Agente de consolidación y su uso para la consolidación de cuerpos moldeados y formaciones geológicas que consisten en materiales porosos o en partículas.

Agente de consolidación exento de partículas para cuerpos moldeados y formaciones geológicas que consisten en materiales porosos o en partículas, que contienen un hidrolizado o precondensado de

(a) al menos un organosilano de la fórmula general (I)

RnSiX4-n (I)

en la que los restos R son iguales o diferentes y representan grupos no disociables por hidrólisis, los restos X son iguales o diferentes y representan grupos disociables por hidrólisis o grupos hidroxilo y n tiene los valores 1, 2 o 3; y

(b) al menos un silano hidrolizable de la fórmula general (II)

SiX4 (II) en la que los restos X tienen el significado anterior, conteniendo el hidrolizado o el precondensado un producto de reacción de (a1) un alquilsilano, (a2) un arilsilano y (b) un éster del ácido ortosilícico.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2005/000871.

Solicitante: LEIBNIZ-INSTITUT FUR NEUE MATERIALIEN GEMEINNUTZIGE GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: CAMPUS D2 2 66123 SAARBRÜCKEN ALEMANIA.

Inventor/es: SCHMIDT, HELMUT, ENDRES, KLAUS, REINHARD,BERND.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES;... > COMPOSICIONES DE REVESTIMIENTO, p. ej. PINTURAS,... > Composiciones de revestimiento a base de compuestos... > C09D183/04 (Polisiloxanos)
  • SECCION E — CONSTRUCCIONES FIJAS > PERFORACION DEL SUELO O DE LA ROCA; EXPLOTACION MINERA > PERFORACION DEL SUELO O DE LA ROCA (explotación... > Procedimientos o dispositivos para la extracción... > E21B43/02 (Filtración subterránea (E21B 43/11 tiene prioridad; composiciones químicas para consolidar arena o similar en torno a pozos C09K 8/56))

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Fragmento de la descripción:

Agente de consolidación y su uso para la consolidación de cuerpos moldeados y formaciones geológicas que consisten en materiales porosos o en partículas La invención se refiere a una composición para la consolidación de cuerpos moldeados y formaciones geológicas que consisten en materiales porosos y en partículas.

La preparación de materiales compuestos a partir de sistemas en partículas con aglutinantes adecuados es, en particular, difícil cuando los materiales compuestos, en comparación con rellenos exentos de aglutinantes, no deben perder porosidad de una forma destacada. Así, se pueden fabricar materiales compuestos porosos, por ejemplo, con aglutinantes poliméricos orgánicos, pero se ha demostrado que es poco posible obtener la porosidad inicial íntegramente. En caso de un uso de aglutinantes reducido se pueden fabricar, ciertamente, sistemas porosos, debido a la propiedad de los polímeros orgánicos en presencia de disolventes orgánicos de hincharse o de disolverse, pero estos materiales compuestos no son adecuados para muchas aplicaciones, especialmente a temperaturas elevadas y en el entorno de líquidos orgánicos.

El uso de aglutinantes puramente inorgánicos que, por ejemplo, se pueden obtener mediante el proceso de sol-gel, produce ciertamente una unión en la que se obtiene íntegramente una porosidad correspondiente en el cuerpo moldeado, pero el sistema unido es muy frágil, quebradizo y no es suficientemente resistente frente a cargas mecánicas tales como cargas de cizallamiento o cargas elevadas de presión.

Un sector especial de la consolidación de materiales en partículas es la extracción de petróleo, en la que se excavan a menudo perforaciones en formaciones geológicas no consolidadas. A este respecto, en el caso de la extracción de petróleo en alta mar se trata de formaciones geológicas que contienen arena que deben consolidarse para evitar la introducción de arena y otras partículas rocosas en la perforación, con el daño asociado a la misma en las instalaciones de extracción de petróleo y de contaminación del petróleo extraído. Para la consolidación de almacenamientos de arena de este tipo se usa habitualmente un procedimiento en tres etapas. En primer lugar se inyecta un aglutinante de resina sintética a través de una sonda, fraguándose este mediante inyección de un sistema de activación. En una tercera etapa se inyecta un sistema para controlar la permeabilidad y para eliminar el exceso de aglutinante de resina.

Un objetivo de la invención era proporcionar un agente de consolidación para cuerpos moldeados y formaciones geológicas que consisten en materiales porosos y en partículas, por ejemplo formaciones geológicas que contienen arena, que ofrezca una buena fuerza de unión con una flexibilidad suficiente y una porosidad no esencialmente reducida y que conserve sus propiedades de unión, también en el caso de materiales en partículas contaminados, particularmente también en caso de partículas no desengrasadas o que contengan petróleo.

Un objeto de la invención es un agente de consolidación exento de partículas para cuerpos moldeados y formaciones geológicas que consisten en materiales porosos o en partículas que contienen un hidrolizado o precondensado de (a) al menos un organosilano de la fórmula general (I)

RnSiX4-n (I)

en la que los restos R son iguales o diferentes y representan grupos no disociables por hidrólisis, los restos X son iguales o diferentes y representan grupos disociables por hidrólisis o grupos hidroxilo y n tiene el valor 1, 2 o 3, preferentemente 1 o 2; y (b) al menos un silano hidrolizable de la fórmula general (II)

SiX4 (II)

en la que los restos X tienen el significado anterior, conteniendo el hidrolizado o precondensado un producto de reacción de (a1) un alquilsilano, (a2) un arilsilano y (b) un éster del ácido ortosilícico.

Ejemplos adecuados de grupos disociables por hidrólisis X son hidrógeno, halógeno (F, Cl, Br o I, particularmente Cl o Br) , alcoxi (por ejemplo, alcoxi C1-6, tal como, por ejemplo, metoxi, etoxi, n-propoxi, i-propoxi y n-, i-, sec-o tercbutoxi) , ariloxi (preferentemente ariloxi C6-10, tal como, por ejemplo, fenoxi) , alcariloxi, por ejemplo benzoiloxi, aciloxi (por ejemplo, aciloxi C1-6, preferentemente aciloxi C1-4, tal como, por ejemplo, acetoxi o propionoxi) y alquilcarbonilo (por ejemplo, alquilcarbonilo C2-7 tal como acetilo) . También son adecuados NH2, amino mono-o disustituido con alquilo, arilo y/o aralquilo, siendo ejemplos para los restos alquilo, arilo y/o aralquilo los indicados anteriormente para R, amido tal como benzamido o grupos aldoximo o cetoximo. Dos o tres grupos X también pueden estar unidos entre sí, por ejemplo en complejos Si-poliol con glicol, glicerina o brenzcatequina. Los grupos mencionados pueden contener, dado el caso, sustituyentes tales como halógeno, hidroxilo, alcoxi, amino o epoxi.

Restos disociables por hidrólisis X preferentes son halógenos, grupos alcoxi y grupos aciloxi. Restos disociables por hidrólisis X particularmente preferentes son grupos alcoxi C2-4, particularmente etoxi.

Restos no disociables por hidrólisis R son alquilo (por ejemplo alquilo C1-20, particularmente alquilo C1-4, tal como metilo, etilo, n-propilo, i-propilo, n-butilo, i-butilo, sec-butilo y terc-butilo) , arilo (particularmente arilo C6-10, tal como fenilo y naftilo) y grupos aralquilo y alcarilo correspondientes, tales como tolilo y bencilo, y grupos alquilo C3-C12, tales como ciclopropilo, ciclopentilo y ciclohexilo.

Los restos R pueden presentar sustituyentes habituales, que pueden ser grupos funcionales, mediante los cuales, según se precise, también es posible una reticulación del condensado mediante grupos orgánicos. Sustituyentes habituales son, por ejemplo, halógeno (por ejemplo cloro o flúor) , epóxido (por ejemplo glicidilo o glicidiloxi) , hidroxi, éter, éster, amino, monoalquilamino, dialquilamino, anilino dado el caso sustituido, amida, carboxi, alquenilo, alquinilo, acrilo, acriloxi, metacrilo, metacriloxi, mercapto, ciano, alcoxi, isocianato, aldehído, ceto, alquilcarbonilo, anhídrido de ácido y ácido fosfórico. Estos sustituyentes están unidos por medio de grupos puente divalentes, particularmente grupos puente de alquileno o de arileno, que pueden estar interrumpidos con grupos oxígeno o NH, al átomo de silicio. Los grupos puente contienen, por ejemplo, de 1 a 18, preferentemente de 1 a 8 y particularmente de 1 a 6 átomos de carbono. Los grupos puente divalentes mencionados se derivan de restos alquilo o arilo monovalentes mencionados anteriormente. Naturalmente, el resto R puede presentar también más de un grupo funcional.

Ejemplos preferentes para restos no disociables por hidrólisis R con grupos funcionales, por medio de los cuales es posible una reticulación, son un resto glicidilo o un glicidiloxi-alquileno (C1-20) , tal como ß-glicidiloxietilo, glicidiloxipropilo, -glicidiloxibutilo, -glicidiloxipentilo, -glicidiloxihexilo y 2- (3, 4-epoxiciclohexietilo, un resto (met) acriloxi-alquileno (C1-6) , por ejemplo (met) acriloximetilo, (met) acriloxietilo, (met) acriloxipropilo o (met) acriloxibutilo, y un resto 3-isocianatopropilo. Ejemplos de restos R sustituidos con flúor son 1H, 1H, 2H, 2Hperfluoroctilo o 3, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 6, 7, 7, 8, 8, 8-tridecafluorooctilo. Son restos particularmente preferentes -glicidiloxipropilo y (met) acriloxipropilo. A este respecto (met) acrilo representa acrilo y metacrilo.

Restos R preferentes son grupos alquilo con preferentemente 1 a 4 átomos de carbono, particularmente metilo y etilo, así como restos arilo tales como fenilo.

Ejemplos de organosilanos de la fórmula general (I) son compuestos de las fórmulas siguientes, siendo particularmentes preferentes los... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Agente de consolidación exento de partículas para cuerpos moldeados y formaciones geológicas que consisten en materiales porosos o en partículas, que contienen un hidrolizado o precondensado de (a) al menos un organosilano de la fórmula general (I)

RnSiX4-n (I)

en la que los restos R son iguales o diferentes y representan grupos no disociables por hidrólisis, los restos X son iguales o diferentes y representan grupos disociables por hidrólisis o grupos hidroxilo y n tiene los valores 1, 2 o 3; y (b) al menos un silano hidrolizable de la fórmula general (II) SiX4 (II)

en la que los restos X tienen el significado anterior, conteniendo el hidrolizado o el precondensado un producto de reacción de (a1) un alquilsilano, (a2) un arilsilano y (b) un éster del ácido ortosilícico.

2. Agente de consolidación según la reivindicación 1, caracterizado porque el hidrolizado o el precondensado se han preparado en presencia de un compuesto metálico de la fórmula general (III)

MXa (III)

en el que M es un metal de los grupos principales III a V o de los grupos de transición II a IV del sistema periódico de los elementos, X se define como en la fórmula (I) , pudiendo estar reemplazados dos grupos X por un grupo oxo y a corresponde a la valencia del elemento.

3. Agente de consolidación según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se ha preparado según el procedimiento de sol-gel con una cantidad de agua estequiométrica, con respecto a los grupos hidrolizables presentes.

4. Agente de consolidación según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se ha activado antes de su uso mediante la adición de una cantidad de agua.

5. Agente de consolidación según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está presente como solución o emulsión.

6. Procedimiento de fabricación de cuerpos moldeados consolidados, caracterizado porque se combina un agente de consolidación exento de partículas que contiene un hidrolizado o un precondensado de

(a) al menos un organosilano de la fórmula general (I)

RnSiX4-n (I)

en la que los restos R son iguales o diferentes y representan grupos no disociables por hidrólisis, los restos X son iguales o diferentes y representan grupos disociables por hidrólisis o grupos hidroxilo y n tiene los valores 1, 2 o 3; y dado el caso (b) al menos un silano hidrolizable de la fórmula general (II)

SiX4 (II)

en la que los restos X tienen el significado anterior, con un material poroso o en partículas que se va a consolidar o el material que se va a consolidar se recubre con el agente de consolidación y el agente de consolidación se endurece.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque el hidrolizado o el precondensado contienen un producto de reacción de (a1) un alquilsilano, (a2) un arilsilano (b) un éster del ácido ortosilícico.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado porque el agente de consolidación se activa antes de su uso mediante la adición de una cantidad de agua.

9. Cuerpo moldeado consolidado que puede obtenerse según el procedimiento de una de las reivindicaciones 6 a

8.

10. Procedimiento de consolidación de formaciones geológicas porosas o en partículas, caracterizado porque un agente de consolidación exento de partículas que contiene un hidrolizado o un precondensado de

(a) al menos un organosilano de la fórmula general (I)

RnSiX4-n (I) en la que los restos R son iguales o diferentes y representan grupos no disociables por hidrólisis, los restos X son iguales o diferentes y representan grupos disociables por hidrólisis o grupos hidroxilo y n tiene los valores 1, 2 o 3; y dado el caso 5 (b) al menos un silano hidrolizable de la fórmula general (II) SiX4 (II) en el que los restos X tienen el significado anterior, se infiltra o se inyecta en la formación geológica y se endurece el agente de consolidación.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque el hidrolizado o el precondensado contienen 10 un producto de reacción de (a1) un alquilsilano, (a2) un arilsilano y (b) un éster del ácido ortosilícico.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado porque el agente de consolidación se activa antes de su uso mediante la adición de una cantidad de agua.

13. Procedimiento de consolidación de formaciones geológicas, caracterizado porque se introducen en canales dentro de la formación geológica cuerpos moldeados consolidados según la reivindicación 9.