Водные цементные композиции, включающие частицы, которые активируются, чтобы регулировать реологию, когда водорастворимые части частиц высвобождаются в присутствии воды

Водные цементные композиции, включающие частицы, которые активируются, чтобы регулировать реологию, когда водорастворимые части частиц высвобождаются в присутствии воды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение относится к разработке состава водных цементирующих композиций с добавками для снижения водоотдачи. Более конкретно, данное изобретение относится к разработке состава водных цементирующих композиций с добавками для снижения водоотдачи или противоосаждающими добавками в форме частиц, содержащих один или несколько водорастворимых полимеров, функциональность которых скрыта до тех пор, пока водорастворимые части частиц не высвобождаются в присутствии воды в ответ на инициирующие факторы времени и температуры. Данные композиции применимы для образования упрочняющих структур в нефтяных, газовых, геотермальных и водяных скважинах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ ДАННОМУ ИЗОБРЕТЕНИЮ

Цементирование скважины используют для упрочнения скважинных конструкций в нефтяных, газовых, геотермальных и водяных скважинах. Цементирование скважины включает приготовление раствора гидравлического(-их) цемента(-ов), воды и необязательно других компонентов, который затем закачивают в требуемое место размещения. Например, композиция может быть закачана в кольцеобразную полость между обсадной трубой скважины и окружающими геологическими формациями или в необсаженный ствол скважины ниже обсадной колонны. Цели цементирования включают предотвращение коррозии, обеспечение конструкционного упрочнения и иной защиты конструкций скважин, и обеспечение разобщения пластов.

Вода является ключевым компонентом цементного раствора. Вода должна присутствовать для схватывания и отверждения цемента надлежащим образом. Это означает, что соотношение воды и цемента необходимо существенным образом поддерживать во время подачи, схватывания и отверждения цемента. Однако, особенно при повышенных температурах, вода может нежелательным образом отделяться или иным образом утрачиваться из раствора. Потеря фильтрата является обычной проблемой, когда вода убывает из раствора в окружающие пористые формации, находящиеся при более низком давлении. Кроме того, без надлежащей реологии компоненты раствора также могут разделяться, причем более тяжелые компоненты осаждаются под действием силы тяжести. Это также приводит к плохому схватыванию и отверждению.

Для того чтобы уменьшить водоотдачу и обеспечить более благоприятную реологию, добавки для снижения водоотдачи включают в водные цементирующие композиции. Добавки для снижения водоотдачи могут также предотвращать осаждение и разделение цементного раствора. К сожалению, имеется мало добавок для снижения водоотдачи, которые эффективно функционируют выше 190°F (88°C) и еще меньше тех, которые эффективно функционируют выше 250°F (121°C). Однако цементирующие композиции, применяемые в скважинах, часто испытывают более высокие температуры в этих интервалах. Другая проблема заключается в том, что некоторые добавки для снижения водоотдачи являются эффективными лишь при повышенных температурах, когда добавки загружают в увеличенных количествах. Это является проблематичным, поскольку избыточные количества добавок могут вызывать создание чрезмерной, преждевременной вязкости и также приводят к увеличенным затратам на обработку. Это затрудняет закачивание загущенных композиций в удаленные места скважин. Другая проблема заключается в том, что многие добавки являются активными, как только они включены в состав цементирующих композиций. Однако во многих видах применения было бы лучше, если бы добавки не являлись функциональными до тех пор, пока композиции не закачаны в требуемое место размещения. Кроме того, вследствие удаленного расположения типичных мест размещения в скважинах, является непрактичным добавление добавок после размещения.

Соответственно, сохраняется настоятельная потребность в добавках для снижения водоотдачи, обладающих функциональностью при высокой температуре, функциональность которых может быть задержана регулируемым образом.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение предлагает стратегии улучшенного регулирования водоотдачи, гидратации, осаждения и разделения водных цементирующих композиций на протяжении широкого температурного интервала. Данное изобретение основано, по меньшей мере отчасти, на модифицированных частицах с выделением в воду, используемых в качестве добавок для композиций. Выделение в воду означает, что частицы содержат, по меньшей мере, один водорастворимый полимер таким образом, что частицы выделяют его в присутствии воды, высвобождая водозагущающие, водорастворимые части частиц. Во многих вариантах осуществления выделяющиеся части содержат, по меньшей мере, один или несколько водорастворимых полимеров, включенных в частицы с выделением в воду. Таким образом, частицы активируются, чтобы регулировать реологию, когда водорастворимые части частиц высвобождаются в присутствии воды. Обычно скорость высвобождения выделяющихся частей увеличивается с повышением температуры. С практической точки зрения, функциональность частиц в отношении модификации реологии задерживается, однако реализуется все в большей степени по мере того, как прогрессирует выделение.

Формование водорастворимого полимера первоначально в виде множества частиц, которые способны к выделению в водную среду при растворении, дает значительные преимущества в эксплуатационных качествах. Вначале, функции водорастворимого полимера в отношении модификации реологии маскируются, по меньшей мере, до некоторой степени за счет формы частиц, как это имеет место при подаче. Соответственно, добавка первоначально оказывает минимальное влияние на смешивание и доставку цементирующих композиций к требуемым местам размещения. Это делает возможным закачивание композиций в удаленные места скважин очень простым образом. Затем, реагируя на временную задержку и температуру, водорастворимые части частиц высвобождаются из частиц в окружающий раствор, где функциональность водорастворимых частей в отношении загустевания водной среды быстро активируется. В частности, активация приводит к быстрому созданию вязкости, а также к обеспечению защиты от водоотдачи, разделению компонентов и оседания.

Активированные частицы также могут значительным образом задерживать гидратацию цементирующей композиции, увеличивая рабочее время. Частицы функционируют на протяжении широкого интервала температур, включая повышенные температуры, например, 250°F (121°C) или более.

Важным является то, что активация дополнительных функций посредством высвобождения составляющего водорастворимого полимера в значительной степени зависит от размера частиц. Это означает, что интервалы размеров частиц могут быть выбраны таким образом, чтобы получить требуемые инициирующие факторы времени и температуры для истекания наружу и соответствующего растворения выделяемых частей частиц. Таким образом, требуемые выделение, растворение, и соответствующие профили активации легко подготавливаются заранее посредством выбора частиц подходящего(их) размера(ов). Комбинации размеров частиц могут быть использованы для того, чтобы активация могла происходить при нескольких или последовательно наступающих временах и температурах. Соответственно, могут быть использованы частицы разного размера, чтобы независимым образом оптимизировать вязкость и высокотемпературные характеристики. Также полагают, что частицы могли бы защищать цементные растворы от миграции газа.

В одном аспекте, данное изобретение относится к способу изготовления водной цементирующей композиции, включающему следующие стадии:

(a) предоставление частиц с выделением в воду, указанные частицы с выделением в воду содержат, по меньшей мере, один водорастворимый полимер таким образом, что частицы выделяют его в присутствии воды, высвобождая водозагущающие, водорастворимые части частиц, указанные части содержат, по меньшей мере, один водорастворимый полимер; и

(b) предоставление возможности включения частиц в водную цементирующую композицию, содержащую частицы, неорганический отверждаемый в воде цемент, диспергент и водный жидкий носитель.

В другом аспекте, данное изобретение относится к способу изготовления конструкции нефтяной скважины, включающему следующие стадии:

(a) предоставление водной цементирующей композиции, содержащей неорганический отверждаемый в воде цемент, множество частиц и водный жидкий носитель, в которой частицы содержат, по меньшей мере, один водорастворимый полимер таким образом, что частицы выделяют его в присутствии воды, высвобождая водозагущающие, водорастворимые части частиц, указанные части содержат по меньшей мере один водорастворимый полимер;

(b) предоставление возможности размещения водной цементирующей композиции в месте скважинной конструкции таким образом, что композиция затвердевает и отверждается в данном месте расположения, формируя посредством этого часть скважинной конструкции.

В другом аспекте, данное изобретение относится к водной цементирующей композиции, содержащей:

(a) водный жидкий носитель;

(b) неорганический отверждаемый в воде цемент в смеси с жидким носителем; и

(c) множество частиц, диспергированных в композиции, указанные частицы содержат, по меньшей мере, один водорастворимый полимер таким образом, что частицы выделяют его в присутствии воды, высвобождая водозагущающие, водорастворимые части частиц, указанные части содержат, по меньшей мере, один водорастворимый полимер.

В другом аспекте, данное изобретение относится к комплекту для добавки к бетону, содержащему:

(a) множество частиц, указанные частицы содержат, по меньшей мере, один водорастворимый полимер таким образом, что частицы выделяют его в присутствии воды, высвобождая водозагущающие, водорастворимые части частиц, указанные части содержат, по меньшей мере, один водорастворимый полимер; и

(b) инструкции по предоставлению возможности включения частиц в водную цементирующую композицию, содержащую частицы, неорганический отверждаемый в воде цемент, диспергент и водный жидкий носитель.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет собой график загустевания, показывающий температуру, давление и консистенцию для Примера 4 как функцию от времени.

Фиг. 2 представляет собой график загустевания, показывающий температуру, давление и консистенцию для Примера 5 как функцию от времени.

Фиг. 3 представляет собой график загустевания, показывающий температуру, давление и консистенцию для Примера 6 как функцию от времени.

Фиг. 4 представляет собой график загустевания, показывающий температуру, давление и консистенцию для Примера 7 как функцию от времени.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Варианты осуществления данного изобретения, описанные ниже, не предназначены являться исчерпывающими или ограничивающими данное изобретение точными формами, представленными в приведенном ниже подробном описании. Вернее, целью выбранных и описанных вариантов осуществления является то, что это может облегчить оценку и понимание другими специалистами в данной области техники принципов и видов практического применения данного изобретения.

Водоотдача, или подобная терминология, относится к любой мере воды, вытекшей или утраченной из раствора на протяжении некоторого времени. Водоотдачу измеряют при 250°F (121°C) в соответствии с Методическими рекомендациями для испытания цементов для скважин, в Методических рекомендациях API 10B-2, 23-е издание (2002), и выражают в мл/30 минут. В соответствии с данным изобретением, растворы измеряют при давлении 1000 фунтов-сила на квадратный дюйм избыточного давления (фунтов на кв. дюйм изб. давления) и указанной температуре испытания.

Свободная вода, как использовано в данном документе, относится к водной фазе, которая легко отделяется от раствора при разделении под действием силы тяжести на протяжении некоторого времени. В отношении проверки на свободную воду см. Методические рекомендации для испытания цементов для скважин, Методические рекомендации API 10A, 23-е издание (2002). Коротко говоря, приготавливают цементный раствор и доводят его до температуры испытания. Раствор затем заливают в измерительный цилиндр, который помещают в водяную баню, поддерживаемую при температуре испытания. Свободной водой является количество воды, в объемных процентах, которая отделяется по прошествии двух часов. Свободную воду определяют при 190°F (88°C).

Пластическую вязкость (PV), при использовании в отношении раствора, вычисляют как разность между показанием вискозиметра при 300 об/мин (θ₃₀₀) и показанием вискозиметра при 100 об/мин (θ₁₀₀), умноженную на 1,5. Другими словами, PV = Вязкость (θ₃₀₀-θ₁₀₀)×1,5. Пластическую вязкость измеряют при указанной температуре испытания с помощью ротационного вискозиметра в соответствии с порядком и процедурами, определенными в API RP 13B-1.

Предел текучести (YP) относится к гидродинамическому сопротивлению цементного раствора. Он рассчитывается из пластической вязкости следующим образом: предел текучести (фунты/100 футов² (1 фунт/100 футов² = 0,4788 Па))=θ₃₀₀-пластическая вязкость. Предел текучести измеряют при указанной температуре испытания с помощью ротационного вискозиметра в соответствии с порядком и процедурами, определенными в API RP 13B-1. Величины определяют при 80°F (27°C) и затем после выдерживания при 190°F (88°C) в течение 20 минут.

По весу цемента (bwoc, содержание добавки по весу сухого цемента) относится к массовому проценту содержания добавки, которая может быть жидкостью, твердым веществом или газом, при добавлении к цементной композиции, в расчете на цементный(е) компонент(ы) композиции. Например, 2 масс. части добавки, которая добавлена к 100 масс. частям цемента и 40 частям по массе водного жидкого носителя, присутствуют в количестве 2% bwoc.

Водные цементирующие композиции по данному изобретению обычно содержат водный жидкий носитель; по меньшей мере, один неорганический отверждаемый в воде цемент в смеси с жидким носителем; и множество частиц, диспергированных в композиции, указанные частицы содержат, по меньшей мере, один водорастворимый полимер таким образом, что частицы выделяют его в присутствии воды, высвобождая водозагущающие, водорастворимые части частиц, указанные части содержат, по меньшей мере, один водорастворимый полимер. В некоторых типичных вариантах осуществления частицы содержат обратимую гелевую матрицу, производную, по меньшей мере, отчасти от водорастворимого полимера, такого как один или несколько гидрофобно модифицированных, водорастворимых полисахаридов. Как описано ниже, такие варианты осуществления могут быть получены из сравнительно тонкого порошка, содержащего один или несколько водорастворимых полимеров, однако полагают, что одинаковость частиц тонкого порошка не сохраняется, когда порошок компаундируют, чтобы образовать гелевую матрицу. В виде схемы, гелевую матрицу формируют из частиц составляющего полимера и заданного количества разбавителя аналогично способу, которым образуют тесто из хлебопекарной муки и воды. Результирующая компаундированная масса может быть затем дополнительно обработана, например, посредством сушки и измельчения или сухого измельчения, чтобы образовать частицы гелевой матрицы желательного(ых) размера(ов).

Частицы вариантов осуществления гелевой матрицы противостоят осыпанию водорастворимых частей при нахождении в сухом состоянии. Частицы в дополнение к этому противостоят осыпанию или другому выделению до некоторой степени, когда включены в водные композиции по данному изобретению, так что имеет место некоторая задержка во времени перед тем, как водорастворимые части выделяются из матриц в присутствии жидкого носителя. В результате, имеет место некоторая задержка перед тем, как водорастворимые части, входящие в состав частиц, высвобождаются в композицию таким образом, который эффективен для более сильного влияния на реологию композиций.

В других типичных вариантах осуществления, частицы находятся в форме гранул или зерен, которые содержат агломерированные обратимым образом частицы водорастворимого полимера. В большинстве случаев, как полагают, одинаковость индивидуальных частиц порошка существенным образом поддерживается, когда составляющие порошковые частицы выделяются из гранул или зерен в присутствии водного жидкого носителя. Термин «агломерированный» по отношению к вариантам осуществления частиц с выделением в воду в виде гранул означает, что более тонкие полимерные частицы объединяются в гранулы большего размера, в которых более тонкие частицы прилипают к другим частицам в гранулах посредством механической, физической и/или химической адгезии таким образом, что частицы противостоят разделению в сухом состоянии. Такие кластеры в дополнение к этому противостоят разделению до некоторой степени, когда включены в водные композиции по данному изобретению, так что имеет место некоторая задержка во времени перед тем, как более тонкие частицы выделяются из гранул в присутствии жидкого носителя. В результате, имеет место некоторая задержка перед тем, как более тонкие полимерные частицы, входящие в состав гранул, высвобождаются в композицию таким образом, который эффективен для более сильного влияния на реологию композиций.

Водные цементирующие композиции первоначально находятся в жидкой форме, которая может быть перемещена (например, посредством закачки, заливки, литья и т.д.) и отформована. Затвердевание композиций с образованием вещества, твердого как камень, как полагают, происходит по меньшей мере отчасти посредством гидратации отверждаемого(ых) в воде цемента(ов).

К неорганическому отверждаемому в воде цементу обычно относят один или несколько отверждаемых в воде цементов, которые затвердевают посредством механизма реакции, включающего, как полагают, минеральную гидратацию. Минеральная гидратация представляет собой неорганическую химическую реакцию, в которой вода добавляется к кристаллической структуре минерала, обычно создавая новый минерал, обычно называемый гидратом. Первоначальная композиция часто находится в виде водного раствора. Гидратированный, отвержденный продукт обычно является жестким твердым телом. Во многих вариантах осуществления, отвержденный цемент функционирует в качестве связующего для других компонентов, таких как заполнители и другие добавки, чтобы образовать отвержденный бетон или цементный раствор.

Различные неорганические отверждаемые в воде цементы могут быть использованы по отдельности или в комбинации при практическом применении данного изобретения. Примеры неорганических отверждаемых в воде цементов включают портландцемент, золу-унос, бесклинкерный шлаковый цемент, известь, гипс, алюмосиликатные материалы, каустическую жженую магнезию, пуццолановую известь, сульфатно-шлаковый цемент, алюминат кальция, сульфоалюминат кальция, метакаолин, их комбинации и т.п. Предпочтительно, по меньшей мере часть компонента отверждаемого в воде цемента содержит отверждаемый в воде цемент на основе портландцемента, такой как по API классов с A по J.

Количество отверждаемого(ых) в воде цемента(ов), включенного(ых) в водные цементирующие композиции по данному изобретению может варьироваться в широком интервале. Обычно, многие варианты осуществления содержат от 40 масс. процентов до 95 масс. процентов отверждаемого(ых) в воде цемента(ов), в расчете на общую массу композиции. Предпочтительно отверждаемый в воде цемент присутствует в количестве от 45 масс. процентов или более, более предпочтительно от 50 масс. процентов или более, и еще более предпочтительно от 55 масс. процентов или более, в расчете на массу цементирующей композиции. Предпочтительно отверждаемый в воде цемент присутствует в количестве до 95 масс. процентов или менее, предпочтительно до 90 масс. процентов или менее, более предпочтительно до 85 масс. процентов или менее, и еще более предпочтительно до 80 масс. процентов или менее, в расчете на общую массу цементирующей композиции. Например, если в цементирующей композиции присутствует 40 масс. процентов отверждаемого(ых) в воде цемента(ов), она содержит 40 массовых единиц цемента и 60 массовых единиц дополнительных компонентов, включающих жидкий носитель.

Водные жидкие носители по данному изобретению обычно включают от 50 масс. процентов до 100 масс. процентов воды, в расчете на общую массу жидкого носителя. Предпочтительные варианты осуществления включают по меньшей мере 80 масс. процентов, более предпочтительно по меньшей мере 90 масс. процентов, еще более предпочтительно по меньшей мере 95 масс. процентов воды, в расчете на общую массу жидкого носителя. Типичные сорастворители, которые могут быть использованы в комбинации с водой, включают спирты, такие как этанол или изопропанол; полиэтиленгликоли; сложные эфиры гликоля; кетоны, такие как метилэтилкетон или ацетон; тетрагидрофуран; их комбинации, и/или т.п. Выборы сорастворителя(ей), если это имеет место, зависят от таких факторов, как технические требования к температуре вспышки, относящиеся к предполагаемым видам применения композиций.

Вода из многих источников может быть использована в жидком носителе. Водный жидкий носитель может содержать один или несколько видов воды, обычно применяемой в операциях бурения, например, пресную и водопроводную воду, дистиллированную воду, деионизированную воду, природную и синтетическую морскую воду и природный и синтетический рассол. Чаще всего используемым источником воды является пресная вода из скважин, рек, озер или потоков при бурении на суше и морская вода при бурении в океане.

Во многих вариантах осуществления, водные цементирующие композиции обычно содержат примерно от 30 до 200 масс. процентов жидкого носителя, в расчете на массу отверждаемого в воде цемента (% bwoc). В качестве примера, водная цементирующая композиция, содержащая 200% bwoc воды, будет содержать 200 массовых единиц воды и 100 массовых единиц отверждаемого(ых) в воде цемента(ов) для суммарных 300 массовых единиц. Если этот состав дополнительно включает 5% bwoc добавок, водный цементирующий раствор будет содержать 200 массовых единиц воды, 100 массовых единиц цемента и 5 массовых единиц добавок для суммарных 305 массовых единиц. В другом примере, водная цементирующая композиция, содержащая 40% bwoc воды, будет содержать 40 массовых единиц воды и 100 массовых единиц цемента для суммарных 140 массовых единиц.

На практике, задержанная активация частиц по данному изобретению, когда они включены в водные цементирующие композиции, делает возможным для композиций поддерживать низкую вязкость в течение продолжительного периода времени, во время которого композиции составляются, смешиваются и перемещаются (например, посредством закачки) в намеченное место размещения. Затем, после некоторого периода задержки, более тонкие, водорастворимые составляющие высвобождаются в достаточной мере из частиц, чтобы вызывать как правило резкое, быстрое увеличение вязкости композиции. Когда добавки активируются таким образом, это делает возможным для композиций противостоять осаждению, разделению и водоотдаче во время важной стадии отверждения.

Активация частиц посредством выделения более тонких, водорастворимых составляющих инициируется факторами, включающими размер частиц, время, на протяжении которого частицы подвергаются воздействию воды, температуры композиции и окружающей среды, вид водорастворимого полимера, включенного в частицы и т.п. Это означает, что частицы имеют первоначальную морфологию и первоначальную скрытую функциональность, которые преобразуются на месте в морфологию и свойства более тонких, водорастворимых частей, когда они становятся высвобожденными во все возрастающем количестве. Например, в некоторых видах практического применения, частицы первоначально могут быть сравнительно нерастворимыми в водном жидком носителе и первоначально оказывают сравнительно минимальное влияние на характеристики цементирующих композиций, такие как вязкость, задерживание гидратации цемента(ов), водоотдача, осаждение или т.п. Данные частицы не влияют существенным образом на первоначальную вязкость, например, и раствор может быть закачен, залит или иным образом помещен в требуемое место размещения с гораздо большей легкостью.

Частицы высвобождают более тонкие части при более высоких температурах и/или после некоторого времени задержки, подвергаясь воздействию водной среды. Высвобожденный, водорастворимый, более тонкий материал имеет гораздо большее влияние на характеристики, описанные ранее. В отношении практического результата, функциональные возможности более тонкого полимерного материала являются скрытыми, по меньшей мере, до некоторой степени в форме частиц, однако они реализуются, когда высвобождаются более тонкие части. Тонкий материал высвобождается из частиц при малом, если вообще каком-либо, влиянии на активность только что высвобожденных более тонких частей. Когда более тонкий полимерный материал высвобожден из частиц в достаточной степени, влияние его на композицию является значительным. Кроме того, более тонкие части улучшают задержку воды и увеличивают вязкость, что препятствует осаждению при высокой температуре. Таким образом, добавку вводят в виде частиц, имеющих определенный интервал размеров и при скрытой функциональности, однако данные частицы высвобождают тонкий материал, что активирует функциональность и тем самым быстро придает требуемые выгоды, как только более тонкие части высвобождены.

Важным является то, что профиль высвобождения более тонкого полимерного материала, выделяющегося из частиц, находится в сильной зависимости от интервала размера частиц для данного вида водорастворимого полимера. Обычно, с увеличением размера частиц более тонкие части высвобождаются после более длительного периода задержки. Кроме того, скорость высвобождения имеет тенденцию к увеличению при увеличении температуры. Напротив, частицы меньшего размера высвобождают более тонкие части при большей скорости, которая возрастает при увеличении температуры.

Предпочтительно, частицы одного или нескольких размеров могут быть выбраны, чтобы соответствовать требуемому профилю растворения. Это означает, что размер(ы) частиц может(гут) быть использован(ы) для регулирования и оптимизации вязкости и высокотемпературных характеристик. Комбинация совокупностей частиц двух или более различных размеров может быть использована для того, чтобы преимущества от использования более тонких частей инициировались в разные периоды времени. С практической точки зрения, данное изобретение предоставляет стратегии добавления активного материала (высвобожденных более тонких частей) к удаленной композиции на месте из источника (частиц, имеющих определенный интервал размеров) внутри композиции, без фактически физического добавления материала из источника, находящегося вне композиции.

В одном из иллюстративных способов практического выполнения, частицы по данному изобретению изготавливают посредством компаундирования тонкого, водорастворимого полимерного порошка в одну или несколько масс увеличенного размера при применении жидкости, чтобы способствовать компаундированию. Без намерения установления связи, полагают, что масса, полученная от компаундирования, содержит одну или несколько обратимых гелевых матриц, образованных по меньшей мере частично из порошка. Без намерения установления связи, полагают, что одинаковость индивидуальных частиц порошка обычно не может быть сохранена в результате компаундирования. Компаундирование аналогично способу, в котором воду смешивают с мукой, чтобы образовать тесто. Жидкость необязательно может включать функциональную возможность связующего, чтобы содействовать компаундированию. Предпочтительно, компаундированную(ые) массу(ы) образуют посредством первоначального контактирования частиц с заданным количеством жидкого разбавителя, такого как вода. Достаточное количество разбавителя используют таким образом, чтобы частицы при последующем компаундировании образовывали одну или несколько масс, имеющих консистенцию в интервале от пасты до плотного теста. Контактирование желательно происходит при температуре в интервале от 0°C до 95°C, предпочтительно от 8°C до 75°C, более предпочтительно от 15°C до 40°C.

Разбавитель может быть одним или несколькими материалами, которые являются жидкостями при 25°C и 1 атм. Разбавляющие жидкости могут растворять, частично растворять, пропитывать или не обладать способностью к растворению частиц. Типичные разбавители являются жидкостями, молекулы которых имеют полярные группы, предпочтительно содержащие один или несколько гетероатомов, таких как N, S, и/или O. Однако углеводородные и галогенированные углеводородные разбавители также могут быть использованы. Предпочтительные разбавители включают воду; спирты, такие как метанол, этанол, изопропанол; сложные эфиры, такие как этилацетат и бутилацетат; кетоны, такие как метилэтилкетон или циклогексанон; тетрагидрофуран; их комбинации и т.п. Вода является предпочтительной.

Полимерные частицы и разбавитель компаундируют вместе, чтобы образовать одну или несколько гомогенных масс. Компаундирование предпочтительно предоставляет возможность полного и интенсивного смешивания. Применимые устройства для компаундирования включают, например, грануляторы, пластикаторы, экструдеры, прессы или вальцовые мельницы.

После компаундирования, компаундированный материал обрабатывают с образованием частиц, имеющих желательный(е) размер(ы), посредством любой подходящей технологии измельчения. В соответствии с одним из иллюстративных способов практического выполнения это выполняют при применении технологий сухого измельчения или первоначальной сушки и последующего измельчения. Сухое измельчение может происходить в самых различных подходящих устройствах, включая ударные мельницы с продувкой газом, молотковые мельницы, ситовые мельницы, штифтовые мельницы, дисковые мельницы, струйные мельницы, мельничные классификаторы или т.п. Сушку часто выполняют посредством подвергания воздействию горячего газа в комбинации с энергией для измельчения в случае сухого измельчения. Предпочтительный вариант осуществления таких компаундированных масс является производным от компонентов, включающих гидрофобно модифицированную гидроксиэтилцеллюлозу (HMHEC).

Технологии компаундирования частиц водорастворимого полимера в частицы дополнительно описаны в заявках WO 2012/015534A1; WO 2012/015400A1; WO 2011/046679A1 и EP 2412690A2, каждая из которых включена в данный документ посредством ссылки во всей ее полноте для всех целей.

Необязательно, частицы, измельченные всухую, могут быть подвергнуты дополнительной стадии влажного гранулирования. Частицы могут быть гранулированы при применении подходящей связующей жидкости. Ряд процессов влажного гранулирования известен в данной области техники и может быть использован при практическом осуществлении данного изобретения. Технологии грануляции часто классифицируют по величине усилий сдвига, которые приложены к гранулируемым или дополнительно гранулируемым частицам. Грануляцию с малым усилием сдвига часто выполняют при применении смесительных устройств, таких как планетарные смесители. В них, вертикальные перемешивающие лопасти вращаются через массу частиц при сравнительно низкой скорости. Грануляцию со средним усилием сдвига часто выполняют в оборудовании, в котором частицы заключены в цилиндрическую оболочку. Ленточные лопасти перемешивают частицы в присутствии гранулирующей(их) жидкости(ей), которая может содержать или может не содержать связующее. Грануляцию с большим усилием сдвига часто выполняют при применении основной мешалки или импеллера, которые прикладывают высокое усилие сдвига и сжимающее усилие к частицам при применении лопастей плужного типа, вращающихся при сравнительно низких скоростях. Смесители с большим усилием сдвига могут включать вторичные, регулируемые независимым образом, ножевые лопасти ударного типа меньшего размера, которые разделяют ударным образом большие комки, образованные в процессе грануляции. Лопасти ударного типа также способствуют более равномерной интеграции гранулирующей жидкости с частицами. Типичным примером смесителя с большим усилием сдвига является гранулятор Ледиге (Lоdige), который включает лопасти плужного типа и ножевые лопасти ударного типа.

Другим применимым процессом влажной грануляции является грануляция в псевдоожиженном состоянии, также называемая грануляцией в псевдоожиженном слое. В этом процессе, связующую жидкость распыляют в слой или на слой из псевдоожиженного порошка. Связующая жидкость может быть атомизирована. Частицы псевдоожижают любым подходящим образом, таким как протекание газа через массив отверстий в распределительной пластине.

После процессов сухого измельчения и необязательной влажной грануляции (если она используется), частицы предпочтительно имеют среднюю длину, по меньшей мере, 50 микрометров, более предпочтительно, по меньшей мере, 60 микрометров, и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 70 микрометров. Частицы предпочтительно имеют среднюю длину до 2000 микрометров, более предпочтительно до 1500 микрометров, и наиболее предпочтительно до 900 микрометров. Длину частицы определяют как наибольшее расстояние по прямой между противоположными концами частицы внутри контура частицы и обозначают как LOP (Длина частицы). «По прямой» означает без петель или ответвлений. Длину частицы (LOP) предпочтительно измеряют посредством системы высокоскоростного анализа изображения, которая объединяет анализ размера и формы частиц.

Длина частицы (LOP) (50,3) представляет собой среднюю длину частиц и определяется следующим образом. Все распределения частиц по размеру, например, для длины частицы (LOP), могут быть отображены и применены как числовое (0) распределение, распределение по длине (1), по площади (2) или по объему (3). Предпочтительно объемное распределение длины частицы (LOP) вычисляют как интегральную функцию распределения Q3. Объемное распределение для величины длины частицы (LOP) (50,3) обозначают числом 3 после запятой, указывающим на объемное распределение. Обозначение 50, отражающее среднюю величину, обозначает, что 50% частиц в таком распределении имеет длину меньше, чем данная величина (часто выраженная в мкм) и 50% больше данной величины. Величину 50% для длины частицы (LOP) (50,3) вычисляют посредством программного обеспечения для анализатора изображения. Система высокоскоростного анализа изображения коммерчески доступна от Sympatec GmbH, Клаусталь-Целлерфельд, Германия в виде системы QICPIC™ динамического анализа изображения (DIA). Система анализирует форму частиц и учитывает потенциальную изогнутость частиц. Это предоставляет более точное измерение размеров реальных частиц, чем другие методы. Система QICPIC™ динамического анализа изображения (DIA) описана более подробно в Witt, W, Kohler, U., List, J.: Direct Imaging of Very Fast Particles Opens the Application of Powerful (dry) Dispersion for Size and Shape Characterization, PARTEC 2004, Nuremberg, Germany.

Необязательно, частицы с выделением в воду могут быть дополнительно обработаны, чтобы разделить, сортировать или классифицировать частицы на отдельные группы с более однородными размерами частиц. Просеивание через сита является одним из подходящих методов для выполнения классификации по размеру. Например, частицы могут быть просеяны, чтобы предоставить совокупность частиц, в которой, по меньшей мере, 80%, предпочтительно, по меньшей мере, 90%, более предпочтительно, по меньшей мере, 95% по массе частиц имеют размер частицы (LOP) (50,3) в интервале от 600 микрометров до 850 микрометров. Следующие подобранные интервалы размеров могли бы быть применимым перечнем подобранных размеров частиц для обеспечения требуемого профиля высвобождения частиц в водные цементирующие композиции: от 180 мкм до 300 мкм, от 300 мкм до 600 мкм, от 600 мкм до 850 мкм, от 850 мкм до 1,18 мм, от 1,18 мм до 1,7 мм, и от 1,7 мм до 2 мм.

Количество частиц, включенных в водные цементирующие композиции, может варьироваться в пределах широкого интервала. В большинстве иллюстративных в