップと、
アラミドポリマーがコアの周りに半透膜を形成するように、前記アラミドポリマーを前記液滴の前記界面上に形成させるステップであって、前記コアの周りの前記半透膜がアラミド被膜を形成するように、前記コアが前記分散相を含有する、ステップと、
前記アラミド被膜を前記混合物から沈降させるステップと、
分離法を用いて、前記アラミド被膜を前記混合物から分離するステップと、
を含む、ステップによって形成される、ステップと、
前記添加剤含有スラリーを前記坑井に導入するステップと、
を含む、方法。
【請求項９】
前記セメント添加剤を、前記コアから前記半透膜を通って前記セメントスラリーに浸透させるステップと、
前記セメント添加剤が前記セメントスラリーと有益な相互作用を有することを可能にするステップと、
をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記添加剤含有スラリーを硬化させて硬化セメントを形成させるステップであって、前記アラミド被膜は前記硬化セメントに埋め込まれる、ステップと、
前記セメント添加剤を、前記コアから前記半透膜を通って前記硬化セメントに浸透させるステップと、
前記セメント添加剤が、前記硬化セメントと有益な相互作用を有することを可能にするステップと、
をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記硬化セメントが、約３，０００ｐｓｉ〜約３，４００ｐｓｉの範囲の非拘束圧縮強度を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記添加剤含有スラリーを硬化させて硬化セメントを形成させるステップであって、前記アラミド被膜は前記硬化セメントに埋め込まれる、ステップと、
前記セメント添加剤が前記アラミド被膜から放出され、前記硬化セメントを通って移動するように、半透膜を破裂させるステップと、
前記セメント添加剤を、前記硬化セメントと有益な相互作用を有することを可能にするステップと、
をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記硬化セメントが、約３，０００ｐｓｉ〜約３，４００ｐｓｉの範囲の非拘束圧縮強度を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
分散溶媒が、水、エタノール、メタノール、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項８〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記分散モノマーがアミン基を含む、請求項８〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記分散モノマーが、エチレンジアミン、メタ−フェニレンジアミン、パラ−フェニレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記連続溶媒が、油、鉱油、シクロヘキサン、クロロホルム、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項８〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記架橋剤が、１，３，５−ベンゼントリカルボニルトリクロリド、セバコイルクロリド、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項８〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記セメント添加剤が水溶性であり、密封試薬、ガス移動防止添加剤、高温遅延剤、流体損失添加剤、促進剤、高流動化剤、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項８〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記アラミド被膜の前記アラミドポリマーが、セメントの少なくとも約３重量％の濃度で前記添加剤含有スラリー中に存在する、請求項８〜１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記セメント添加剤が、水溶性ポリマーの部位単離を介して前記アラミド被膜の前記コアに連結される、請求項８〜２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
セメント環境で使用するためのアラミド被膜であって、
アラミドポリマーを含む半透膜であって、前記半透膜は、コアがセメント添加剤を含有するように、前記コアとともにシェルを形成し、前記半透膜は、セメント添加剤が前記コアから前記半透膜を通って前記セメント環境に浸透することを可能にするように動作可能である、半透膜と、
セメント添加剤であって、前記セメント環境に有益な相互作用を与えるように動作可能である、セメント添加剤と、
を含むアラミド被膜であって、
前記アラミドポリマーは、二官能性アミノ基を含むモノマーに由来するサブユニットと、塩化アシルを含む架橋剤に由来するサブユニットとを含む、アラミド被膜。
【請求項２３】
線状ポリマーであって、前記線状ポリマーは水溶性であり、部位単離によって前記コア内に前記セメント添加剤を連結するように動作可能である、線状ポリマーをさらに含む、請求項２２に記載のアラミド被膜。
【請求項２４】
前記線状ポリマーが、ポリエチレングリコール、ポリスチレン、ポリエチレンイミン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２３に記載のアラミド被膜。
【請求項２５】
前記モノマーが、エチレンジアミン、メタ−フェニレンジアミン、パラ−フェニレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２２〜２４のいずれかに記載のアラミド被膜。
【請求項２６】
前記架橋剤が、１，３，５−ベンゼントリカルボニルトリクロリド、セバコイルクロリド、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２２〜２５のいずれかに記載のアラミド被膜。
【請求項２７】
前記セメント添加剤が水溶性であり、密封試薬、ガス移動防止添加剤、高温遅延剤、流体損失添加剤、促進剤、高流動化剤、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２２〜２６のいずれかに記載のアラミド被膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
セメントと共に使用するための組成物および方法が開示される。具体的には、セメント作業中にダウンホール環境を制御するための組成物および方法が開示される。
【背景技術】
【０００２】
多くの坑井では、セメントを使用してケーシングと地層との間に層を形成することができる。セメントへの添加剤の送達は、様々な理由で問題となり得る。第１に、添加剤をセメントスラリーと混合し、スラリーと共にダウンホール位置に送達しなければならない。第２に、添加剤はそれらの添加剤特性を付与するために、極端なダウンホール条件において未変化のまま残存しなければならない。第３に、添加剤の放出速度を制御することは、ダウンホール環境において困難であり得る。
【０００３】
被膜化に基づくシステムは、化学添加剤保存、小分子放出、粒子送達、および自己密封材料などの用途において、石油およびガス産業における関心事である。内容物の放出を制御するために、適切な化学添加剤を被膜化するために多くの方法が使用されている。被膜化材料の例としては、ポリマーコーティング、無機シェル、およびメソポーラス材料が挙げられる。
【０００４】
坑井内にセメントを配置する場合、種々の坑井条件に適した種々の機能的必要性を満たすために、多数の添加剤（通常は大量）が検討され、スラリーに添加される。しかしながら、大量の特定の添加剤（例えば、遅延剤および流体損失制御剤）を使用すると、スラリーを坑井に導入する前でさえ、地表でスラリーを不安定にすることがある。
【発明の概要】
【０００５】
セメントスラリーに使用するための組成物および方法が開示される。具体的には、セメント作業中にダウンホール環境を制御するための組成物および方法が開示される。
【０００６】
実施形態は、透過性ポリマーシェル壁の設計された特徴を利用する、封入された積荷の制御放出のためのシステムを提供する。小胞または被膜を使用して、セメント添加剤は、物理的または化学的に改質することなく送達され得る。様々なセメント配合物は、小胞と様々な封入剤との多数の組み合わせを利用して設計することができる。小胞系はセメントスラリー用途において有益な相互作用を提供するために、化学添加剤および小分子などの薬剤を送達するために特に有用である。そのようなセメントスラリー用途には、ダウンホールでスラリーの設置中、化学物質の送達および化学添加剤の制御放出が含まれる。
【０００７】
第１の態様では、坑井に使用するためのセメント添加剤を封入する方法は、連続溶媒と界面活性剤とを混合して連続相を生成するステップを含む。本方法は、分散溶媒、分散モノマー、およびセメント添加剤を混合して分散相を生成するステップを含む。分散溶媒および連続溶媒は不混和性である。本方法は、連続相と分散相とを混合して、分散相が連続相中に液滴として分散するようなエマルジョンを有する混合物を形成するステップを含む。界面は、連続相中に分散された分散相の液滴を規定する。本方法は、混合物に架橋剤を添加するステップを含む。本方法は、アラミドポリマーがコアの周りに半透膜を形成するように、アラミドポリマーを液滴の界面上に形成させるステップを含む。コアは、コアの周りの半透膜がアラミド被膜を形成するように、分散相を含有する。本方法は、アラミド被膜を混合物から沈降させるステップを含む。本方法は、分離方法を用いて混合物からアラミド被膜を分離するステップを含む。
【０００８】
特定の態様では、分散溶媒は水、エタノール、およびメタノールを含み得る。特定の態様では、分散モノマーはアミン基を含む。特定の態様では、分散モノマーは、エチレンジアミン、メタ−フェニレンジアミン、パラ−フェニレンジアミン、およびヘキサメチレンジアミンを含み得る。特定の態様では、連続溶媒は、油、鉱油、シクロヘキサン、およびクロロホルムを含み得る。特定の態様では、架橋剤は、１，３，５−ベンゼントリカルボニルトリクロリドおよびセバコイルクロリドを含み得る。特定の態様では、セメント添加剤は水溶性であり、密封試薬、ガス移動防止添加剤、高温遅延剤、流体損失添加剤、促進剤、および高流動化剤を含むことができる。
【０００９】
第２の態様では、坑井で使用するためのセメント添加剤の制御放出方法は、アラミド被膜をセメントスラリーと混合して添加剤含有スラリーを形成するステップを含む。本方法は、添加剤含有スラリーを坑井に導入するステップを含む。アラミド被膜は、連続溶媒と界面活性剤とを混合して連続相を生成するステップによって形成される。アラミド被膜は、分散溶媒、分散モノマー、およびセメント添加剤を混合して分散相を生成するステップによって形成される。分散溶媒および連続溶媒は不混和性である。アラミド被膜は、連続相と分散相とを混合して、分散相が連続相中に液滴として分散するようなエマルジョンを有する混合物を形成するステップによって形成される。界面は、連続相中に分散された分散相の液滴を規定する。アラミド被膜は、混合物に架橋剤を添加するステップによって形成される。アラミド被膜は、アラミドポリマーがコアの周りに半透膜を形成するように、アラミドポリマーを液滴の界面上に形成させるステップによって形成される。コアは、コアの周りの半透膜がアラミド被膜を形成するように、分散相を含有する。アラミド被膜は、アラミド被膜を混合物から沈降させるステップによって形成される。アラミド被膜は、分離方法を用いて、混合物からアラミド被膜を分離するステップによって形成される。
【００１０】
特定の態様では、本方法は、セメント添加剤をコアから半透膜を通ってセメントスラリーに浸透させるステップをさらに含む。本方法は、セメント添加剤がセメントスラリーと有益な相互作用を有することを可能にするステップをさらに含む。特定の態様では、本方法は、添加剤含有スラリーを硬化セメントを形成するように設定するステップをさらに含む。アラミド被膜は、硬化セメント中に埋め込まれる。本方法は、セメント添加剤をコアから半透膜を通って硬化セメントに浸透させるステップをさらに含む。本方法は、セメント添加剤が硬化セメントと有益な相互作用を有することを可能にするステップをさらに含む。特定の態様では、硬化セメントが約３，０００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）〜約３，４００ｐｓｉの範囲の非拘束圧縮強度を有する。特定の態様では、本方法は、添加剤含有スラリーを硬化させて硬化セメントを形成するように設定するステップをさらに含む。アラミド被膜は、硬化セメント中に埋め込まれる。本方法は、セメント添加剤がアラミド被膜から放出され、硬化セメントを通って移動するように、半透膜を破裂させるステップをさらに含む。本方法は、セメント添加剤が硬化セメントと有益な相互作用を有することを可能にするステップをさらに含む。特定の態様では、硬化セメントが約３，０００ｐｓｉ〜約３，４００ｐｓｉの範囲の非拘束圧縮強度を有する。
【００１１】
特定の態様では、分散溶媒は水、エタノール、およびメタノールを含むことができる。特定の態様では、分散モノマーはアミン基を含む。特定の態様では、分散モノマーは、エチレンジアミン、メタ−フェニレンジアミン、パラ−フェニレンジアミン、およびヘキサメチレンジアミンを含み得る。特定の態様では、連続溶媒は、油、鉱油、シクロヘキサン、およびクロロホルムを含み得る。特定の態様では、架橋剤は、１，３，５−ベンゼントリカルボニルトリクロリドおよびセバコイルクロリドを含み得る。特定の態様では、セメント添加剤は水溶性であり、密封試薬、ガス移動防止添加剤、高温遅延剤、流体損失添加剤、促進剤、および高流動化剤を含むことができる。特定の態様では、アラミド被膜のアラミドポリマーは、セメントの少なくとも約３重量％の濃度で添加剤含有スラリー中に存在する。特定の態様では、セメント添加剤は、水溶性ポリマーの部位単離を介してアラミド被膜のコアに連結される。
【００１２】
第３の態様では、セメント環境で使用するためのアラミド被膜は、アラミドポリマーを含む半透膜を含む。半透膜は、コアがセメント添加剤を含有するように、コアとともにシェルを形成する。半透膜は、セメント添加剤がコアから半透膜を通ってセメント環境に浸透することを可能にするように操作可能である。アラミド被膜はセメント添加剤を含む。セメント添加剤は、セメント環境に有益な相互作用を与えるように動作可能である。アラミドポリマーは、二官能性アミノ基を含むモノマーに由来するサブユニットと、塩化アシルを含む架橋剤に由来するサブユニットとを含む。
【００１３】
特定の態様では、アラミド被膜は、線状ポリマーをさらに含む。線状ポリマーは水溶性であり、部位単離を介してコア内にセメント添加剤を連結するように動作可能である。特定の態様では、線状ポリマーは、ポリエチレングリコール、ポリスチレン、ポリエチレンイミン、ポリビニルアルコール、およびポリビニルピロリドンを含むことができる。特定の態様では、モノマーは、エチレンジアミン、メタ−フェニレンジアミン、パラ−フェニレンジアミン、およびヘキサメチレンジアミンを含み得る。特定の態様では、架橋剤は、１，３，５−ベンゼントリカルボニルトリクロリドおよびセバコイルクロリドを含み得る。特定の態様では、セメント添加剤は水溶性であり、密封試薬、ガス移動防止添加剤、高温遅延剤、流体損失添加剤、促進剤、および高流動化剤を含むことができる。
【００１４】
本発明の範囲のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、特許請求の範囲、および添付の図面に関してより良く理解されるであろう。しかしながら、図面はいくつかの実施形態のみを示しており、したがって、他の等しく有効な実施形態を認めることができるので、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】周囲条件で光学顕微鏡により撮像された、セメントスラリー中に埋め込まれたアラミド被膜の写真表示である。
【００１６】
【図２】アラミド被膜サンプルから放出された封入剤の紫外／可視（ＵＶ／Ｖｉｓ）吸光度を経時的に示すグラフ表示である。
【００１７】
【図３】周囲条件で光学顕微鏡により撮像された、アラミド被膜の写真表示である。
【００１８】
【図４】様々なモノマー濃度のアラミド被膜サンプル内に封入剤を有するセメントスラリーの粘度を示すグラフ表示である。
【００１９】
【図５】アラミド被膜サンプルを有するセメントスラリーの粘度を経時的に示すグラフ表示である。
【００２０】
【図６】セメントサンプルの非拘束圧縮強度を示すグラフ表示である。
【００２１】
添付の図面では、類似の構成要素または特徴、あるいはその両方は、類似の参照ラベルを有することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
装置および方法の範囲はいくつかの実施形態で説明されるが、当業者は、本明細書で説明される装置および方法に対する多くの例、変形、および変更が、実施形態の範囲および精神内にあることを理解するであろうことが了解される。
【００２３】
したがって、記載された実施形態は、一般性を失うことなく、また、実施形態に制限を課すことなく説明される。当業者は、この範囲が本明細書に記載された特定の特徴の全ての可能な組み合わせおよび使用を含むことを理解する。
【００２４】
本組成物および方法は、セメント添加剤送達システムを対象とする。有利には、本明細書に記載される組成物と方法により、セメントスラリーにおけるガス移動と微小環の形成を軽減することができる。有利には、本組成物および方法は、シックニングタイムの後に圧縮強度を増加させ、硬化セメントの透過性を減少させることができる。有利には、記載された組成物および方法は、セメントスラリーが坑井に配置された後に制御放出でセメント添加剤の送達を可能にする高温セメント添加剤を提供することができる。
【００２５】
化学添加剤は、井戸構造のための信頼性のあるセメントシースを製造するためのセメントスラリー配合物を設計するためにしばしば使用される。しかしながら、化学添加剤は、極端な温度および圧力が添加剤の所望の化学的機能性を変化させる可能性がある坑井条件において、適切に機能しないことがある。有利には、化学添加剤（例えば、分散剤または促進剤）は、界面重合を組み込む方法によって封入され得、その結果、化学添加剤は中空のポリマーシェル内に配置され、そして極端な坑井条件から遮蔽される。シェルは、化学添加剤の遅延放出のために設計され、現場で適用するための分子的および時間的制御を提供する。化学添加剤と同様に、設計された添加剤を封入するために界面重合を用いることができる。設計された添加剤は、坑井内での添加剤の制御放出のために中空のポリマーシェル内に配置することもできる。
【００２６】
全体を通して使用されるように、「被膜（ｃａｐｓｕｌｅ）」は、半透膜とセメント添加剤との特定の組み合わせの１つ以上の粒子を指す。単一の被膜への言及は、複数の粒子を含む。複数の被膜への言及は、異なる半透膜の組成物への言及である。
【００２７】
全体を通して使用されるように、「シェル（ｓｈｅｌｌ）」は、コアを完全に取り囲むエンクロージャを指す。
【００２８】
全体を通して使用されるように、「半透性（ｓｅｍｉ−ｐｅｒｍｅａｂｌｅ）」は、特定の成分が通過することができることを意味する。成分が半透膜を通過する能力は、成分のサイズおよび電荷に依存する。
【００２９】
全体を通して使用されるように、「剪断速度（ｓｈｅａｒｉｎｇ  ｒａｔｅ）」は、エマルジョンベースの被膜を形成する場合の混合速度を指す。
【００３０】
全体を通して使用されるように、「有益な相互作用（ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）」は、セメントスラリーまたは硬化セメント、またはセメントスラリーまたは硬化スラリーの特性に利益を与えるセメント添加剤を意味する。ここで使用される「利益（ｂｅｎｅｆｉｔ）」とは、好影響を意味する。有益な相互作用の非限定的な例は、井戸の寿命の間にセメント硬化物の微小環形成を軽減するためにセメントを密封すること、およびスラリーが添加剤と混合されるとき、または混合されたスラリーがダウンホールに導入されるときに、制御された様式でセメント添加剤を放出することを含む。有益な相互作用の非限定的な例には、ガス移動制御およびセメント硬化物の機械的特性の強化も含まれる。
【００３１】
全体を通して使用されるように、「セメント環境（ｃｅｍｅｎｔ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）」は集合的に、セメントプロセスの任意の段階を指し、セメントスラリーおよび硬化セメントの両方を含む。
【００３２】
全体を通して使用されるように、「不混和性（ｉｍｍｉｓｃｉｂｌｅ）」は、２つ以上の溶媒が一緒に添加される場合、均一な混合物を形成しないことを意味する。不混和性溶媒は、エマルジョンを形成し得る。不混和性溶媒の非限定的な例としては、油および水、ならびにシクロヘキサンおよび水が挙げられる。
【００３３】
全体を通して使用されるように、「坑井（ｗｅｌｌｂｏｒｅ）」は、地表下層が炭化水素を含有し得る地表下層に掘削された穴を指す。坑井は、地表からの深さと直径とを有することができ、垂直に、地表に平行な水平方向に、または垂直と平行の間の任意の角度で、地表下層を横断することができる。
【００３４】
全体を通して使用されるように、「アラミド（ａｒａｍｉｄｅ）」は芳香族ポリアミドを指す。「アラミド（ａｒａｍｉｄｓ）」、「アラミド（ａｒａｍｉｄｅｓ）」、「ポリアラミド（ｐｏｌｙａｒａｍｉｄｓ）」、「ポリアラミド（ｐｏｌｙａｒａｍｉｄｅｓ）」、「アラミドポリマー（ａｒａｍｉｄ  ｐｏｌｙｍｅｒｓ）」、「アラミドポリマー（ａｒａｍｉｄｅ  ｐｏｌｙｍｅｒｓ）」、および「芳香族ポリアミド（ａｒｏｍａｔｉｃ  ｐｏｌｙａｍｉｄｅｓ）」などの用語は、互換的に使用される。アラミドの商業的な例には、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）（ＤｕＰｏｎｔ（登録商標）、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥから入手可能）、Ｔｅｃｈｎｏｒａ（登録商標）（Ｔｅｉｊｉｎ  Ａｒａｍｉｄ  ＵＳＡ、Ｉｎｃ、Ｃｏｎｙｅｒｓ、ＧＡから入手可能）、Ｔｗａｒｏｎ（登録商標）（Ｔｅｉｊｉｎ  Ａｒａｍｉｄ  ＵＳＡ，Ｉｎｃ、Ｃｏｎｙｅｒｓ、ＧＡから入手可能）、およびＨｅｒａｃｒｏｎ（登録商標）（Ｋｏｌｏｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ、Ｇｗａｃｈｏｎ、Ｋｏｒｅａから入手可能）などのパラ−アラミド、ならびにＮｏｍｅｘ（登録商標）（ＤｕＰｏｎｔ（登録商標）、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤＥから入手可能）およびＴｅｉｊｉｎｃｏｎｅｘ（登録商標）（Ｔｅｉｊｉｎ  Ａｒａｍｉｄ  ＵＳＡ、Ｉｎｃ，Ｃｏｎｙｅｒｓ、ＧＡから入手可能）などのメタ−アラミドが含まれる。パラ−アラミドは、ポリマー鎖がアシル基サブユニットまたは官能基のパラ位を介して連結されているアラミドである。メタ−アラミドは、ポリマー鎖がアシル基サブユニットまたは官能基のメタ位を介して連結されているアラミドである。
【００３５】
アラミド被膜は、半透膜によって封入されたセメント添加剤から構成することができる。アラミド被膜は、１．０〜１．５、交互に１．２〜１．４の比重を有することができる。アラミド被膜の比重は、アラミドの比重に相当する。
【００３６】
セメント添加剤は、セメント環境に有益な相互作用を付与する任意のセメント添加剤であり得る。セメント添加剤は、密封試薬、ガス移動防止添加剤、促進剤、高温遅延剤、流体損失添加剤、促進剤、高流動化剤、およびそれらの組み合わせを含むことができる。密封試薬は、破砕セメントを自己密封することができる任意の材料であり得る。密封試薬としては、ポリマー、塩、ゴム、水、ラテックス、エポキシ、シリコン、およびこれらの組み合わせが挙げられ得る。密封試薬はＴｇ、すなわち、ポリマーが柔らかく流動性になるガラス転移温度、を有するポリマーを含むことができる。セメントが微小亀裂で損なわれる場合、これらの密封試薬は硬化セメントを自己密封し、井戸の作業可能な寿命を延ばす。いくつかの実施形態では、セメント添加剤は自由流動性粉末形態であり、スラリー配合物を製造する際に、乾燥混合物に、湿潤または非湿潤のいずれかで添加される。いくつかの実施形態では、セメント添加剤は水溶性であり、分散溶媒に溶解して分散相を形成することができる。
【００３７】
半透膜は、半透性であるアラミドポリマーであり得る。半透膜は、架橋アラミドポリマーであり得る。アラミドポリマーは、重縮合反応によって形成することができる。重縮合反応は、ポリエステル、ポリウレタン、およびポリ尿素などの半透膜に適した他のポリマーを形成することができる。半透膜を形成することができるアラミドポリマーとしては、例えば、ポリアミド、アラミド、およびこれらの組み合わせが挙げられる。半透膜は、コアを封入するシェルを形成する。コアは、セメント添加剤を含有する。コアは、液体コアであってもよい。有利には、アラミドは、高温耐性およびバリスティック定格強度を有する。半透膜は、４００℃の温度まで耐熱性であり得る。半透膜は、セメント添加剤の完全性を維持し、セメント添加剤の化学汚染に影響されず、セメント添加剤がセメントスラリーの存在下で所望するまで分解しないように保つことができる。半透膜は、セメント添加剤をコアからセメント添加剤被膜の外側へ透過させることができる。セメント添加剤は、浸透、流体置換、または機械的破裂を介して半透膜を透過することができる。半透膜は、セメント添加剤の制御放出速度を提供する。アラミドポリマーの架橋の程度は、半透膜の透過性を決定することができる。放出速度は、半透膜の透過性を調整することによって制御することができる。
【００３８】
アラミド被膜は、界面重合法によって形成することができる。界面重合のプロセスにおいて、連続相および分散相などの２つの不混和性流体は、分散相が連続相中に液滴として分散してエマルジョンを形成するまで一緒にブレンドされる。少なくとも１つの相はモノマーを含有し、架橋剤は他の相に含めることができ、分散相がシェル内に捕捉されるように、分散された液滴と連続相との間の界面にアラミドポリマーを形成して、分散相の液滴の周りにシェルを形成することができる。界面重合によって形成されたシェルは半透膜である。
【００３９】
連続相は、連続溶媒および界面活性剤を含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、連続相は架橋剤を含む。少なくとも１つの実施形態では、架橋剤は、分散相および連続相がブレンドされた後に添加される。連続溶媒は、水と不混和性の任意の極性または非極性溶媒であり得る。連続溶媒としての使用に適した非極性溶媒としては、油、鉱油、シクロヘキサン、クロロホルム、およびそれらの組み合わせが挙げられる。架橋剤は、任意の塩化アシルモノマーであり得る。架橋剤の例としては、１，３，５−ベンゼネトリカルボニルトリクロリド、セバコイルクロリド、およびそれらの組み合わせが挙げられる。界面活性剤は、ソルビタンエステル、ポリエトキシル化ソルビタンエステル、およびそれらの組み合わせを含むことができる。
【００４０】
分散相は、分散溶媒、分散モノマー、およびセメント添加剤を含むことができる。分散溶媒は、連続溶媒と不混和性の任意の水性溶媒であり得る。少なくとも１つの実施形態では、分散溶媒は、水を含むことができる。分散モノマーは、任意の水溶性ジアミンであり得る。分散モノマーは、二官能性アミノ基を含む任意のジアミンモノマーであり得る。分散モノマーの例としては、エチレンジアミン、メタ−フェニレンジアミン、パラ−フェニレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、およびそれらの組み合わせが挙げられる。セメント添加剤は、不均質であっても可溶化されていてもよい。セメント添加剤は、分散相中にブレンドされ得る。少なくとも１つの実施形態では、セメント添加剤は、分散溶媒に溶解されて、分散相を形成することができる。少なくとも１つの実施形態では、分散相は金属酸化物を含むことができる。
【００４１】
連続相溶媒および分散相溶媒は、２つの流体が互いに不混和性であるように選択することができる。
【００４２】
連続モノマーおよび分散モノマーは、半透膜を形成するアラミドポリマーの特性を考慮して一緒に選択することができる。連続モノマーおよび分散モノマーは、ポリアミド、アラミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ尿素、およびそれらの組み合わせを製造するように選択することができる。少なくとも１つの実施形態では、分散モノマーは、エチレンジアミン、メタ−フェニレンジアミン、パラ−フェニレンジアミン、およびそれらの組み合わせを含むことができる。架橋剤は、１，３，５−ベンゼントリカルボニルトリクロリドを含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、分散モノマーはヘキサメチレンジアミンを含むことができ、架橋剤はセバコイルクロリドを含むことができる。
【００４３】
連続相に添加される架橋剤の量は、半透膜の透過性を制御することができる。半透膜の透過性を制御するために、２つ以上の連続モノマーまたは分散モノマーを使用することができる。
【００４４】
連続相および分散相は、分散相が連続相中に液滴として分散してエマルジョンを形成するまで一緒にブレンドされる。各相の体積に応じて、油中水（ｗ／ｏ）エマルジョンまたは水中油（ｏ／ｗ）エマルジョンを形成することができる。液滴は、球体、ロッド、繊維、およびそれらの組み合わせを含む異なる形状を有することができる。分散相の液滴のサイズは、５０ナノメートル（ｎｍ）〜５０ミクロン（μｍ）、交互に１００ｎｍ〜１μｍ、交互に１μｍ〜１０μｍ、交互に１０μｍ〜５０μｍであり得る。連続相中の分散相の液滴のサイズおよび形状は、剪断速度、層流の使用、分散溶媒、分散溶媒の密度、連続溶媒および分散溶媒のブレンドの速度、および分散相の粘度によって制御することができる。少なくとも１つの実施形態では、繊維からの層流を使用することができる。液滴のサイズは、セメントスラリーに低いレオロジー特性を付与するように最適化することができる。
【００４５】
少なくとも１つの実施形態では、セメント添加剤は、水に不溶であるが有機溶媒に可溶である。連続相は、連続溶媒として水を含み、分散相は、分散溶媒として有機溶媒を含む。２つの相を混合することにより、オイルベースの掘削流体に適用するためのｏ／ｗエマルジョンを形成することができる。
【００４６】
少なくとも１つの実施形態では、架橋剤は、２つの相が混合物として一緒にブレンドされ、エマルジョンが作り出されるにつれてアラミドポリマーが形成し始めるとき、連続相中に存在する。少なくとも１つの実施形態では、架橋剤は、連続相中に分散された液滴のエマルジョンが発現した後に混合物に添加される。
【００４７】
アラミドポリマーは、分散された液滴と連続相との界面に形成され、アラミド被膜を生成する。重合反応は室温で起こる。重合の結果、共有結合した架橋アラミドポリマーが得られる。混合物を撹拌して、アラミドポリマーの均質性を高める。少なくとも１つの実施形態では、混合物は、約２４時間〜約７２時間の間撹拌され得る。少なくとも１つの実施形態では、アラミド被膜は、反応器の底部に沈降することができる。次のステップでは、アラミド被膜は、残っている液体から分離される。アラミド被膜を分離するために使用される分離方法は、液体を分離し、自由流動性粉末として乾燥被膜に残すことができる、任意のプロセスであり得る。分離方法は、デカンテーション、濾過、遠心分離、回転式蒸発、真空乾燥、オーブン乾燥、およびそれらの組み合わせを含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、分離方法はコアに液体を残し、液体充填被膜を生成する。少なくとも１つの実施形態では、分離方法は、コア内の液体を除去するアラミド被膜の乾燥作用をもたらす。少なくとも１つの実施形態では、乾燥被膜は、連続相の任意の残留物を除去するために洗浄され、次いで乾燥され得る。
【００４８】
連続相および分散相に添加することができるさらなる試薬には、乳化剤および増粘剤が含まれる。少なくとも１つの実施形態では、連続相に添加される乳化剤は、ソルビタントリオレートである。少なくとも１つの実施形態では、分散相に添加される乳化剤は、ポリエトキシル化ソルビタンエステルである。
【００４９】
アラミド被膜を使用して、セメント環境との有益な相互作用を提供することができる。アラミド被膜は、セメントスラリーと混合されて、添加剤含有スラリーを形成する。少なくとも１つの実施形態では、アラミド被膜は、ＡＰＩ  ＲＰ  １０−Ｂ規格に従ってセメントスラリーと混合することができる。アラミド被膜は、自由流動性乾燥粉末として、液体充填被膜として、または液体エマルジョンの一部として、セメントスラリーと混合することができる。アラミド被膜は、任意のタイプのセメントスラリーと共に使用することができる。少なくとも１つの実施形態では、セメントスラリー中のセメントは親水性である。少なくとも１つの実施形態では、セメントスラリーがクラスＧのポルトランドセメントを含む。少なくとも１つの実施形態では、セメント添加剤は、０．０５重量％のセメント（ｂｗｏｃ）〜５％ｂｗｏｃの濃度でセメントスラリー中に存在する。少なくとも１つの実施形態では、半透膜のアラミドポリマーは、少なくとも３％ｂｗｏｃの濃度でセメントスラリー中に存在する。少なくとも１つの実施形態では、２つ以上の異なるセメント添加剤がセメントスラリー内に運ばれるように、２つ以上のアラミド被膜をセメントスラリーに添加することができる。アラミド被膜は、セメントスラリー内で混合されて、セメントスラリーを通してアラミド被膜を分配することができる。添加剤含有スラリーは、坑井または地層にセメントを配置するための任意のプロセスに従って、地層に導入することができる。図１は、周囲条件で光学顕微鏡によって画像化された、セメントスラリー中に埋め込まれたアラミド被膜の写真表示である。
【００５０】
セメントスラリーは硬化セメントに硬化し、アラミド被膜が硬化セメントに埋め込まれるようにする。いくつかの実施形態では、アラミド被膜を含む硬化セメントは、華氏約３５０度、約１２０時間で、約２，５００ｐｓｉ〜約３，５００ｐｓｉの範囲の非拘束圧縮強度を示す。他の実施形態では、アラミド被膜を含む硬化セメントは、華氏約３５０度、約１２０時間で、約２，８００ｐｓｉ〜約３，５００ｐｓｉの範囲の非拘束圧縮強度を示す。さらに他の実施形態では、アラミド被膜を含む硬化セメントは、華氏約３５０度、約１２０時間で、約３，０００ｐｓｉ〜約３，４００ｐｓｉの範囲の非拘束圧縮強度を示す。比較のために、ニートセメントは同様の条件で、約３，０００ｐｓｉ〜約４，０００ｐｓｉ、約３，４００ｐｓｉ〜約３，７００ｐｓｉ、または約３，５００ｐｓｉ〜約３，６００ｐｓｉの範囲の非拘束圧縮強度を示す。また、比較のために、ラテックス含有硬化セメントは同様の条件で、約１，５００ｐｓｉ〜約２，５００ｐｓｉ、約１，８００ｐｓｉ〜約２，３００ｐｓｉ、または約１，９００ｐｓｉ〜約２，２００ｐｓｉの範囲の非拘束圧縮強度を示す。いくつかの実施形態では、アラミド被膜を含む硬化セメントは、室温で約５，０００ｐｓｉ〜約１４，０００ｐｓｉの範囲の拘束圧縮強度を示す。他の実施形態では、アラミド被膜を含む硬化セメントは、室温で約９，０００ｐｓｉ〜約１２，０００ｐｓｉの範囲の拘束圧縮強度を示す。
【００５１】
少なくとも１つの実施形態では、セメント添加剤は、アラミド被膜のコアから半透膜を通ってアラミド被膜を取り囲むセメント環境に浸透する。少なくとも１つの実施形態では、アラミド被膜の半透膜は、硬化したセメントの応力下で破裂し得る。セメント添加剤は次いで、セメント環境を通って移動する。セメント添加剤がアラミド被膜を離れた後、半透膜の残りのアラミドポリマーは、硬化セメントのマトリックスに強化特性を付与することができる。
【００５２】
少なくとも１つの実施形態では、セメント添加剤の有益な相互作用は、セメントを密封することである。セメントを密封することは、セメントを形成ガスの流入に対して抵抗性にする。
【００５３】
少なくとも１つの実施形態では、セメント添加剤は、線状ポリマーを使用する部位単離を介して、アラミド被膜のコアに連結される。セメント添加剤は、半透膜に連結されるか、半透膜内に連結されるか、または半透膜上に連結されることができる。少なくとも１つの実施形態では、セメント添加剤は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリスチレン、ポリエチレンイミン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、およびそれらの組み合わせなどの線状ポリマーを使用して部位単離することができる。これらの線状ポリマーは、典型的には水溶性である。これらの線状ポリマーの側鎖は、キレート化を介してセメント添加剤を含有するように設計することができる。連結されたセメント添加剤の非限定的な例には、塩、促進剤、および金属触媒が含まれる。他の実施形態では、これらの線状ポリマーは、切断された分子が半透膜を通って移動することができるように切断することができる。例えば、カルボン酸基を有する線状ポリマーは、カルボン酸基を有する切断された分子がセメント遅延剤となり得るように切断され得る。いくつかの実施形態では、増粘剤を使用して、封入剤を部位単離することができる。
【００５４】
セメントの靭性とは、セメントをより弾性的かつ靭性的にすることによって、セメントの完全性が高められる、セメントの信頼性の尺度をいう。有利には、アラミド被膜の半透膜がセメント靭性を改善する。
【００５５】
少なくとも１つの実施形態では、アラミド被膜は、モレキュラーシーブの非存在下にある。
【００５６】
［実施例１］
記載の方法に従って、多くのアラミド被膜サンプルを形成した。連続溶媒は、４：１シクロヘキサン−クロロホルムブレンドであった。界面活性剤は、１．５体積％のソルビタントリオレート（Ｓｐａｎ−８５（登録商標）、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（登録商標）、Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ、ＭＯ）であった。連続相は、連続溶媒および界面活性剤を含んでいた。架橋剤は、１，３，５−ベンゼントリカルボニルトリクロリドであった。分散溶媒は水であった。分散モノマーは、１，６−ジアミノヘキサンであった。セメント添加剤は、分散剤スルホン化アセトン−ホルムアルデヒド縮合物（ＳＡＦＣ）であった。分散相は、分散溶媒、分散モノマー、およびセメント添加剤を含んだ。ＳＡＦＣは赤色であるため、実施例１では色素またはシグナル伝達分子として作用した。ＳＡＦＣは、被膜からの放出速度の測定を可能にした。
【００５７】
アラミド被膜を室温で調製した。２５ミリリットル（ｍＬ）の連続相を３ｍＬの分散相に添加した。混合物を１５分間撹拌し、ｗ／ｏエマルジョンを形成した。１５分間撹拌した後、表１に従ってミリモル（ｍＭ）量の架橋剤を混合物に添加した。各サンプルについて、架橋剤を約１．５ｍＬ／分の速度で添加した。架橋剤を添加しながら撹拌を続けた。撹拌によりｗ／ｏエマルジョンを維持した。
【００５８】
【表１】
2021508795.tif 000003
【００５９】
２０分後、固体アラミド被膜を濾過することによって重合を停止させた。アラミド被膜を５００ｍＬの重炭酸ナトリウム緩衝溶液（１重量／体積％（ｗ／ｖ）、ｐＨ〜８．３）で洗浄した。洗浄したアラミド被膜を真空乾燥した。
【００６０】
アラミド被膜を顕微鏡スライド上に置き、搭載されたデジタルカメラおよび電源を有する光学顕微鏡下に置いた。図１は、ＳＡＦＣ封入剤を含有するアラミド被膜１１０の光学顕微鏡写真画像１００を示す。
【００６１】
［実施例２］
固体アラミド被膜を濾過することにより、実施例１で形成された各サンプルの重合を所定の間隔で停止させた。各アラミド被膜サンプルは、多重洗浄プロセスに供された。各サンプルをジエチルエーテルで洗浄し、次いで５００ｍＬの重炭酸ナトリウム緩衝溶液（１％ｗ／ｖ、ｐＨ〜８．３）で洗浄した。
【００６２】
ＵＶ／Ｖｉｓ分光光度法を用いて、各サンプルについてＳＡＦＣの吸光度曲線を得た。各サンプルを、ＵＶ／Ｖｉｓ分光光度計（λｍａｘ＝４２０ｎｍ、Ｈａｃｈ、Ｌｏｖｅｌａｎｄ、ＣＯから）に導入して、吸光度を測定した。較正は、各サンプルの１ｍＬの較正サンプルを採取することによって行った。数時間沈降させた後、較正サンプルを、０．４５μｍナイロンシリンジフィルターを用いて濾過した。濾過した較正サンプルをＵＶ／Ｖｉｓ分光光度計に導入して、溶液中の遊離ＳＡＦＣ（すなわち、アラミド被膜に含まれていないＳＡＦＣ）の吸光度を測定した。各サンプルの吸光度スペクトルを、対応する遊離ＳＡＦＣ較正サンプルの吸光度スペクトルで較正した。
【００６３】
結果を図２に示した。図２は、アラミド被膜から放出された封入剤のＵＶ／Ｖｉｓ吸光度を経時的に示すグラフ表示２００である。横軸は時間（分）を表す。縦軸は、ＵＶ／Ｖｉｓ吸光度を任意の単位で表す。正方形の点２１０および対応する回帰曲線２１２は、２３ｍＭの架橋剤を有する実施例１のサンプルＡの吸光度を表す。円形の点２２０および対応する回帰曲線２２２は、４６ｍＭの架橋剤を有する実施例１のサンプルＢの吸光度を表す。三角形の点２３０および対応する回帰曲線２３２は、７７ｍＭの架橋剤を有する実施例１のサンプルＣの吸光度を表す。逆三角形の点２４０および対応する回帰曲線２４２は、１５４ｍＭの架橋剤を有する実施例１のサンプルＤの吸光度を表す。
【００６４】
図２は、上清中に拡散した染料の量が架橋剤の量に反比例したことを示す。図２はまた、透過性、および結果として、封入剤の放出速度が、混合物に添加される架橋剤の量によって制御され得ることを示す。架橋剤の濃度の増加は、膜透過性の減少をもたらした。
【００６５】
［実施例３］
記載した方法に従ってアラミド被膜を形成した。連続溶媒は、４：１シクロヘキサン−クロロホルムブレンドであった。界面活性剤は、１．５体積％のソルビタントリオレート（Ｓｐａｎ−８５（登録商標）、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（登録商標）、Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ、ＭＯ）であった。連続相は、連続溶媒および界面活性剤を含んでいた。架橋剤は、１，３，５−ベンゼントリカルボニルトリクロリドであった。分散溶媒は水であった。分散モノマーは１，６−ジアミノヘキサンであった。封入剤は、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）であった。分散相は、分散溶媒、分散モノマー、および封入剤を含んでいた。
【００６６】
アラミド被膜を室温で調製した。２５ｍＬの連続相を３ｍＬの分散相に添加した。混合物を１５分間撹拌し、ｗ／ｏエマルジョンを形成した。１５分間撹拌した後、４０ｍＬの架橋剤（０．０２Ｍ溶液）を混合物に添加した。各サンプルについて、架橋剤を約１．５ｍＬ／分の速度で添加した。架橋剤を添加しながら撹拌を続けた。撹拌によりｗ／ｏエマルジョンを維持した。
【００６７】
３０分後、固体アラミド被膜を濾過することによって重合を停止させた。アラミド被膜を５００ｍＬの重炭酸ナトリウム緩衝溶液（１％ｗ／ｖ、ｐＨ〜８．３）で洗浄した。洗浄したアラミド被膜をオーブン中で真空乾燥した。
【００６８】
アラミド被膜を顕微鏡スライド上に置き、搭載されたデジタルカメラおよび電源を有する光学顕微鏡下に置いた。図３は、ＰＥＩ封入剤３２０を含有するアラミド被膜３１０の光学顕微鏡写真画像３００を示す。
【００６９】
［実施例４］
記載の方法に従って、多くのアラミド被膜サンプルを形成した。連続溶媒は、４：１シクロヘキサン−クロロホルムブレンドであった。界面活性剤は、１．５体積％のソルビタントリオレート（Ｓｐａｎ−８５（登録商標）、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（登録商標）、Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ、ＭＯ）であった。連続相は、連続溶媒および界面活性剤を含んでいた。架橋剤は、１，３，５−ベンゼントリカルボニルトリクロリドであった。分散溶媒は水であった。分散モノマーは、１，６−ジアミノヘキサンであった。セメント添加剤は、分散剤ＳＡＦＣ縮合物であった。分散相は、分散溶媒、分散モノマー、およびセメント添加剤を含んでいた。ＳＡＦＣは、赤色を有するので、色素またはシグナル伝達分子として作用した。ＳＡＦＣは、アラミド被膜からの放出速度の測定を可能にした。
【００７０】
アラミド被膜を室温で調製した。２５ｍＬの連続相を３ｍＬの分散相に添加した。分散相は、１３０ｍＭの分散モノマーを含んでいた。分散相は、０．５％ｂｗｏｃのＳＡＦＣ封入剤を含んでいた。混合物を１５分間撹拌し、ｗ／ｏエマルジョンを形成した。１５分間撹拌した後、表２に従ってｍＭ量の架橋剤を約１．５ｍＬ／分の速度で混合物に添加した。架橋剤を添加しながら撹拌を続けた。撹拌によりｗ／ｏエマルジョンを維持した。
【００７１】
【表２】
2021508795.tif 000004
【００７２】
約２４時間の所定の間隔で重合を停止させ、ここでｗ／ｏエマルジョンを濾過して、固体アラミド被膜を生成した。アラミド被膜は、ホウ酸緩衝溶液５００ｍＬで洗浄した。洗浄したアラミド被膜を真空乾燥し、自由流動性粉末を生成した。
【００７３】
水、セメント、および３％ｂｗｏｃのアラミド被膜を有するセメントスラリーを形成した。すべてのポルトランドセメント、タイプＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、またはＶなどの米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）によって分類される任意のタイプのセメント、およびクラスＡ、Ｃ、Ｇ、またはＨなどの米国石油協会（ＡＰＩ）によって分類される任意のタイプのセメントを含む、任意のタイプのセメントをセメントスラリーに使用することができる。ポルトランドセメントは、ＡＰＩのＡＰＩ仕様書「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｗｅｌｌ  Ｃｅｍｅｎｔｓ」ＡＰＩ  １０Ｂ−２に記載されている。ＡＰＩ規格に従い、スラリーを毎分４，０００回転（ｒｐｍ）で１５秒間（ｓ）ブレンドし、次いで１２，０００ｒｐｍで３５ｓに増加させた。スラリーをレオメーター（Ａｎｔｏｎ  Ｐａａｒ  ＧｍｂＨ、Ｇｒａｚ、Ａｕｓｔｒｉａ）に入れ、経時的な粘度変化を測定した。
【００７４】
結果を図４に示した。図４は、種々のモノマー濃度のアラミド被膜サンプル内に封入剤を有するセメントスラリーの粘度を示すグラフ表示４００である。横軸は、架橋剤の濃度（ｍＭ）を表す。縦軸は、セメントスラリーの粘度をセンチポアズ（ｃＰ）で表す。正方形の点４１０および対応する線４１２は、スラリーを混合して０分で収集したサンプルＥ〜Ｇを有するセメントスラリーの粘度を表す。円形の点４２０および対応する線４２２は、スラリーを混合して１０分で収集したサンプルＥ〜Ｇを有するセメントスラリーの粘度を表す。三角形の点４３０および対応する線４３２は、スラリーを混合して２０分で収集したサンプルＥ〜Ｇを有するセメントスラリーの粘度を表す。逆三角形の点４４０および対応する線４４２は、スラリーを混合して３０分で収集したサンプルＥ〜Ｇを有するセメントスラリーの粘度を表す。
【００７５】
図４は、セメントスラリーの粘度が架橋剤の量に依存したことを示す。図４はまた、透過性、および結果として、封入剤の放出速度が、混合物に添加される架橋剤の量によって制御され得ることを示す。架橋剤の濃度の増加は、膜透過性の減少をもたらした。
【００７６】
［実施例５］
記載の方法に従って、多くのアラミド被膜サンプルを形成した。連続溶媒は、４：１シクロヘキサン−クロロホルムブレンドであった。界面活性剤は、１．５体積％のソルビタントリオレート（Ｓｐａｎ−８５（登録商標）、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（登録商標）、Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ、ＭＯ）であった。連続相は、連続溶媒および界面活性剤を含んでいた。架橋剤は、１，３，５−ベンゼントリカルボニルトリクロリドであった。分散溶媒は水であった。分散モノマーは、１，６−ジアミノヘキサンであった。セメント添加剤は分散剤ＳＡＦＣであった。分散相は、分散溶媒、分散モノマー、およびセメント添加剤を含んでいた。ＳＡＦＣは、赤色を有するので、色素またはシグナル伝達分子として作用した。ＳＡＦＣは、アラミド被膜からの放出速度の測定を可能にした。
【００７７】
アラミド被膜を室温で調製した。分散相は、表３に従ってｍＭ量の分散モノマーを含んでいた。分散相は、０．５％ｂｗｏｃのＳＡＦＣ封入剤を含んでいた。混合物を１５分間撹拌し、ｗ／ｏエマルジョンを形成した。１５分間撹拌した後、表３に従ってｍＭ量の架橋剤を、約１．５ｍＬ／分の速度で混合物に添加した。架橋剤を添加しながら撹拌を続けた。撹拌によりｗ／ｏエマルジョンを維持した。
【００７８】
【表３】
2021508795.tif 000005
【００７９】
約２４時間の所定の間隔で重合を停止させ、ここでｗ／ｏエマルジョンを濾過して、固体アラミド被膜を生成した。アラミド被膜を５００ｍＬのジエチルエーテルおよびホウ酸塩緩衝溶液で洗浄した。洗浄したアラミド被膜を真空乾燥した。
【００８０】
水、セメント、および３％ｂｗｏｃのアラミド被膜を有するセメントスラリーを形成した。アラミド被膜を有するセメントスラリーに加えて、水およびセメントを有するニートセメントスラリーも形成した。すべてのポルトランドセメント、タイプＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、またはＶなどのＡＳＴＭによって分類される任意のタイプのセメント、およびクラスＡ、Ｃ、Ｇ、またはＨなどのＡＰＩによって分類される任意のタイプのセメントを含む、任意のタイプのセメントをセメントスラリーに使用することができる。ポルトランドセメントは、ＡＰＩのＡＰＩ仕様書「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｗｅｌｌ  Ｃｅｍｅｎｔｓ」、ＡＰＩ  １０Ｂ−２に記載されている。ＡＰＩ規格に従って、スラリーを４，０００ｒｐｍで１５秒間ブレンドし、次いで１２，０００ｒｐｍで３５秒間に増加させた。スラリーをレオメーター（Ａｎｔｏｎ  Ｐａａｒ  ＧｍｂＨ、Ｇｒａｚ、Ａｕｓｔｒｉａ）に入れ、経時的な粘度変化を測定した。
【００８１】
結果を図５に示す。図５は、アラミド被膜のサンプルを有するセメントスラリーの粘度を経時的に示すグラフ表示５００である。横軸は、時間（分）を表す。縦軸は、セメントスラリーの粘度（ｃＰ）を表す。白の円形の点５１０および対応する線５１２は、サンプルＩを有するセメントスラリーの経時的な粘度を表す。正方形の点５２０および対応する線５２２は、サンプルＪを有するセメントスラリーの経時的な粘度を表す。三角形の点５３０および対応する線５３２は、サンプルＫを有するセメントスラリーの経時的な粘度を表す。逆三角形の点５４０および対応する線５４２は、サンプルＬを有するセメントスラリーの経時的な粘度を表す。塗りつぶされた円形の点５５０および対応する線５５２は、ニートセメントスラリーの経時的な粘度を表す。
【００８２】
図５は、セメントスラリーの粘度が架橋剤の量に依存したことを示す。図５はまた、透過性、およびその結果としての封入剤の放出速度が、混合物に添加される架橋剤の量によって制御され得ることを示す。架橋剤の濃度の増加は、膜透過性の減少をもたらした。
【００８３】
［実施例６］
アラミド被膜を有する被膜ベースのセメントを調製した。アラミド被膜の例には、実施例１〜５で形成されたアラミド被膜が含まれる。水、セメント、および３％ｂｗｏｃのアラミド被膜を有するセメントスラリーを形成した。すべてのポルトランドセメント、タイプＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、またはＶなどのＡＳＴＭによって分類される任意のタイプのセメント、およびクラスＡ、Ｃ、Ｇ、またはＨなどのＡＰＩによって分類される任意のタイプのセメントを含む、任意のタイプのセメントをセメントスラリーに使用することができる。ポルトランドセメントは、ＡＰＩのＡＰＩ仕様書「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｗｅｌｌ  Ｃｅｍｅｎｔｓ」、ＡＰＩ  １０Ｂ−２に記載されている。ＡＰＩ規格に従って、スラリーを４，０００ｒｐｍで１５秒間ブレンドし、次いで１２，０００ｒｐｍで３５秒間に増加させた。
【００８４】
ニートセメントを調製した。水およびセメントを有するセメントスラリーを形成した。すべてのポルトランドセメント、タイプＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、またはＶなどのＡＳＴＭによって分類される任意のタイプのセメント、およびクラスＡ、Ｃ、Ｇ、またはＨなどのＡＰＩによって分類される任意のタイプのセメントを含む、任意のタイプのセメントをセメントスラリーに使用することができる。ポルトランドセメントは、ＡＰＩのＡＰＩ仕様書「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｗｅｌｌ  Ｃｅｍｅｎｔｓ」、ＡＰＩ  １０Ｂ−２に記載されている。スラリーを４，０００ｒｐｍで１５秒間ブレンドし、１２，０００ｒｐｍで３５秒間ブレンドした。
【００８５】
ラテックスベースのセメントを調製した。水、セメント、６％ｂｗｏｃの５０％ラテックス溶液、および１５重量％のラテックス溶液安定剤を有するセメントスラリーを形成した。すべてのポルトランドセメント、タイプＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、またはＶなどのＡＳＴＭによって分類される任意のタイプのセメント、およびクラスＡ、Ｃ、Ｇ、またはＨなどのＡＰＩによって分類される任意のタイプのセメントを含む、任意のタイプのセメントをセメントスラリーに使用することができる。ポルトランドセメントは、ＡＰＩのＡＰＩ仕様書「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｗｅｌｌ  Ｃｅｍｅｎｔｓ」、ＡＰＩ  １０Ｂ−２に記載されている。ラテックスの例としては、カルボキシル化ラテックスおよびカルボキシル化スチレンブタジエンラテックスが挙げられる。スラリーを１，０００ｒｐｍで３５秒間ブレンドした。
【００８６】
混合後、各スラリーを超音波セメント分析器（ＵＣＡ、Ｃｈａｎｄｌｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｂｒｏｋｅｎ  Ａｒｒｏｗ／ＯＫから）のサンプルホルダーに注ぎ、拘束圧縮強度を測定した。ＵＣＡは、セメントスラリーを硬化させ、坑井条件でセメントの現場試験を行うのに適している。次に、各スラリーを硬化チャンバーに入れて測定を開始し、そこでセメントを約７２時間〜約１２０時間、華氏約３５０度、約３，０００ｐｓｉに維持した。
【００８７】
結果を図６に示す。図６は、実施例６で形成されたセメントサンプルの非拘束圧縮強度のグラフ表示６００を示す。グラフ表示６１０、６２０、６３０は、それぞれ、ニートセメント、アラミド被膜ベースセメント、およびラテックスベースセメントの非拘束圧縮強度に対応する。縦軸は、非拘束圧縮強度（ｐｓｉ）を表す。横軸は時間を表す。図６に示すように、ニートセメントは、華氏約３５０度、約１２０時間で、約３，５００ｐｓｉ〜約３，６００ｐｓｉの範囲の非拘束圧縮強度を示す。被膜ベースのセメントは、華氏約３５０度、約１２０時間で、約３，０００ｐｓｉ〜約３，４００ｐｓｉの範囲の非拘束圧縮強度を示す。ラテックス系セメントは、華氏約３５０度、約１２０時間で、約１，９００ｐｓｉ〜約２，２００ｐｓｉの範囲の非拘束圧縮強度を示す。
【００８８】
図６は、坑井条件でのニートセメントと比較して、ラテックス系セメントについてセメント強度の後退が有意に生じることを示す。一方、被膜ベースのセメントについてはセメント強度の後退は有意に起こらず、これは被膜内のアラミド被膜およびセメント添加剤がセメントに構造的完全性を提供することを示す。
【００８９】
本実施形態は詳細に説明されてきたが、様々な変化、代替および変更は原則および範囲から逸脱することなく、ここに行うことができることを理解されたい。したがって、実施形態の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの適切な法的均等物によって決定されるべきである。
【００９０】
記載されている様々な要素は、別途記載されていない限り、ここに記載されている他のすべての要素と組み合わせて使用することができる。
【００９１】
単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうではないと指示しない限り、複数の指示対象を含む。
【００９２】
任意の、または、任意的に、とは、後述する事象または状況が発生する可能性がある、または発生しない可能性があることを意味する。説明は、事象または状況が発生する場合と、それが発生しない場合とを含む。
【００９３】
範囲は、ここでは約１つの特定の値から約別の特定の値までのように表すことができ、別途記載されていない限り、包含される。そのような範囲が表される場合、別の実施形態は、１つの特定の値から他の特定の値までであり、前記範囲内の全ての組み合わせを伴うことが理解されるべきである。
【００９４】
本明細書および付属請求権において用いられているように、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「有する（ｈａｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」という用語およびそれらのすべての文法的変化形は、それぞれ、追加の要素またはステップを除外しない開放的で非制限的な意味を持つことを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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