An innovative and sustainable system for void filling & isolation of water and gas

ABSTRACT: Price and performance have been the major criteria when it comes to choice of material for void filling or the blocking of undesired water and/or gas flow. Recently, sustainability has become an increasingly important consideration in product selection. Geopolymers are showing themselves to be a promising alternative material that has a low CO2 footprint and can match and/or exceed most of the material properties required for blocking and filling applications. Despite these attributes, geopolymers have only made limited in-roads as an alternative material. Adoption has been hampered by many factors including; cost, the lack of user-friendliness, high slurry viscosity and set times that were difficult to control. This paper describes the development of an alternative aluminosilicate-based material that is accessible while being less expensive than specialized remedial cement or urethanes. The aluminosilicate-based product is prepared using an industrial by-product such as fly ash or a suitable, low-cost mineral. In contrast to most conventional geopolymers the formulation uses only a moderate amount of alkali in the form of a modified sodium silicate. The lower level of alkali makes the base formulation amendable to the incorporation of a gas generation additive. A high degree of expansion accentuates geopolymer performance characteristics for blocking and sealing applications. Presented will be case histories illustrating how the material was used in Western Canada for the isolation of water and/or gas in oil wells. Treatment results show a high success rate at providing long-term isolation of unwanted water and/or gas under a diverse range of downhole conditions. Review will include expandable aluminosilicate formulations that have been modified and tested for isolation and void filling requirements of mining and geotech applications.

RÉSUMÉ: Le prix et la performance ont été les principaux critères de choix d’un matériau pour le remplissage des vides ou le blocage des flux d’eau et/ou de gas indésirables. Récemment, la durabilité est devenue une considération de plus en plus importante dans la sélection des produits. Les géopolymères se rélèvent être un matériau alternatif prometteur qui a une faible empreinte CO2 et peut égaler et/ou dépasser la plupart des propriétés du matériau requises pour les applications de blocage et de remplissage. Malgré ces caractéristiques, les géopolymères n’ont fait qu’une percée limitée en tant que matériau alternatif. Leur adoption a été entravée par de nombreux facteurs, notamment le coût, le manque de convivialité, la viscosité élevée des boues et les temps de prise difficiles à contrôler. Cet article décrit le développement d’un matériau alternatif à base d’aluminosilicate qui est accessible tout en étant moins cher que le ciment ou les uréthanes. Le produit à base d’aluminosilicate est préparé à l’aide d’un sous-produit industriel tel que des cendres volantes ou un minéral approprié à faible coût. Contrairement à la plupart des géopolymères conventionnels, la formulation n’utilise qu’une quantité modérée d’alcali sous forme de silicate de sodium et/ou de potassium. Le niveau plus faible d’alcali rend la formulation de base modifiable pour l’incorporation d’un additif de génération de gaz. Un haut degré d'expansion accentue les caractéristiques de performance des géopolymères pour les applications de blocage et d'étanchéité. Des cas pratiques seront présentés, illustrant comment le matériau a été utilisé dans l'Ouest du Canada pour l'isolation de l'eau et/ou du gaz dans les puits de pétrole. Les résultats du traitement montrent un taux de réussite élevé pour l'isolation à long terme de l'eau et/ou du gaz indésirable dans une gamme variée de conditions de fond de puits.