(57)【要約】  坑井内でガス移動制御を提供するためにガス制御添加剤を使用する方法は、ガス制御添加剤をセメントと混合してセメントスラリーを形成するステップを含み、ガス制御添加剤は半透膜およびスクラビング剤を含み、その結果、半透膜はスクラビング剤がコア内にあるようにコアの周りにシェルを形成し、セメントスラリーを坑井内に導入し、ヘルパー副産物を生成するためにスクラビング剤を拮抗ガスと反応させ、拮抗ガスは炭化水素含有地層から坑井内に移動し、半透膜を通ってガス制御添加剤のコアに浸透する。
2021508794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
坑井内のガス移動制御を提供するためにガス制御添加剤を使用する方法であって、
前記ガス制御添加剤をセメントと混合してセメントスラリーを形成するステップであって、前記ガス制御添加剤は半透膜とスクラビング剤とを含み、前記半透膜は前記スクラビング剤がコア内にあるように前記コアの周りにシェルを形成する、ステップと、
前記セメントスラリーを坑井に導入するステップと、
ヘルパー副産物を生成するために前記スクラビング剤を拮抗ガスと反応させるステップであって、前記拮抗ガスは炭化水素含有地層から前記坑井に移動し、前記半透膜を通って前記ガス制御添加剤の前記コアに浸透する、ステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記セメントスラリーを硬化させて硬化セメントを形成するステップ、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記半透膜は、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からなる群から選択されるポリマーを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記半透膜が拮抗ガスを誘引する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記スクラビング剤が、液体スクラバー、固体スクラバー、吸着剤、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１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記スクラビング剤が酸化鉄（ＩＩＩ）である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記スクラビング剤が水酸化カルシウムである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ガス制御添加剤が、前記セメントスラリーの約３重量％未満の濃度で前記セメントスラリー中に存在する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記拮抗ガスが、硫化水素、メルカプタン、二酸化炭素、天然ガス、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１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ヘルパー副産物が水である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ヘルパー副産物が炭酸カルシウムである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ヘルパー副産物は、コアから半透膜を透過する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記反応させるステップにおいて、固体生成物が生成され、前記半透膜は、前記固体生成物が前記ガス制御添加剤のコアから前記半透膜を透過することを妨げる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記固体生成物は、前記拮抗ガスが移動するのを防ぐために微小環において物理的障壁を形成する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
坑井内のガス移動制御を提供するためにガス制御添加剤を使用する方法であって、
前記ガス制御添加剤をセメントと混合してセメントスラリーを形成するステップであって、前記ガス制御添加剤が、
第１の溶媒、第１のモノマー、および界面活性剤を混合して、連続相を生成するステップと、
第２の溶媒、第２のモノマー、およびスクラビング剤を混合して、分散相を生成するステップと、
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前記分散相の前記液滴を画定するステップと、
ポリマーがコアの周りに半透膜を形成するように、前記液滴の界面上にポリマーを形成するステップであって、前記コアの周りの前記半透膜がガス制御添加剤を形成するように、前記コアが分散相を含有する、ステップと、
前記混合物から前記ガス制御添加剤を沈降させるステップと、
分離方法を使用して前記混合物からガス制御添加剤を分離するステップと、
を含む、形成するステップと、
前記セメントスラリーを坑井内に導入するステップと、
ヘルパー副産物を生成するために前記スクラビング剤を拮抗ガスと反応させるステップであって、前記拮抗ガスは炭化水素含有地層から前記坑井に移動し、前記半透膜を通って前記ガス制御添加剤の前記コアに浸透するステップと、
を含む方法。
【請求項１６】
前記セメントスラリーを硬化させて硬化セメントを形成するステップ、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記分散相が緩衝液を含む、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記緩衝液がリン酸塩を含む、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の溶媒が、石油、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１５〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のモノマーが三官能性酸塩化物を含む、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のモノマーが、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２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記界面活性剤が、ソルビタンエステル、ポリソルベート、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１５〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２の溶媒が、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１５〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記第２のモノマーがアミン基を含む、請求項１５〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２のモノマーが、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、４，４'−メチレンジアニリン、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２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記スクラビング剤が、酸化鉄（ＩＩＩ）、水酸化カルシウム、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１５〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記拮抗ガスが、硫化水素、メルカプタン、二酸化炭素、天然ガス、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１５〜２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記ヘルパー副産物が、水、炭酸カルシウム、重炭酸カルシウム、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１５〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記スクラビング剤は、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、エチレンジアミン四酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸、ニトリロ三酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるキレート剤を用いて、前記コア内で部位単離を介して連結される、請求項１５〜２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
坑井内でのガス移動制御を提供するためのガス制御添加剤であって、
ポリマーを含む半透膜であって、前記半透膜は、コアがスクラビング剤を含有するように、前記コアを有するシェルを形成し、前記半透膜は、スクラビング剤を含有し、前記半透膜は、拮抗ガスが膜を通って前記コア内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、
スクラビング剤であって、前記スクラビング剤は、前記コア内に浸透する拮抗ガスと反応してヘルパー副産物を生成するように動作可能である、スクラビング剤と、を含み、
前記ポリマーが、二官能性アミノ基を含む第１のモノマーに由来するサブユニットと、三官能性酸塩化物を含む第２のモノマーに由来するサブユニットとを含む、
ガス制御添加剤。
【請求項３１】
キレート剤であって、前記キレート剤は水溶性であり、部位単離を介して前記コア内に前記スクラビング剤を連結し、前記スクラビング剤の溶解度を増加させるように操作可能である、キレート剤をさらに含む、請求項３０に記載のガス制御添加剤。
【請求項３２】
前記キレート剤が、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、エチレンジアミン四酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸、ニトリロ三酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、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３１に記載のガス制御添加剤。
【請求項３３】
前記スクラビング剤が、酸化鉄（ＩＩＩ）、水酸化カルシウム、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３０〜３２のいずれか一項に記載のガス制御添加剤。
【請求項３４】
前記第１のモノマーが、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，４，４´−メチレンジアニリン、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３０〜３３のいずれか一項に記載のガス制御添加剤。
【請求項３５】
前記第２のモノマーが、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３０〜３４のいずれかに一項に記載のガス制御添加剤。
【請求項３６】
前記拮抗ガスが、硫化水素、メルカプタン、二酸化炭素、天然ガス、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３０〜３５のいずれか一項に記載のガス制御添加剤。
【請求項３７】
前記ヘルパー副産物が、水、炭酸カルシウム、重炭酸カルシウム、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３０〜３６のいずれか一項に記載のガス制御添加剤。
【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。セメントスラリーの静水圧がセメントスラリーの固定の結果として減少するとき、ガス移動が生じる。地層中のガスの圧力がセメントスラリーの静水圧よりも大きい場合、地層中のガスは地層からスラリーを通って移動する。その結果、セメント内に永久的な流路が形成され得る。これらの流路によって、地表への連通が起こり得、ゾーン分離が保てなくなり得る。セメントを通る地層からのガスの移動は、ケーシングの後方の圧力を増加させ得る。ガスの移動は、セメントシースの一体性を低下させ得る。セメントシースの一体性の低下は、長期間のガス移動および持続的な環状圧力をもたらし得る。ケーシング・イン・ケーシング・アニュラス（ＣＣＡ）と呼ばれるケーシングストリングとケーシングの間の圧力上昇は、セメント中の微小環をもたらし得る。本明細書で使用される「微小環（ｍｉｃｒｏ−ａｎｎｕｌｕｓ）」は、ケーシングまたはライナーと周囲のセメントシースとの間に形成することができる小さな間隙を指す。井戸の生産寿命中の環状圧力の増大は、井戸の生産および井戸の安全性を脅かす可能性がある。圧力の増大は、危険な噴出、または坑口での数ポンド／平方インチのそれほど厳しくない制御された圧力解放をもたらし得る。
【０００３】
ＣＣＡ問題の早期発見は、重大度の高い噴出のリスクを低減させることができ、生産の損失を回避することができる。動作上の変更や機械的ブリードオフユニットなどの、ＣＣＡ問題に対する修復解決策は、ＣＣＡ問題を低減することができる。他のアプローチは、セメントシースを生成ガスの流入に対して抵抗性にすることを目的とする。１つのアプローチは、セメントペーストを生成ガスの流入に対して抵抗性にするために、薄膜形成ラテックス添加剤の添加を含むことである。ラテックス添加剤の使用に伴う１つの問題は、ラテックスが８２℃を超える、または１００℃を超える温度では、セメントシースの破損を防ぐことができないことである。
【発明の概要】
【０００４】
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。
【０００５】
第１の態様では、坑井内のガス移動制御を提供するためにガス制御添加剤を使用する方法が提供される。本方法は、ガス制御添加剤をセメントと混合してセメントスラリーを形成するステップを含む。ガス制御添加剤は、半透膜およびスクラビング剤を含む。半透膜は、スクラビング剤がコア内にあるように、コアの周りにシェルを形成する。本方法は、セメントスラリーを坑井に導入するステップを含む。本方法は、ヘルパー副産物を生成するためにスクラビング剤を拮抗ガスと反応させるステップを含む。拮抗ガスは、炭化水素含有地層から坑井内に移動し、半透膜を通ってガス制御添加剤のコアに浸透する。
【０００６】
特定の態様では、本方法は、硬化セメントを形成するためにセメントスラリーを硬化させるステップをさらに含む。特定の態様では、半透膜は、ポリアミド、アラミド、ポリエステル、ポリウレタン、およびポリ尿素を含むことができるポリマーを含む。特定の態様では、半透膜は、拮抗ガスを誘引する。特定の態様では、スクラビング剤は、液体スクラバー、固体スクラバー、および吸着剤を含むことができる。特定の態様では、スクラビング剤は酸化鉄（ＩＩＩ）である。特定の態様では、スクラビング剤は水酸化カルシウムである。特定の態様では、ガス制御添加剤は、セメントスラリーの約３重量％未満の濃度でセメントスラリー中に存在する。特定の態様では、拮抗ガスは、硫化水素、メルカプタン、二酸化炭素、および天然ガスを含むことができる。特定の態様では、ヘルパー副産物は水である。特定の態様では、ヘルパー副産物は炭酸カルシウムである。特定の態様では、ヘルパー副産物がコアから半透膜を透過する。特定の態様では、反応させるステップにおいて、固体生成物が生成される。半透膜は、固体生成物がガス制御添加剤のコアから半透膜を透過することを防止する。特定の態様では、固体生成物は微小環において物理的障壁を形成し、拮抗ガスが移動するのを防ぐ。
【０００７】
第２の態様では、坑井内のガス移動制御を提供するためにガス制御添加剤を使用する方法が提供される。本方法は、ガス制御添加剤をセメントと混合してセメントスラリーを形成するステップを含む。ガス制御添加剤は、第１の溶媒、第１のモノマー、および界面活性剤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。ガス制御添加剤は、第２の溶媒、第２のモノマー、およびスクラビング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。ガス制御添加剤は、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に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画定する。ガス制御添加剤は、ポリマーがコアの周りに半透膜を形成するように、液滴の界面上にポリマーを形成す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ガス制御添加剤を形成するように、分散相を含有する。ガス制御添加剤は、混合物からガス制御添加剤を沈降させるステップによって形成される。ガス制御添加剤は、分離方法を使用して混合物からガス制御添加剤を分離する工程によって形成される。本方法は、セメントスラリーを坑井に導入するステップを含む。本方法は、ヘルパー副産物を生成するためにスクラビング剤を拮抗ガスと反応させるステップを含む。拮抗ガスは、炭化水素含有地層から坑井内に移動し、半透膜を通ってガス制御添加剤のコアに浸透する。
【０００８】
特定の態様では、本方法は、硬化セメントを形成するためにセメントスラリーを硬化させるステップをさらに含む。特定の態様では、分散相は緩衝液を含む。特定の態様では、緩衝液はリン酸塩を含む。特定の態様では、第１の溶媒は、石油、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、第１のモノマーは、三官能性酸塩化物を含む。特定の態様では、第１のモノマーは、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、界面活性剤は、ソルビタンエステルおよびポリソルベートを含み得る。特定の態様では、第２の溶媒は、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、第２のモノマーはアミン基を含む。特定の態様では、第２のモノマーは、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、ヘキサメチレンジアミン、および４，４´−メチレンジアニリン（ＭＤＡ）を含み得る。特定の態様では、スクラビング剤は、酸化鉄（ＩＩＩ）および水酸化カルシウムを含み得る。特定の態様では、拮抗ガスは、硫化水素、メルカプタン、二酸化炭素、および天然ガスを含み得る。特定の態様では、ヘルパー副産物は、水、炭酸カルシウム、および重炭酸カルシウムを含み得る。特定の態様では、スクラビング剤は、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、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸（ＨＥＤＴＡ）、ニトリロ三酢酸（ＮＴＡ）、およびジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）を含むキレート剤を用いて部位単離を介してコア内で連結される。
【０００９】
第３の態様では、坑井内のガス移動制御を提供するためのガス制御添加剤が提供される。ガス制御添加剤は半透膜を含む。半透膜はポリマーを含む。半透膜は、コアがスクラビング剤を含有するように、コアとシェルを形成する。半透膜は、拮抗ガスが膜を通ってコア内に透過することを可能にするように動作可能である。ガス制御添加剤は、スクラビング剤を含む。スクラビング剤は、コア内に浸透する拮抗ガスと反応してヘルパー副産物を生成するように動作可能である。ポリマーは、二官能性アミノ基を含む第１のモノマーに由来するサブユニットと、三官能性酸塩化物を含む第２のモノマーに由来するサブユニットとを含む。
【００１０】
特定の態様では、ガス制御添加剤がキレート剤をさらに含む。キレート剤は水溶性であり、部位単離を介してコア中にスクラビング剤を連結し、スクラビング剤の溶解度を増加させるように動作可能である。特定の態様では、キレート剤は、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、ＥＤＴＡ、ＨＥＤＴＡ、ＮＴＡ、およびＤＴＰＡを含み得る。特定の態様では、スクラビング剤は、酸化鉄（ＩＩＩ）および水酸化カルシウムを含み得る。特定の態様では、第１のモノマーは、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、ヘキサメチレンジアミン、およびＭＤＡを含み得る。特定の態様では、第２のモノマーは、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、拮抗ガスは、硫化水素、メルカプタン、二酸化炭素、および天然ガスを含み得る。特定の態様では、ヘルパー副産物は、水、炭酸カルシウム、および重炭酸カルシウムを含み得る。
【００１１】
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】
【００１２】
【図１】走査型電子顕微鏡を用いて現像されたガス制御添加剤の顕微鏡写真画像を提供する。
【００１３】
【図２】スクラビング剤を用いたガス移動制御方法の図形表示を提供する。
【００１４】
【図３】スクラビング剤が酸化鉄（III）である場合の、ガススクラビング添加剤を用いたガス移動制御方法の図形表示を提供する。
【００１５】
【図４】スクラビング剤が水酸化カルシウムである場合の、ガススクラビング添加剤を用いたガス移動制御方法の図形表示を提供する。
【００１６】
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】
【００１７】
組成物および方法の特許請求の範囲は、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、および変更が本実施形態の範囲および精神内にあることを認識するであろうことが理解される。
【００１８】
したがって、説明された実施形態は、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。
【００１９】
組成物および方法は、セメントを通るガスの移動および坑井内の圧力の蓄積を制御するガス制御添加剤を対象とする。ガス制御添加剤は、半透膜によって封入されたスクラビング剤を含む。ガス制御添加剤は、拮抗ガスがセメントを通って移動することにつれて、拮抗ガスがガス制御添加剤に出合うように、セメンチング作業中にセメントスラリーと混合することができる。拮抗ガスは半透膜を透過し、スクラビング剤と反応する。スクラビング剤と拮抗ガスとの間の反応は、半透膜を分解しない。スクラビング剤と拮抗ガスとの間の反応は、膜を透過してセメントに戻ることができるヘルパー副産物を生成することができる。スクラビング剤と拮抗ガスとの間の反応からの副産物は、半透膜中に残ることができる。半透膜の半透性のために、ガス制御添加剤のコアへの拮抗ガスの受動的透過が起こり得、これは次いで拮抗ガスを不活性にし得る。
【００２０】
有利には、記載される組成物および方法は、拮抗ガスを除去するか、または拮抗ガスをヘルパー副産物に変換することができ、ヘルパー副産物は低下した透過性を有し、拮抗ガスよりも腐食性が低い。有利には、ガス制御添加剤組成物および方法の半透膜は、浸出、化学汚損を最小限に抑えることができ、スクラビング剤の熱遮蔽を提供することができる。ガス制御添加剤は、ダウンホール環境の高温に耐えることができ、スクラビング剤を高温から保護することができる。有利には、ガス制御添加剤は、ガス移動制御のためのジャストインタイムの解決策を提供することができる。有利には、ガス制御添加剤がセメントの後退を軽減することができる。
【００２１】
全体を通して使用されるように、「ガス制御添加剤（ｇａｓ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｄｄｉｔｉｖｅ）」は、半透膜とスクラビング剤との特定の組み合わせの１つ以上の粒子を指す。単一のガス制御添加剤への言及は、複数の粒子を含む。複数のガス制御添加剤への言及は、異なる半透膜またはスクラビング剤の組成物への言及である。
【００２２】
全体を通して使用されるように、「拮抗ガス（ａｎｔａｇｏｎｉｓｔｉｃ  ｇａｓ）」は、硬化セメント、ケーシング、または坑井の他の態様に悪影響を及ぼし得る１つまたは複数のガスを指す。拮抗ガスは、硫化水素、メルカプタン、二酸化炭素、天然ガス、およびそれらの組み合わせなどの酸性ガスを含むことができる。
【００２３】
全体を通して使用されるように、「スカベンジャー（ｓｃａｖｅｎｇｅｒ）」または「ガススクラバー（ｇａｓ  ｓｃｒｕｂｂｅｒ）」は、ガスを除去または不活性化することができる化合物を指す。
【００２４】
全体を通して使用されるように、「ヘルパー副産物（ｈｅｌｐｅｒ  ｂｙｐｒｏｄｕｃｔ）」は、坑井内のセメントに積極的に影響を及ぼし得る拮抗ガスを中和するための反応からの副産物を指す。ヘルパー副産物は、固体、液体または気体として存在することができる。一例として、ヘルパー副産物は、水蒸気または液体の水として存在する水であってもよく、水は硬化セメントの水和を提供することによってセメントに積極的に影響を及ぼし得る。ヘルパー副産物の他の例としては、重炭酸塩または炭酸塩（環状炭酸エステルを含む）、および固体硫黄を有する化合物が挙げられ得る。一例として、ヘルパー副産物は炭酸カルシウムであり得る。炭酸カルシウムは、ガスに対する障壁を物理的に形成することができるセメント質材料であり、これは、セメントスラリーが自己修復型である場合に有利である。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
全体を通して使用されるように、「剪断速度（ｓｈｅａｒｉｎｇ  ｒａｔｅ）」は、エマルジョン系のガス制御添加剤を形成する場合の混合速度を指す。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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することができる、地表下層に掘削された穴を指す。坑井は、地表からの深度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。
【００３１】
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。
【００３２】
ガス制御添加剤は、半透膜によって被膜化されたスクラビング剤から構成される。ガス制御添加剤は、１.０〜１.５の比重、交互に１.２〜１.４の比重を有することができる。ガス制御添加剤は被膜ベースである。
【００３３】
スクラビング剤は、拮抗ガスと反応して拮抗ガスを中和することができる任意のスカベンジャーとすることができる。スクラビング剤は、液体スクラバー、固体スクラバー、および吸着剤を含むことができる。スクラビング剤は、商業的に入手可能なガススクラバーを含むことができる。液体スクラバーは、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）、およびそれらの組み合わせを含むことができる。水酸化ナトリウムは、苛性ソーダとしても知られている。炭酸ナトリウムは、ソーダ灰としても知られている。水酸化カルシウム水溶液は、石灰水としても知られている。固体スクラバーは、活性アルミナ、金属、金属酸化物、アルカリ金属塩基、乾燥吸着剤、チタニア、およびそれらの組み合わせを含むことができる。金属は、鉄（Ｆｅ（ＩＩ）またはＦｅ（ＩＩＩ））、鉛（Ｐｂ（ＩＩ））、銅（Ｃｕ（ＩＩ））、水銀（Ｈｇ（ＩＩ））、およびヒ素（Ａｓ（ＩＩＩ））を含むことができる。金属酸化物は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化鉄、およびそれらの組み合わせを含むことができる。酸化鉄は、酸化鉄（ＩＩ）（ＦｅＯ）、酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ２ Ｏ３）、酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）（Ｆｅ３Ｏ４またはＦｅＯ・Ｆｅ２ Ｏ３）、およびそれらの組み合わせを含むことができる。酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）はマグネタイトとしても知られている。他の金属化合物には、Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）４、Ｐｂ３（ＯＨ）４（ＣＨ３ＣＯＯ）２などの酢酸鉛、ＺｎＣＯ３、Ｚｎ５（ＯＨ）６（ＣＯ３）２などの炭酸亜鉛、炭酸銅（ＣｕＣＯ３）、およびそれらの組み合わせが含まれる。アルカリ金属塩基は、水酸化ナトリウムおよび水酸化カルシウムを含むことができる。吸着剤は、拮抗ガスが化合物の表面に吸着する反応メカニズムを有する任意の化合物を含むことができる。
【００３４】
少なくとも１つの実施形態では、鉄（ＩＩＩ）は、硫化水素と反応して、固形硫化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ２Ｓ３）を生成することができる。鉄（ＩＩ）は、硫化水素と反応して、固体硫化鉄（ＩＩ）（ＦｅＳ）を生成することができる。マグネタイトは、硫化水素と反応して、硫化鉄（ＩＩＩ）、硫化鉄（ＩＩ）、または二硫化鉄（ＩＩ）（ＦｅＳ２）を生成することができる。炭酸亜鉛は、硫化水素と反応して、固体硫化亜鉛（ＺｎＳ）を生成することができる。炭酸銅は、硫化水素と反応して、固体硫化銅（II）（ＣｕＳ）を生成することができる。水酸化カルシウムは、二酸化炭素と反応して、固形炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を生成することができる。
【００３５】
半透膜は、半透性のポリマーであり得る。ポリマーは、重縮合反応によって形成することができる。ポリマーは、架橋ポリマーであり得る。半透膜を形成することができるポリマーとしては、例えば、ポリアミド、アラミド等が挙げられる。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。いかなる理論にも束縛されないが、ポリアミドおよびアラミドは、アミン基による硫化水素などの拮抗ガスを誘引することができると考えられる。有利には、アラミド類が高温耐性およびバリスティック定格強度を有する。半透膜はシェルを形成する。半透膜は、４００℃の温度まで耐熱性であり得る。半透膜は、スクラビング剤が半透膜から透過できないように設計することができる。半透膜は、スクラビング剤がセメントスラリー中の他の試薬と相互作用することができないような障壁として作用することができる。半透膜は、スクラビング剤の完全性を維持することができ、スクラビング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。半透膜は分解しない。半透膜は、スクラビング剤がセメント水和物と反応するのを防止することができる。半透膜によって、ヘルパー副産物の制御された放散速度が提供される。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。放散速度は、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。
【００３６】
ガス制御添加剤は、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。各相はモノマーを含み、分散相がシェル内に捕捉されるように、ポリマーは、分散した液滴と連続相との間の界面上に形成されて、分散相の液滴の周囲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。各相は、モノマーとして架橋剤を含むことができる。
【００３７】
連続相は、溶媒、モノマー、および界面活性剤を含むことができる。連続相のための溶媒は、水と混和しない任意の溶媒であり得る。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。連続相のためのモノマーは、任意の塩化アシルモノマーであり得る。連続相のためのモノマーは、三官能性酸塩化物または二官能性塩化物を含有する任意のモノマーであり得る。連続相のためのモノマーの例としては、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が挙げられる。連続相のためのモノマーは、架橋剤として働くことができる。界面活性剤には、ソビタンエステル、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。連続相のための複数のモノマーを使用して、半透膜の透過性を制御することができる。
【００３８】
分散相は、溶媒、モノマー、およびスクラビング剤を含むことができる。分散相のための溶媒は、水、エタノール、メタノール、およびそれらの組み合わせを含むことができる。分散相のためのモノマーは、任意の水溶性ジアミンであり得る。分散相のためのモノマーは、二官能性アミノ基を含む任意のモノマーであり得る。分散相のためのモノマーとしては、例えば、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、ポリエチレンイミン、ＭＤＡ、およびそれらの組み合わせ等が挙げられる。半透膜の透過性を制御するために、分散相のための複数のモノマーを使用することができる。スクラビング剤は、不均質であっても可溶化されていてもよい。スクラビング剤は、分散相中にブレンドすることができる。少なくとも１つの実施形態では、スクラビング剤は、分散相にブレンドされてエマルジョン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、キレート剤を分散相に添加して、スクラビング剤の水溶性を改善することができる。キレート剤の例としては、ＥＤＴＡ、ＨＥＤＴＡ、ＮＴＡ、ＤＴＰＡ、およびそれらの組み合わせが挙げられる。キレート剤の例には、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、およびそれらの組み合わせも含まれる。エチレンジアミン四酢酸鉄（ＩＩＩ）一ナトリウム塩（Ｎａ［Ｆｅ（ＩＩＩ）ＥＤＴＡ］）などの塩形態のキレート剤を分散相に添加することができる。少なくとも１つの実施形態では、分散相に緩衝液を添加することができる。緩衝剤は、ガス制御添加剤のスクラビング能力を増加させることができる。緩衝液の例としては、リン酸三ナトリウム（Ｎａ３ＰＯ４）などのリン酸緩衝液が挙げられる。当業者は、リン酸が多重酸解離定数（Ｋａ）を有する多塩基酸であることを理解するであろう。リン酸のｐＫａ値は、２．１５、６．８６、および１２．３２である。リン酸緩衝液は、３つのｐＫａ値のいずれかのｐＨ付近で調製することができる。緩衝液としてリン酸三ナトリウムを使用する場合、分散相のｐＨは約１２．３に設定することができる。
【００３９】
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。
【００４０】
連続相のためのモノマーおよび分散相のためのモノマーは、半透膜を形成する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。連続相のためのモノマーおよび分散相のためのモノマーは、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生成するように選択することができる。連続相に添加されるモノマーの量は、半透膜の透過性を制御することができる。
【００４１】
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）を形成することができる。従って、各相の体積によって、連続相は分散相であり得、そして同様に、分散相は連続相であり得る。液滴は、球体、ロッド、および繊維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、１００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。
【００４２】
図１を参照すると、顕微鏡写真画像は、ガス制御添加剤の被膜の多分散性を示す。膜形成挙動のいくつかの証拠は、ガス移動を低減するために使用することもできることを示している。図１は、約１４２ｎｍの平均直径を有するガス制御添加剤の被膜を含む。顕微鏡写真画像は、サンプルをパラジウムおよび金でスパッタコーティングし、Ｚｅｉｓｓ Ｃｒｏｓｓｂｅａｍ ５４０ ＳＥＭ（Ｃａｒｌ  Ｚｅｉｓｓ  ＡＧ、Ｏｂｅｒｋｏｃｈｅｎ、Ｇｅｒｍａｎｙ）で画像化する、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて現像した。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、分散相中の溶媒、分散相中の溶媒の濃度、連続相中の溶媒および分散相中の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。
【００４３】
ポリマーは、分散した液滴と連続相との界面に形成され、ガス制御添加剤の被膜を生成する。重合反応は室温で起こる。混合物を撹拌して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、ガス制御添加剤は、反応器の底部に沈降し得る。次のステップでは、ガス制御添加剤は、残存する液体から分離される。ガス制御添加剤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−レドックススクラバーガス制御添加剤を生成する。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ガス制御添加剤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。
【００４４】
少なくとも１つの実施形態では、溶媒および界面活性剤を含有する連続相は、溶媒およびモノマーを含有する分散相と混合され得、その結果、分散相は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。次いで、連続相のためのモノマーを、分散相中のモノマーおよび連続相中のモノマーの反応のために、ポリマーを液滴の界面で形成させるエマルジョンに添加することができる。
【００４５】
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。
【００４６】
ガス制御添加剤は、ガス移動制御を提供するために使用することができる。ガス制御添加剤は、セメントスラリーが地層に導入される前の任意の時点でセメントスラリーと混合される。少なくとも１つの実施形態では、ガス制御添加剤は、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。ガス制御添加剤は、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。ガス制御添加剤は、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、スクラビング剤は、セメントの約０.０５重量％〜セメントの約０.５重量％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、半透膜のポリマーはセメントスラリー中に、セメントの約３重量％までの濃度で存在する。少なくとも１つの実施形態では、２つ以上の異なるスクラビング剤がセメントスラリー中に運ばれるように、２つ以上のガス制御添加剤をセメントスラリーに添加することができる。ガス制御添加剤は、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ガス制御添加剤を分配することができる。セメントスラリーは、坑井または地層内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。
【００４７】
セメントスラリーは硬化セメントへと硬化し、ガス制御添加剤は硬化セメントに埋め込まれる。いくつかの実施形態では、ガス制御添加剤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、ガス制御添加剤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、ガス制御添加剤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、交互に約３，４００ｐｓｉ〜約３，７００ｐｓｉ、または交互に約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、交互に約１，８００ｐｓｉ〜約２，３００ｐｓｉ、または交互に約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。
【００４８】
拮抗ガスは、地層からセメントスラリーおよび硬化セメントを通って移動することができる。拮抗ガスがセメントスラリーまたは硬化セメントを通って移動することにつれて、ガスはガス制御添加剤に出合うことができる。拮抗ガスは、アミン基によって、ポリアミドまたはアラミド系の半透膜によって誘引され得る。いくつかの実施形態では、拮抗ガスは半透膜と反応しない。拮抗ガスは、半透膜を透過することができる。
【００４９】
半透膜において、拮抗ガスはスクラビング剤と反応する。少なくとも１つの実施形態では、拮抗ガスとスクラビング剤とが反応して、ヘルパー副産物と第２の副産物とを生成する。ヘルパー副産物は、半透膜を通ってセメントスラリーまたは硬化セメントに浸透することができる。少なくとも１つの実施形態では、ヘルパー副産物は、拮抗ガスよりも腐食性が低い。少なくとも１つの実施形態では、ヘルパー副産物は水であることができ、水は半透膜を通ってセメントスラリーまたは硬化セメントに浸透することができ、セメントを水和することができる。ガス制御添加剤の体積は、ガス制御添加剤の寿命にわたって、１体積％未満変化し得る。
【００５０】
他の実施形態では、ヘルパー副産物は、重炭酸塩または炭酸塩（環状炭酸エステルを含む）、および固体硫黄を有する、化合物を含むことができる。少なくとも１つの実施形態では、ヘルパー副産物は、重炭酸カルシウムまたは炭酸カルシウムを含む固体生成物であり得る。重炭酸カルシウムおよび炭酸カルシウムは、半透膜が、固体生成物がガス制御添加剤のコアから半透膜を通って透過することを妨げるように、固体形態で存在することができる。さらに、セメント特性を有する重炭酸塩および炭酸塩系の化合物であるために、固体生成物は、ガスが移動するのを防ぐために、もしあれば、微小環において、自己密封型の物理的障壁を形成することができる。
【００５１】
ガス制御添加剤は、スクラビング剤が使い果たされるか、または非反応性になるまで、ガス移動制御を提供し続けることができる。スクラビング剤が非反応性になると、不活性ガス制御添加剤の半透膜は、硬化セメントに強化特性を提供することができる。すなわち、ポリマーシェルの完全性は、シェル内に位置するスクラビング剤の状態にかかわらず維持される。
【００５２】
ガス移動制御方法および組成物は、コアから硬化セメントまで半透膜を透過するスクラビング剤の非存在下である。少なくとも１つの実施形態では、スクラビング剤が線状ポリマーを使用する部位単離を介してガス制御添加剤のコアに連結される。スクラビング剤は、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、スクラビング剤は、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、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スクラビング剤を含有するように設計することができる。連結されたスクラビング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。キレート剤の例としては、ＥＤＴＡ、ＨＥＤＴＡ、ＮＴＡ、ＤＴＰＡ、およびそれらの組み合わせが挙げられる。キレート剤の例には、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、およびそれらの組み合わせも含まれる。エチレンジアミン四酢酸鉄（ＩＩＩ）一ナトリウム塩（Ｎａ［Ｆｅ（ＩＩＩ）ＥＤＴＡ］）など、塩形態のキレート剤を分散相に添加することができる。他の実施形態において、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、スクラビング剤を部位単離するために増粘剤を使用することができる。
【００５３】
図２は、ガス移動制御方法およびガス制御添加剤２００の図形表示を示す。図１に示すように、ガス制御添加剤２００は球形であり、シェルは半透膜２１０を含む。ボックス内のガスは、拮抗ガス２２０を表す。半透膜２１０のポリアミドまたはアラミド系の材料は、拮抗ガス２２０を誘引する。拮抗ガス２２０は、半透膜２１０に浸透する。拮抗ガス２２０は、ＳＡと記されたスクラビング剤２３０と反応する。実線は、線状ポリマー２４０を表し、ここで、線状ポリマーは、スクラビング剤２３０が側鎖２４２を介して部位単離されることを可能にする。
【００５４】
少なくとも１つの実施形態では、スクラビング剤は活性アルミナであり、半透膜はポリアミドポリマーから構成され、硫化水素は半透膜を透過して活性アルミナと反応する。
【００５５】
少なくとも１つの実施形態では、ガススクラビング添加剤を用いたガス移動制御の方法が図３に示されている。金属酸化物系スクラビング剤３３０は、半透膜３１０によって封入される。半透膜３１０は、ポリアミドまたはアラミド系である。図３に示されるように、スクラビング剤３３０は、酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ２Ｏ３）である。酸化鉄（ＩＩＩ）は、固体形態または水和形状（Ｆｅ２Ｏ３・ｎＨ２Ｏ）で存在し得る。スクラビング剤３３０は、マグネタイトとして知られている、酸化鉄（ＩＩ）と酸化鉄（ＩＩＩ）との組み合わせであるマグネタイトとして知られる酸化鉄（ＩＩ，ＩＩＩ）（Ｆｅ３Ｏ４またはＦｅＯ・Ｆｅ２Ｏ３）であってもよい。半透膜３１０は、固体のまたは水和された酸化鉄（ＩＩＩ）が半透膜３１０から透過できないように設計されている。拮抗ガス３２０は硫化水素（Ｈ２Ｓ）である。半透膜３１０は、硫化水素を引きつけることができる。硫化水素が半透膜３１０を透過すると、硫化水素は酸化鉄（ＩＩＩ）と反応して、水および硫化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ２Ｓ３）を生成する。硫化水素は、酸化鉄（ＩＩ）と反応して、水および硫化鉄（ＩＩ）（ＦｅＳ）を生成することができる。硫化水素は、マグネタイトと反応して、硫化鉄（ＩＩＩ）、硫化鉄（ＩＩ）、または二硫化鉄（ＩＩ）（ＦｅＳ２）を生成することができる。ヘルパー副産物３６０は、生成された水である。生成された水は、気体または液体の形態で存在することができる。二次副産物３３２は硫化鉄（ＩＩＩ）である。二次副産物３３２はまた、硫化鉄（ＩＩ）、二硫化鉄（ＩＩ）、または固体硫黄であってもよい。硫化鉄（ＩＩＩ）は、固体形態で存在してもよい。硫化鉄（ＩＩＩ）は半透膜３１０内に残留し、一方、生成された水は半透膜３１０から浸透する。
【００５６】
少なくとも１つの実施形態では、ガススクラビング添加剤を用いたガス移動制御の方法が図４に示されている。金属水酸化物系スクラビング剤４３０は半透膜４１０によって封入され得る。半透膜４１０は、ポリアミドまたはアラミド系である。図４に示すように、スクラビング剤４３０は水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）である。水酸化カルシウムは、固形または水和形態（Ｃａ（ＯＨ）２・ｎＨ２Ｏ）で存在してもよい。半透膜４１０は、固体のまたは水和された水酸化カルシウムが半透膜４１０から透過できないように設計されている。他の実施形態では、金属水酸化物系スクラビング剤４３０は、石灰水などの水性形態で存在することができ、スクラビング剤４３０もまた水酸化カルシウムである。半透膜４１０は、水酸化カルシウム水溶液が半透膜４１０に浸透するように設計することができる。拮抗ガス４２０は、二酸化炭素（ＣＯ２）である。半透膜４１０は、二酸化炭素を引きつけることができる。二酸化炭素が半透膜４１０を透過すると、二酸化炭素は水酸化カルシウムと反応して、水および炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を生成する。二酸化炭素は、水酸化カルシウムと反応して、重炭酸カルシウム（Ｃａ（ＨＣＯ３）２）などの重炭酸塩を生成することができる。１つのヘルパー副産物４６０は、生成された水である。生成された水は、気体または液体の形態で存在することができる。反応の他のヘルパー副産物４３２は、炭酸カルシウムまたは重炭酸カルシウムである。炭酸カルシウムは固体形態で存在する。炭酸カルシウムは半透膜４１０内に残るが、生成された水は半透膜４１０から透過する。さらに、炭酸カルシウムは、ガスに対して物理的に障壁を形成することができるセメント質材料であり、これは、セメントスラリーが自己修復型である場合に有利である。
【００５７】
ここで述べた界面重合の方法は、半透過膜の溶解をもたらさずに、スクラビング剤と拮抗ガスとの間の反応を可能にする被膜を提供する。これは、被膜材の表面上に化学コーティングを堆積させ、化学コーティングが溶解または分解して被膜材を放散する、噴霧乾燥およびパンコーティングによって固体を被膜化する方法より優れている。
【００５８】
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、ガス制御添加剤の半透膜がセメント靭性を改善する。
【００５９】
少なくとも１つの実施形態では、ガス制御添加剤はモレキュラーシーブの非存在下である。少なくとも１つの実施形態では、ガス制御添加剤を有するセメントスラリーは、ラテックスの非存在下である。
【００６０】
少なくとも１つの実施形態では、ガス制御添加剤は、掘削中に拮抗ガスと接触し得る特定の掘削流体および他の仕上げ流体に含まれ得る。
【００６１】
［実施例１］
記載された方法に従って、ガス制御添加剤サンプルを形成した。連続相の溶媒は、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、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。連続相のモノマーは、１，３，５−ベンゼントリカルボニルトリクロリドであった。分散相の溶媒は、水であった。分散相のモノマーは、ジアミン、例えば１，３−フェニレンジアミン、１，４−フェニレンジアミン、１，６−ジアミノヘキサン、およびポリエチレンイミンを含んでいた。スクラビング剤はＦｅ３Ｏ４であり、これは、鉄（ＩＩ）と鉄（ＩＩＩ）の両方のカチオン性部分を含む、ＦｅＯ・Ｆｅ２Ｏ３として表される。分散相はまた、部位単離キレート剤ＥＤＴＡを含んでいた。
【００６２】
ガス制御添加剤サンプルを室温で調製した。連続相を、２リットル（Ｌ）の二口丸底フラスコ中で、７５０ミリリットル（ｍＬ）の溶媒および２．０体積％の界面活性剤を添加することによって調製した。２００ｍＬの分散相は、モノマーおよび３０グラム（g）のキレート化スクラビング剤を、エチレンジアミン四酢酸鉄（ＩＩＩ）一ナトリウム塩（Ｎａ［Ｆｅ（ＩＩＩ）ＥＤＴＡ］）の形態で添加することによって調製した。鉄（ＩＩＩ）部分は、スクラビング剤として作用した。任意的に、ｐＨを約１２．３に維持しながら、リン酸三ナトリウム緩衝液を分散相に添加した。分散相を連続相に添加し、Ｃａｆｒａｍｏ  ＢＤＣ２００２オーバーヘッド撹拌機（Ｇｅｏｒｇｉａｎ  Ｂｌｕｆｆｓ、Ｃａｎａｄａ）を用いて６００回転／分（ｒｐｍ）で１５分間撹拌し、ｗ／ｏエマルジョンを形成した。撹拌後、２００ｍＬの４：１シクロヘキサン−クロロホルムブレンドに溶解した２６.５ｇの連続相のモノマーを、約１ｍＬ／分の速度でエマルジョンに添加した。連続相のモノマーを添加しながら撹拌を続け、ｗ／ｏエマルジョンを維持した。次いで、ポリマー溶液を約２４時間撹拌した。得られたポリマー系のガス制御添加剤サンプルを沈降させるために放置し、デカントした。ガス制御添加剤サンプルを１％重炭酸塩溶液で５分間洗浄した。洗浄したガス制御添加剤サンプルを華氏１８０度で一晩または一定重量の自由流動性粉末が得られるまで乾燥させた。
【００６３】
［実施例２］
記載された方法に従って、ガス制御添加剤サンプルを形成した。連続相の溶媒は、４:１シクロヘキサン―クロロホルムブレンドであった。連続相のモノマーは、１，３，５−ベンゼントリカルボニルトリクロリドであった。界面活性剤は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。分散相の溶媒は水であった。分散相のモノマーはＭＤＡであった。スクラビング剤は水酸化カルシウムであった。
【００６４】
ガス制御添加剤サンプルを室温で調製した。２Ｌの二口丸底フラスコ中で、７５０ｍＬの溶媒および２．０体積％の界面活性剤を添加することによって、連続相を調製した。２００ｍＬの石灰水および１６．２gのＭＤＡを添加することによって、分散相を調製した。石灰水中に存在する水酸化カルシウムは、スクラビング剤として作用した。分散相にフェノールフタレイン比色ｐＨ指示薬１０〜１２滴を加え、ｐＨの変化を観察した。任意的に、ｐＨを約１２．３に維持しながら、リン酸三ナトリウム緩衝液を分散相に添加した。分散相を連続相に添加し、Ｃａｆｒａｍｏ ＢＤＣ２００２オーバーヘッド撹拌機（Ｇｅｏｒｇｉａｎ Ｂｌｕｆｆｓ、Ｃａｎａｄａ）を用いて６００ｒｐｍで１５分間撹拌し、w／oエマルジョンを形成した。撹拌後、２００ｍＬの４:１シクロヘキサン―クロロホルムブレンドに溶解した２６．５gの連続相のモノマーを、約１ｍＬ／分の速度でエマルジョンに添加した。連続相のモノマーを添加しながら撹拌を続け、w／oエマルジョンを維持した。次いで、ポリマー溶液を約２４時間撹拌した。得られたポリマー系のガス制御添加剤サンプルを沈降させるために放置し、デカントした。ガス制御添加剤サンプルを１％重炭酸塩溶液で５分間洗浄した。洗浄したガス制御添加剤サンプルを華氏１８０度で一晩または一定重量の自由流動性粉末が得られるまで乾燥させた。
【００６５】
ガス制御添加剤は二酸化炭素環境中に置かれ、ここで二酸化炭素は水中に可溶化されたスイートガスとして、または遊離ガスとして存在した。二酸化炭素は拮抗ガスとして作用し、ここで二酸化炭素はガス制御添加剤の半透膜に浸透し、スクラビング剤と反応した。反応は、ヘルパー副産物として水および固体の炭酸カルシウム（または重炭酸カルシウム）を生成した。比色ｐＨ指示薬の存在により、ガス制御添加剤中で反応が起こるにつれて、ｐＨ指示薬の色が赤色から透明に徐々に変化し、スクラビング剤に由来する水酸化物アニオンが反応によって消費されたことを示した。生成された炭酸カルシウム（または重炭酸カルシウム）は、セメントシースに対するセメント質材料、自己密封製品、およびセメント中に存在し得る連通する微小環亀裂に対する物理的障壁として働くことができる。生成された水は、セメント硬化プロセスの間、補足的な水和源として働くことができる。
【００６６】
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すべきである。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。
【００６７】
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。
【００６８】
単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに別段の指示のない限り、複数の指示対象を含む。
【００６９】
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。
【００７０】
範囲は、ここでは約一つの特定の値から約別の特定の値までとして表すことができ、別段の指示のない限り、包含される。そのような範囲が表現される場合、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。
【００７１】
ここで用いられているように、および付属の特許請求の範囲において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「有する（ｈａｓ）」、および「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が意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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