ES2263247T3 - Composiciones fluidas polimericas para estabilizacion de tierras y procedimiento para su utilizacion. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un fluido estabilizador de tierra y a un procedimiento para usar este fluido de estabilización de tierra. Esta invención utiliza una fase continua que se ha añadido a un agujero u a un material polimérico que forma masas de gel tienen propiedades funcionales deseadas cuando se añaden a la fase continua.

Description

Composiciones fluidas poliméricas para estabilización de tierras y procedimiento para su utilización.

La presente invención se refiere a fluidos basados en polímeros para su utilización en operaciones de perforación, excavación y construcción de zanjas en la industria de la construcción de cimientos profundos, la industria de construcciones subterráneas y en la construcción de túneles, en sondeo de pozos y en otras aplicaciones de fluidos para estabilización de tierras.

En la creación de cimientos y apuntalamiento de edificios, puentes y otras estructuras, y en la excavación y perforación subterránea para la instalación de servicios generales, muros de protección, vías de tránsito y sistemas de drenaje, se han utilizado fluidos para soportar la tierra circundante durante las operaciones de excavación. Siempre que se debe realizar una construcción subterránea o excavación en formaciones de tierras granulares, inestables, saturadas de agua o cargadas de gases, ha habido la costumbre de rellenar los pozos de sondeo, frentes de ataque de túneles o excavaciones durante el procedimiento de excavación o sondeo con fluidos de base acuosa para estabilización de tierras, conocidos asimismo como suspensiones o lodos de perforación. Dichos fluidos han consistido esencialmente en agua, un agente espesante y/o formador de costras y sólidos de tierras procedentes de la excavación.

Los materiales convencionales para preparar dichos fluidos consisten en arcillas, tales como bentonita y attapulgita. Más recientemente, se han introducido y utilizado polímeros solubles en agua en lugar de dichas arcillas o en combinación con las mismas. (En el presente documento la expresión "soluble en agua" y los términos "soluble", "disuelto" y otros similares que describen la "disolución" de polímeros, se refieren a polímeros que forman, o bien soluciones verdaderas o dispersiones coloidales. Con respecto a los polímeros, se utilizan de manera intercambiable los conceptos de solubilidad en agua y dispersabilidad en agua a dimensiones coloidales). Un tipo ampliamente utilizado de polímero soluble en agua en dichas aplicaciones consiste en una poliacrilamida parcialmente hidrolizada (PHPA), en forma de un polímero de cadena larga principalmente lineal o no reticulado con una densidad de carga aniónica del veinte al treinta por ciento en moles. Este tipo de polímero está disponible en forma de una emulsión líquida de agua en aceite y en forma seca. Entre otros polímeros se incluyen goma de guar, goma de xantano, polímeros celulósicos, almidón y mezclas de los mismos. Todos estos polímeros, incluyendo las PHPA, se han preparado y aplicado de unas maneras con las que se pretende conseguir una disolución completa o dispersión coloidal de los polímeros cuando se mezclan con agua para preparar fluidos para estabilización de tierras.

Con fluidos basados en polímeros acrílicos que no contienen nada de bentonita u otros coloides inorgánicos formadores de costras, no se ha podido conseguir o se ha realizado escasamente el control de pérdida de fluido. Los polímeros solubles en agua disueltos o coloidalmente dispersados, cuando se seleccionaban y se utilizaban según la práctica anterior, no podían taponar los poros en el suelo granular o producir una costra como lo pueden hacer la bentonita y coloides inorgánicos. Ha resultado imposible controlar adecuadamente la pérdida de fluido sin añadir coloides minerales o materiales finamente divididos, tales como arcillas y limos de origen natural incorporados en la suspensión de la excavación.

En esfuerzos anteriores para excavar, cuando se utilizaban sistemas basados en polímeros acrílicos, ha habido una escasa correlación o correspondencia entre la viscosidad o concentración del polímero del fluido y las características o requisitos de estabilización del suelo o formación de tierra que se estaba excavando, o con los requisitos para una unión del hormigón al suelo para la transferencia de carga de rozamiento. Esencialmente, se han utilizado el mismo intervalo de viscosidades y concentración de polímero cualquiera que fuese la naturaleza de la formación que se estaba excavando. Esto indica una falta de comprensión de las propiedades y prestaciones que se pueden alcanzar con la utilización de polímeros.

En las suspensiones de polímeros, no ha habido ningún equivalente de la costra de bentonita. Es decir, no ha habido ningún procedimiento o medio eficaz - equivalente a la costra de bentonita - de transferir la presión hidrostática al suelo circundante, o de controlar la pérdida de la suspensión en un suelo permeable. Las suspensiones de polímeros se han utilizado con un éxito limitado, proporcionando unas prestaciones intermedias entre simple agua y una suspensión de bentonita. La falta de una diferencia de presión (o caída de presión) a través de un medio relativamente delgado de la interfase excavación/suelo impide la transmisión eficaz de presión hidrostática a las paredes de la excavación. En lugar de hacer que dicha presión se apoye en la pared de la excavación, lo cual da como resultado una pared soportada, la presión se difunde por todo el sistema de poros del suelo cerca de la excavación, dando como resultado la falta de soporte direccional del suelo. Las elevadas proporciones de pérdida de fluido dan como resultado grandes volúmenes de la suspensión que satura el suelo radial o lateralmente alrededor de la excavación. La saturación del suelo por el fluido que se encuentra en una comunicación casi perfecta con el fluido de la excavación produce una zona alrededor de la excavación de presión esencialmente equilibrada.

Dicho equilibrio de presión, y el fracaso correspondiente de que la suspensión ejerza una fuerza direccional contra el suelo, puede dar como resultado el desplome de la excavación. En suelos granulares o permeables secos o no saturados con agua, el efecto lubricante de saturar el suelo alrededor de la excavación con la suspensión que lo ha invadido contribuye asimismo a la probabilidad del desplome. Estos problemas de una penetración excesiva por un fluido polimérico de baja viscosidad son especialmente graves cuando se utilizan polímeros en emulsión para la preparación del fluido, debido al aceite y a los agentes tensioactivos humectantes de agua en las emulsiones. Una penetración profunda de una arena seca por un fluido polimérico que contiene aceite emulsionado y agentes tensioactivos humectantes de agua puede agravar la desestabilización del suelo al humedecer completamente los puntos de contacto de grano con grano y al lubricar los granos del suelo, de modo que se destruye cualquier ligera cohesión natural y el suelo se desploma. Por tanto, la ausencia de un medio de transferir la presión hidrostática, y la correspondiente falta de control de pérdida de fluido en el suelo, constituyen graves perjuicios para el procedimiento de excavación con una suspensión y representan una debilidad principal de la tecnología de suspensiones de polímeros tal como se ha practicado anteriormente.

Cuando se utilizan sistemas basados en polímeros, el control de la pérdida de fluido se ha obtenido añadiendo bentonita, limos y/u otros finos o coloides disponibles al fluido o perforando con limos o arcillas de origen natural en un intento de formar una costra mejorada con minerales sobre el frente de ataque de la excavación. Cuando se utiliza una suspensión basada en minerales o complementada con minerales en arenas de grano fino, los coloides minerales dispersados en la suspensión pueden proporcionar un control mejorado de la pérdida de fluido debido a que los poros en el suelo son pequeños. Pero las suspensiones basadas en minerales o complementadas con minerales, debido a las costras espesas que producen, reducen el aforo del pozo de sondeo o excavación. Dicho aforo reducido puede reducir el diámetro o espesor de las estructuras formadas o moldeadas producidas en las excavaciones y pozos de sondeo. De manera similar, las costras basadas en minerales o complementadas con minerales pueden afectar negativamente a la geometría de las estructuras formadas o moldeadas. Adicionalmente, las costras basadas en minerales o complementadas con minerales, en forma de una funda de coloides continuamente reactivos e hidratables en la interfase entre el hormigón y la tierra circundante, puede reducir el rozamiento superficial, o cizallamiento de carga perimetral, en el cual se basan las estructuras formadas o moldeadas para proporcionar sus capacidades para soportar cargas. Un rozamiento reducido puede activar la inestabilidad, el movimiento y la tensión sobre dichas estructuras, lo cual puede dañar la estructura subterránea y la superestructura que se apoya en la misma.

Históricamente, se idearon polímeros y se destinaron para que se mezclaran sin formar masas o perlas de polímero no disuelto, incompletamente dispersado o semihidratado. Ha habido la costumbre de hidratar previamente y maximizar la solubilización, homogeneización y dispersión coloidal de dichos materiales antes de la introducción del fluido en la excavación o pozo de sondeo. Esto ha ido acompañado de la utilización de sistemas de inducción, circulación, agitación y tratamiento del polímero, y la retención del fluido preparado en un depósito de maduración durante un periodo de tiempo antes de la introducción del fluido en la excavación o pozo de sondeo.

Las suspensiones o lodos de perforación de arcilla se formulan con el cinco por ciento de bentonita en agua dulce o del cinco al diez por ciento de attapulgita en agua salada. Tanto si las suspensiones se formulan con arcillas como con polímeros, el objetivo consiste en producir un fluido viscoso y/o denso (elevado peso específico) que estabilice y soporte las paredes de la excavación, excluya el agua freática y los gases de la excavación y facilite el desarrollo del proyecto de construcción. La clave del éxito en estos esfuerzos consiste en evitar la pérdida o infiltración del fluido de excavación en la tierra circundante durante la operación de excavación. Si el fluido se pierde en la formación de tierra y la excavación no se puede mantener llena de fluido, la excavación puede desplomarse y puede entrar agua freática o gases en la excavación. Una pérdida excesiva de fluido puede perturbar asimismo las fuerzas cohesivas de origen natural entre los sólidos de la formación.

La viscosidad de las suspensiones basadas en polímeros para estabilización de tierras se ha mantenido por sistema generalmente en el intervalo de 30 a 45 segundos por cuarto de galón, tal como se mide con un Marsh Funnel según los procedimientos de medición de viscosidad tipificados por el American Petroleum Institute. Se creyó que dicho intervalo de viscosidades, a la luz del "conocimiento industrial" de la técnica anterior, era el más eficaz y menos perjudicial. Constructores e ingenieros han manifestado preocupación de que las suspensiones de polímeros, especialmente suspensiones de polímeros de viscosidad elevada, puedan interferir con la unión del hormigón al suelo, degradando de este modo la capacidad de soportar cargas de rozamiento de estructuras tales como pilotes en pozos perforados. También han manifestado preocupación de que concentraciones superiores de polímero puedan interferir con la unión del hormigón a reafustes y con el desarrollo de resistencia a la compresión del hormigón.

Dichas preocupaciones, junto con la necesidad observada de mantener el coste de los fluidos poliméricos comparable sobre una base en volumen con el coste de suspensiones de bentonita, y la falta de apreciación del control de la pérdida de fluido y las prestaciones de estabilización del suelo que se pueden obtener con fluidos poliméricos de viscosidad elevada, han ocasionado que las recomendaciones de viscosidad y dosificación del fluido polimérico se mantengan en intervalos bajos.

La cohesión de sólidos de tierras granulares que quedan expuestos in situ por la excavación con suspensiones o cargados sobre o dentro de las herramientas de excavación, está gobernada, aparte de la cohesión intrínseca del suelo, por la capacidad para aglutinación de tierra de la suspensión y el mantenimiento de la presión de agua en los poros y por las tensiones intergranulares. La capacidad para aglutinaicón de tierra es la afinidad de la composición por los sólidos de tierra, lo cual ocasiona que el fluido para estabilización de tierras se enlace o se una química y físicamente a la tierra que queda expuesta y excavada, tanto sobre la herramienta de excavación como sobre y en el interior de las paredes de excavación. Dicha propiedad asimismo mantiene o mejora la tendencia de los granos de tierra a mantenerse unidos en masa, en lugar de separarse en forma de granos individuales o masas más pequeñas (cohesión mejorada). Dicha cohesión mejorada ayuda a la carga de las herramientas de excavación y al acarreo de los sólidos de tierra hacia arriba de la excavación. Cuando un fluido para estabilización de tierras de una elevada capacidad para aglutinación de tierra penetra un suelo granular y permeable, puede conservar o mejorar la cohesión del suelo, lo cual ayuda a estabilizar la excavación. La capacidad para aglutinación de tierra se manifiesta asimismo como la capacidad del fluido para estabilización de tierras para recubrir de película o encapsular sólidos minerales que llevan arcilla y con ello se reduce su tendencia a adsorber, absorber o admitir agua.

Cuando se utiliza la PHPA en emulsión líquida convencional como aditivo principal de la suspensión, se ha añadido ocasionalmente de forma directa dentro del pozo de sondeo o excavación, y se han utilizado las herramientas de sondeo o excavación para mezclarla con agua y/o fluido en el pozo de sondeo. Sin embargo, no es este el procedimiento preferido en la industria para la adición de PHPA en emulsión, debido a que ello puede producir aglomerados de polímero no dispersado, desperdiciado. Se ha comprobado que dichos aglomerados ocasionan huecos en el hormigón debido a que quedan intermezclados con el hormigón durante su colocación y se degradan a continuación lentamente, dejando agujeros o estructuras de tipo de panal dentro del hormigón. De manera típica y preferentemente, se utiliza una unidad de educción o un mezclador en línea, algunas veces conjuntamente con un depósito de hidratación con bombas de recirculación para asegurar la solubilización o dispersión completa del polímero antes de la introducción a la excavación o pozo de sondeo.

La capacidad de mezclar rápidamente y proporcionar el polímero directamente al pozo de sondeo o excavación es ventajosa, debido a que ello elimina la necesidad de un equipo de mezcla y tratamiento costoso e incómodo. Ello puede reducir apreciablemente el tiempo requerido para perforar, excavar y construir pilotes, muros, plataformas,
pozos, etc.

Siempre que se ha utilizado un polímero, un objetivo primario en la mezcla del polímero con agua o fluido para la excavación de tierras ha consistido en producir una solución o mezcla homogénea y realizar una dispersión y disolución completas del polímero tan pronto como sea posible. La disolución y homogeneización completa del polímero en el agua o fluido se ha considerado la clave para prestaciones óptimas. Un polímero de cualquier clase incompletamente homogeneizado, ya sea en forma de aglomerados, fibras de polímero, "ojos de pescado", geles, microgeles, perlas o masas, se ha considerado como desventajoso y antieconómico. Evitar la presencia de polímero incompletamente hidratado en la suspensión ha sido un objetivo principal del diseño y la práctica de mezcla del fluido.

Con las dosis y/o viscosidades del polímero relativamente bajas utilizadas anteriormente en suspensiones de polímeros acrílicos, puede tener lugar el empobrecimiento del polímero cuando se excavan suelos limosos o que llevan arcillas. Los sólidos de tierra manipulados por la herramienta de excavación son dispersados mecánicamente en la suspensión. La superficie específica aumentada de los sólidos así expuestos produce una demanda aumentada de polímero a medida que los sitios reactivos sobre las partículas de sólidos atraen y se unen a los sitios opuestamente cargados sobre el polímero. Esta unión iónica del polímero con los sólidos dispersados empobrece la concentración de polímero disuelto y coloidal en el sistema, de modo que la propiedades del sistema quedan gobernadas de manera creciente por el contenido de sólidos de tierra y menos por las propiedades de la solución del polímero. En un sistema cargado de sólidos, empobrecido de polímero, se pueden mantener los valores de la viscosidad Marsh Funnel en intervalos razonables mediante la hidratación y dispersión de arcillas naturales, que en un sistema polimérico de concentración elevada no se permitiría hidratar o dispersar. Dicha viscosidad basada en sólidos puede proporcionar un falso sentido de seguridad, debido a que la viscosidad del sistema se encuentra en intervalos esperados pero hay una cantidad insuficiente de polímero disponible para estabilizar la excavación.

El empobrecimiento del polímero en el sistema permite una hidratación adicional de las paredes de la excavación, con la correspondiente desestabilización. A la baja concentración remanente de polímero, el polímero actúa como floculante en lugar de un viscosificador y agente de revestimiento estabilizador/protector. En el sistema floculado, los flóculos de sólidos finos se sedimentan hacia el fondo de la excavación y pueden formar una masa blanda de material no cohesivo que es difícil de extraer con las herramientas de excavación. Dicho material blando, si no se extrae, puede producir huecos en el hormigón formado y puede ser perjudicial para la integridad del soporte de estructuras de hormigón moldeadas in situ formadas en las excavaciones.

La invención hace referencia a fluidos para estabilización de tierras según las reivindicaciones 1 y 40, y a un procedimiento para la preparación y la utilización de un fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 22. En una forma de realización preferida la invención consiste en un fluido basado en un polímero(s) vinílico(s), especialmente los basados en productos químicos acrílicos, compuestos por un material(es) soluble(s) en agua, hinchable(s)
en agua, hidratable(s) y/o dispersable(s) en agua y en un procedimiento para utilizar ciertos polímeros solubles en agua, polielectrólitos y reguladores del pH para preparar y mantener fluidos para estabilización de tierras que son más funcionalmente eficaces que los anteriormente conocidos. La utilización de polímeros naturales queda asimismo dentro del alcance de la presente invención.

Los fluidos para estabilización de tierras son más funcionalmente eficaces debido a que se utilizan a una concentración superior de polímero, y/o una afinidad iónica aumentada, y/o viscosidades superiores, o debido a que contienen una pluralidad de: masas parcialmente disueltas o hidratadas o dispersables de polímeros sintéticos, naturales o naturales modificados; resinas y látex sintéticos y naturales; así como todos los injertos y mezclas de los materiales anteriormente mencionados con o sin agentes tensioactivos o inhibidores de hidratación. Los fluidos para estabilización de tierras se preparan y se mantienen sin coloides minerales comerciales añadidos, y presentan un control de pérdida de fluido y preferentemente una o más de las siguientes propiedades: estabilización de las paredes de los pozos de sondeo o excavaciones, encapsulación de sólidos de tierra, una manipulación y una separación mejoradas de sólidos de tierra que han quedado dispersados en los fluidos, una cohesión mejorada de la tierra excavada y un desarrollo mejorado de transferencia de carga perimetral en las interfases de hormigón y tierra en estructuras subterráneas formadas en las excavaciones. Deberá entenderse que para los propósitos de la presente solicitud, las expresiones "transferencia de carga perimetral", "cizallamiento perimetral" y "rozamiento superficial" se utilizan de manera intercambiable.

Los fluidos para estabilización de tierras de ciertas formas de realización de la presente invención se formulan y se aplican de maneras en las que se utilizan soluciones viscosas de polímeros en concentraciones suficientes para proporcionar un medio para producir en suelos granulares o permeables una zona penetrada con un fluido polimérico gelificado o muy viscoso, relativamente inmóvil inmediatamente contiguo y que rodea una excavación. Dicha zona penetrada de conductividad hidráulica reducida en la interfase suelo/excavación - denominada en la presente memoria zona de transferencia de presión - sirve como un medio para transferir eficazmente la presión hidrostática de una columna de fluido en la excavación a las paredes de la excavación, soportando de este modo las paredes durante el procedimiento de excavación. Una penetración o invasión limitada del suelo contiguo a la excavación por el fluido viscoso produce la zona de transferencia de presión.

Dicha zona de transferencia de presión del polímero actúa en realidad como un soporte estructural reforzado de presión para suelos granulares o permeables que tenderían a desintegrarse y derrumbarse en la excavación en ausencia de un medio eficaz para soporte de suelos. Dichos efectos de refuerzo del suelo y la formación de un medio eficaz de transferencia de presión se obtienen preparando los fluidos para estabilización de tierras con una concentración suficiente de polímeros seleccionados iónicamente cargados para producir fluidos viscosos que presentan una viscosidad eficaz elevada, o resistencia al flujo, a los bajos regímenes de cizallamiento que se encuentran típicamente en la interfase del sistema de poros de la excavación/suelo en operaciones de geoconstrucción o de sondeo de pozos llevadas a cabo en el suelo. Los presentes solicitantes han encontrado que la medición de la viscosidad Marsh Funnel constituye un buen indicador de los requisitos de viscosidad para la formación de una zona de transferencia de presión y producción de un medio eficaz de transferencia de presión para proporcionar un soporte direccional a las paredes de la excavación. Como es el caso con una costra de bentonita, la zona de transferencia de presión de polímero sirve para la importante función
de controlar la pérdida de fluido, es decir la pérdida de fluido para estabilización de tierras de la excavación al suelo.

La cohesión mejorada de suelos granulares o permeables (p.ej. arena) cuando son penetrados por una suspensión basada en polímero está gobernada principalmente por la estructura molecular, la concentración, el carácter iónico y la densidad de carga del polímero. La capacidad de los sitios cargados sobre las moléculas de polímero para unirse o adherirse a sitios opuestamente cargados sobre las partículas de suelo permite que el polímero aumente la cohesión global del suelo por medio de un efecto adherente (que une entre sí los granos de suelo). Dicho efecto es similar al efecto obtenido al unir entre sí una masa de granos de arena con una resina epoxídica curable que se endurece para formar un complejo de arena/resina cohesivo y durable, pero en el caso de la presente invención el efecto adherente es temporal en una aplicación práctica debido a que el agente de unión adherente consiste en un fluido viscoso o gel de polímero, que puede ser descompuesto por la alcalinidad y el contenido de calcio del hormigón o cemento Portland, en lugar de una resina epoxídica endurecida insoluble.

Se incorporan asimismo polielectrólitos catiónicos al fluido polimérico de base aniónica (a) para activar la coagulación o eliminación de partículas de suelo suspendidas y/o (b) para activar la estructuración del fluido. Dicha estructuración o interacción entre el fluido basado en polímero aniónico y el material catiónico confiere un carácter semiviscoelástico a la fase continua viscosa. Dicha viscoelasticidad hace al fluido más resistente a una infiltración en el suelo. La resistencia a la migración de fluido en la tierra circundante ayuda a la transferencia eficaz de presión hidrostática, tal como se ha descrito anteriormente, para soportar el suelo.

Una forma de realización preferida de la presente invención presenta, debido a la combinación del peso molecular y la densidad de carga aniónica y la concentración de un polímero utilizado en la invención, y/o la viscosidad del fluido preparado, características mejoradas para aglutinación de tierra, expresadas por una cohesión mejorada de los sólidos de tierra excavados y que quedan expuestos, especialmente arenas y gravas. Dicha mejora de aglutinación y cohesión de tierra facilita las operaciones de excavación, especialmente la perforación con sonda, y da como resultado una mayor productividad, un aforo de la excavación mejorado y una conservación mejorada de la cohesión del suelo antes de la excavación y de la presión de agua en los poros en la tierra circundante.

Los materiales utilizados en la presente invención que se utilizan como precursores para la formación de masas hidratadas o en fase de hidratación que forman la fase discontinua de fluidos de dos fases, debido a una, o a cualquier combinación de sus propiedades (su densidad de carga iónica, peso molecular, composición química, reticulación, tratamientos con agentes tensioactivos, granulometría física, forma de las partículas, plasticidad, características de hidratación y características de solubilidad), pueden proporcionar un control de la pérdida de fluido cuando se utilizan según los procedimientos que se definen en la presente patente.

Este procedimiento proporciona partículas insolubles parcialmente hidratadas, semisolubilizadas o funcionales (denominadas en lo sucesivo "perlas" o "masas") que han de estar dispersadas en la suspensión en todo momento o en momentos específicos necesarios durante el procedimiento de excavación o sondeo. El control eficaz de pérdida de fluido en suelos granulares o permeables se puede conseguir asimismo con un fluido de la presente invención cuando se emplean una concentración y/o una viscosidad adecuadas de un polímero(s) funcionalmente eficaz(ces), tal como se ha descrito anteriormente, para impedir o limitar la penetración del suelo por el fluido, o para penetrar el suelo que rodea la excavación con una zona de fluido o gel continuo o semicontinuo, viscoso, que aglutina la tierra, que resiste al flujo o desplazamiento. El polímero típicamente se asocia con las moléculas de agua del fluido, haciendo al fluido móvil pero no humectante.

Las "masas de gel" o "perlas" o "masas de la composición" utilizadas en la presente invención se forman en una de tres maneras principales utilizando los procedimientos de la presente invención: (1) por hidratación de partículas o micelas sólidas o emulsionadas de un polímero dispersable en agua (polímero/agua); (2) por interacción de materiales poliméricos orgánicos aniónicos, catiónicos y/o anfóteros, tales como polímeros vinílicos, acrílicos, poliacrilamidas y poliaminas (polímero/polímero); (3) por interacción de materiales poliméricos orgánicos aniónicos, catiónicos o anfóteros entre sí y con partículas de suelo para formar complejos o aglomerados de polímero/suelo (polímero/suelo o polímero/polímero/suelo). Dichas masas se conforman en una diversidad de tamaños y formas, incluyendo, pero sin limitarse a ellas, configuraciones planares (tales como una configuración de rodajas de patata); configuraciones esferoidales, configuraciones alargadas en forma de dedo o fibrosas, y glóbulos deformables, formas de cáscara de arroz, formas semejantes a paja y formas ovoides.

Las dimensiones de las masas en fase de hidratación o hidratadas pueden variar de 10 micrómetros a 100 mm con los materiales actualmente disponibles, y pueden ser mayores si están compuestas por múltiples masas individuales que se han fusionado entre sí en el procedimiento de hidratación o por interacción iónica. Son posibles masas en fase de hidratación o hidratadas todavía mayores con modificaciones en la preparación de las composiciones secas para producir partículas secas mayores que son las precursoras de las masas hidratadas. Se pueden producir masas relativamente grandes por medio de la adición de un material catiónico a un fluido aniónico ya existente, o por medio de la interacción entre un aditivo catiónico, el fluido polimérico aniónico y partículas de suelo. Las masas hidratadas más pequeñas se producen por disociación de masas hidratadas mayores o por hidratación directa de partículas de la composición secas finamente divididas o por interacción iónica producida en un fluido aniónico ya existente humedeciendo o introduciendo pequeñas gotas de un material catiónico líquido en la suspensión o introduciendo un material catiónico seco en el fluido ya existente.

Las masas, cuando están presentes en el fluido, pueden estar parcial o totalmente hidratadas. Las masas son preferentemente deformables. Dicha deformabilidad ayuda a que las masas se conformen para que se alojen, y reduzcan o taponen espacios de poros en formaciones granulares o permeables. Este mecanismo controla la pérdida de fluido, y es especialmente eficaz cuando se utiliza en unión con una fase continua o semicontinua de dosis elevada y viscosidad elevada formada a partir de un polímero(s) disuelto(s) funcionalmente eficaz(ces).

Las masas pueden presentar una duración de vida limitada en el fluido, que corresponde al tiempo requerido para que las masas se hidraten y se disuelvan completamente en el caso de composiciones que son completamente solubles en agua. Para las composiciones que son hidratables o hinchables en agua, las masas pueden atravesar fases de hidratación seguido de una disociación o adsorción por la tierra circundante. Durante la fase de hidratación, las masas generalmente se hacen más grandes; a continuación en algún momento pueden comenzar a disociarse y pueden producir muchas partículas hidratadas más pequeñas en el fluido. Las masas formadas por medio de una reacción in situ en un fluido de base aniónica con un aditivo de base catiónica pueden producir masas de semihidratadas a totalmente hidratadas o glóbulos que son estables indefinidamente dentro del sistema fluido. Dichas masas o glóbulos son típicamente deformables y presentan una elevada afinidad para unirse o interactuar con el suelo.

Se prefieren los polímeros naturales y sintéticos hidratados o parcialmente hidratados que forman masas que taponan los poros en suelos granulares o permeables, con lo cual se disminuye la velocidad de infiltración de la suspensión para estabilización de tierras en el suelo circundante. Se prefieren asimismo los polímeros que presentan una capacidad para aglutinación de tierra. Se prefieren asimismo los polímeros que permiten una elevada adherencia de formación a hormigón, lo cual se expresa como "coeficiente de transferencia de carga perimetral" o "cizallamiento de carga perimetral".

La capacidad de los materiales poliméricos y resinosos para formar perlas o masas transitorias o degradables o para formar perlas o masas más persistentes para controlar la pérdida de fluido, o para taponar óptimamente la porosidad en formaciones permeables se obtiene en la producción o tratamiento del material o durante la preparación del fluido en el campo mediante una o más de las siguientes técnicas: (a) una reticulación parcial del material para retardar la hidratación, reducir la solubilidad y aumentar la ramificación; (b) una reticulación elevada del material para retardar la hidratación y reducir la solubilidad; (c) un tratamiento superficial (incluyendo una coadición in situ) de los materiales, tal como con un agente tensioactivo, un revestimiento, una microencapsulación o un tratamiento físico, para retardar la hidratación; (d) una mezcla de los materiales con coaditivos (p.ej. electrólisis, cationes, etc.) que retardan la hidratación; (e) una granulación o formación de escamas o aglomeración y selección para optimizar el tamaño de partículas de los materiales secos, lo cual influye sobre la proporción de hidratación para los materiales hidratables y sobre el tamaño de las partículas semihidratadas en la suspensión: la granulación y la selección de tamaños influye asimismo sobre las prestaciones de taponamiento de poros de las partículas insolubles o plásticas; (f) una incorporación de agentes tensioactivos copolimerizables en la cadena principal de los polímeros que influye sobre las tendencias hidrófilas; (g) una polimerización para proporcionar una estructura anfótera o anfolítica; (h) un injerto entre sí de materiales para formar un material final optimizado; (i) la incorporación de un material hidrófobo o semihidrófobo o no soluble en agua para retardar la solubilización en agua; (j) una mezcla de los materiales in situ con coaditivos catiónicos (p.ej. poliacrilamidas, compuestos de Mannich, polyDADMAC, poliaminas, polyMAPTAC, polietileniminas, etc.) que interactúan con la suspensión de base aniónica para formar una diversidad de configuraciones de las masas; (i) una mezcla de los materiales in situ con coaditivos catiónicos (p.ej. poliacrilamidas, compuestos de Mannich, poliyDADMAC, poliaminas, polyMAPTAC, polietileniminas, etc.) que interactúan con la suspensión de base aniónica para estructurar el fluido.

Dentro del alcance de la presente invención son utilizados polímeros sintéticos, naturales y naturales modificados, que incluyen mezclas e injertos, que se preparan y se utilizan de maneras que producen un fluido que comprende una fase líquida continua en la que está presente una pluralidad de masas poliméricas en fase de hidratación o hidratadas. Entre los ejemplos de dichos materiales se encuentran polímeros sintéticos y polímeros naturales, tales como polisacáridos, gomas, biopolímeros y combinaciones de los mismos. Asimismo, dentro del alcance de la presente invención se encuentran fluidos compuestos por polímeros solubles en agua o dispersables en agua que presentan una o más de las características o atributos de prestaciones de la invención que se describen en la presente memoria, cuando no está presente una pluralidad de masas poliméricas en fase de hidratación o hidratadas. Las masas poliméricas son útiles para la obtención de prestaciones deseadas en suelos granulares o permeables, pero se pueden obtener con frecuencia prestaciones adecuadas sin las masas si la selección del polímero, la dosificación y la viscosidad del fluido son acordes con el procedimiento de la invención que se describe en la presente memoria.

En una forma de realización preferida de la presente invención, un copolímero vinílico forma tanto la fase fluida continua como la fase discontinua de masas en fase de hidratación o hidratadas dispersadas en el fluido. En una forma de realización alternativa, las masas en fase de hidratación o hidratadas de polímeros naturales o polisacáridos modificados se suspenden en una fase fluida continua de polímero aniónico o anfótero solubilizado. En una forma de realización alternativa, se añaden materiales catiónicos a una fase fluida continua o semicontinua que contiene un polímero aniónico o anfótero solubilizado para formar masas o para aumentar la viscosidad o la estructura del fluido de excavación. Cuando se introducen materiales catiónicos en un sistema polimérico de base aniónica o anfótera, éstos pueden producir un efecto por medio de la unión de sitios catiónicos con sitios aniónicos, lo cual aumenta la viscosidad del fluido y puede aumentar la capacidad del fluido para mantener partículas en suspensión. Dicha estructura aumentada puede disminuir asimismo la migración o penetración del fluido en la tierra circundante.

Los polímeros utilizados en la presente invención, cuando se desea la producción de una pluralidad de masas en fase de hidratación o hidratadas, se añaden preferentemente en un estado sólido granular, en escamas o aglomerados con un tamaño de partículas secas que varia de 0,01 mm a 50 mm (en ciertos productos en forma de escamas) y actualmente en un intervalo de 0,01 mm a 10,0 mm, y encontrándose la mayor parte de las partículas, sobre una base en peso, comprendidas entre 0,10 mm y 2,5 mm para la mayoría de los productos disponibles. Todos dichos materiales se hacen más grandes cuando tiene lugar la hidratación inicial, aunque una disociación puede reducir eventualmente el tamaño de las partículas hidratadas.

Los fluidos de la presente invención, cuando se desea la producción de una pluralidad de masas poliméricas, se pueden obtener asimismo por medio de la adición de polímeros líquidos mediante procedimientos destinados a producir núcleos discretos iónicamente reactivos en el fluido. Los polímeros líquidos, tanto en forma de una solución como una emulsión con un carácter de carga ya sea catiónico, aniónico o anfótero, se pueden añadir mediante nebulización, gotitas controladas o un equipo de mezcla especializado para producir las masas deseadas anteriormente descritas en la presente memoria.

Los fluidos de la presente invención presentan las siguientes viscosidades API Marsh Funnel:

(a) Fluidos de dos fases con masas formadas por cualquier medio, para su utilización en cualquier tipo de suelo o formación de tierra: 28 segundos por cuarto de galón o mayores; más preferentemente 32 segundos por cuarto de galón o mayores; y muy preferentemente 36 segundos por cuarto de galón o mayores.

(b) Fluidos acrílicos aniónicos de fase única para su utilización en suelos de pizarra, arcilla, limo u otros suelos de grano fino o formaciones de tierras no clasificados como arena o de grano más grueso: mayores de 45 segundos por cuarto de galón; más preferentemente mayores de 50 segundos por cuarto de galón; y muy preferentemente mayores de 55 segundos por cuarto de galón.

(c) Fluidos acrílicos aniónicos de fase única para su utilización en arena seca, grava seca u otros suelos o formaciones de tierra no cohesivos: mayores de 60 segundos por cuarto de galón; más preferentemente mayores de 70 segundos por cuarto de galón; y muy preferentemente mayores de 75 segundos por cuarto de galón.

(d) Fluidos acrílicos aniónicos de fase única para su utilización en suelos de arena húmeda, grava húmeda u otros suelos o formaciones de tierra no cohesivos: mayores de 45 segundos por cuarto de galón; más preferentemente mayores de 55 segundos por cuarto de galón; y muy preferentemente mayores de 60 segundos por cuarto de galón.

(e) Fluidos de fase única que comprenden una combinación de dos cualesquiera o más materiales de naturaleza aniónica, no iónica, anfótera, asociativa y/o catiónica, para su utilización en cualquier tipo de suelo o formación de tierra; mayores de 28 segundos por cuarto de galón; más preferentemente mayores de 32 segundos por cuarto de galón; y muy preferentemente mayores de 36 segundos por cuarto de galón. Dichos fluidos pueden estar estructurados, presentar un retículo polimérico aumentado interasociado o iónicamente enlazado, o pueden estar no estructu-
rados.

(f) Fluidos de fase única que comprenden un polímero asociativo, para su utilización en cualquier tipo de suelo o formación de tierra; mayores de 28 segundos por cuarto de galón; más preferentemente mayores de 32 segundos por cuarto de galón; y muy preferentemente mayores de 36 segundos por cuarto de galón.

(g) Fluidos de fase única que comprenden un polímero anfótero, para su utilización en cualquier tipo de suelo o formación de tierra: mayores de 28 segundos por cuarto de galón; más preferentemente mayores de 32 segundos por cuarto de galón; y muy preferentemente mayores de 36 segundos por cuarto de galón.

(h) Fluidos de fase única que comprenden un polímero catiónico, para su utilización en cualquier tipo de suelo o formación de tierra: mayores de 28 segundos por cuarto de galón; más preferentemente mayores de 32 segundos por cuarto de galón; y muy preferentemente mayores de 36 segundos por cuarto de galón.

Cuando los fluidos se basan en poliacrilamidas aniónicas y las viscosidades son superiores a 40 segundos por cuarto de galón, la dosificación del polímero primario (base activa) es preferentemente mayor de 0,7 gramos por
litro.

La viscosidad aumentada constituye una característica clave de ciertas formas de realización de la presente invención. La viscosidad, la selección del polímero y la dosificación del polímero se especifican en relación con la reactividad, potencial de hidratación, granulometría, porosidad, permeabilidad y conductividad hidráulica de la formación de tierra. Los fluidos resultantes deberán permitir la sedimentación de sólidos de tierra manipulados mayores de 75 micrómetros o deberán suspender sólidos de tierra manipulados indefinidamente hasta que el fluido se haya extraído de la excavación o hasta que sean efectuados los procedimientos de separación de sólidos. Los fluidos deberán asimismo permitir la dispersión de polímero adicional de nueva aportación o la incorporación de otros aditivos.

Los fluidos poliméricos para estabilización de tierras basados en polímeros vinílicos u otras bases poliméricas aniónicas o polímeros que contienen carboxilo (p.ej. poliacrilato y carboximetilcelulosa) son generalmente sensibles a la contaminación por contaminantes catiónicos divalentes y polivalentes, tales como metales térreos (calcio, magnesio, hierro, zinc, etc.) y en un menor grado cationes monovalentes, tales como sodio y potasio. La sensibilidad de dichos fluidos poliméricos para estabilización de tierras a dichos contaminantes presenta ciertas ventajas (p.ej. permite una unión mejorada entre el hormigón y el suelo) y ciertos inconvenientes (p.ej. una excesiva degradación del fluido inducida por el hormigón, que ocasiona un consumo aumentado de polímero).

Se ha conocido y practicado en la técnica anterior la manera de reducir la contaminación procedente de dichas fuentes, tratando previamente el fluido con ciertos reguladores de pH tales como carbonato de sodio, bicarbonato de sodio y diversos fosfatos. En lodos y suspensiones de perforación basados en arcilla, dichos reguladores de pH se han utilizado asimismo, usualmente en unión con diluyentes orgánicos, como medios de tratamiento para precipitar contaminantes, tales como calcio para permitir la desfloculación de los sistemas basados en arcilla y para restablecer sus propiedades. La novedad en la utilización por los presentes solicitantes de reguladores de pH, secuestrantes e hidróxidos se basa en el descubrimiento de que se pueden utilizar solos o en combinación para contrarrestar los efectos de la contaminación por cationes en sistemas poliméricos por medio de nuevos procedimientos de sustitución de cationes e hidrólisis de polímeros.

En los fluidos de la presente invención que comprenden polímeros aniónicos, los hidróxidos solubles presentes en concentraciones relativamente elevadas expresadas como iones hidroxilo pueden restablecer la viscosidad del fluido y la funcionalidad del polímero por medio de mecanismos de "extracción" de cationes contaminantes fuera de los sitios aniónicos pasivados sobre la cadena del polímero, lo cual permite la rehidratación y el desenrollado del polímero aplastado. Un exceso de iones hidroxilo, a niveles de pH por encima de 11,5 puede restablecer asimismo la viscosidad y la funcionalidad aniónica del sistema hidrolizando grupos amida para formar grupos carboxilo. Esto se puede realizar tratando el fluido en primer lugar con un hidróxido (para iniciar la hidrólisis), seguido de la regulación de pH con un ácido débil, un fosfato, un éster de fosfato, un fosfonato o un bicarbonato soluble para reducir el pH y detener la hidrólisis después de que se ha formado alguna cantidad de nuevos grupos carboxilo. La hidrólisis de amida para formar acrilato produce nuevos grupos funcionales que restablecen la viscosidad y funcionalidad del sistema. En la técnica anterior se creía que el entorno de pH elevado y alto contenido de calcio soluble producido por la contaminación de hormigón o cemento causaba una precipitación irreversible de polímeros que contienen carboxilo.

En otra utilización nueva y ventajosa de hidróxidos solubles, los precipitados que forman con dichos cationes contaminantes, tales como magnesio, se utilizan solos o cuando se complejan con polímeros, como agentes de sellado o taponamiento para controlar la pérdida de fluido en formaciones granulares, permeables o fisuradas.

La Figura 1 es una representación gráfica de la viscosidad Marsh Funnel frente a la dosificación de CDP. El término "CDP" se entenderá que se refiere al nombre comercial de un producto basado en polímero dentro del alcance de la presente invención comercializado por KB Technologies Ltd.

La Figura 2 es un cuadro que muestra una comparación de la eficacia del desarrollo de viscosidad utilizando una composición y un procedimiento de la presente invención.

La Figura 3 es una representación gráfica de las características del control de la pérdida de fluido de la composición y el procedimiento de la presente invención en comparación con composiciones y procedimientos de la técnica anterior. La Figura 3 muestra asimismo los efectos del tiempo de hidratación sobre el control de pérdida de fluido de una composición y un procedimiento de la presente invención y una composición polimérica y un procedimiento de la técnica anterior, ambos comparados con bentonita.

La Figura 4 es un cuadro que muestra las prestaciones de control de filtración frente al tiempo en tiempos de hidratación iguales (30 minutos) para una forma de realización preferida de la presente invención y para una composición de la técnica anterior.

La Figura 5 es una representación gráfica de valores máximos de rozamiento perimetral/presión celular a partir de ensayos de extracción para muestras de arena fina perforadas con suspensiones de CDP.

La Figura 6 es una representación gráfica de una comparación de coeficientes de transferencia de carga perimetral para diversos materiales.

La Figura 7 es una representación gráfica de la eficacia de desarrollo de viscosidad de CDP frente a PHPA en emulsión en intervalos elevados de dosificación.

La Figura 8 es una representación gráfica de una comparación de cizallamiento perimetral medio normalizado durante 24 horas de tiempo de contacto.

Las Figuras 9 y 10 son representaciones gráfica de perfiles de pozos de sondeo para pozos de pilotes perforados utilizando los fluidos para estabilización de tierras de la presente invención.

La Figura 11 es una representación gráfica de resultados de ensayos de carga medidos en función de la profundidad frente a la resistencia unitaria de cizallamiento para pilotes de hormigón moldeados en pozos perforados utilizando los fluidos para estabilización de tierras de la presente invención.

Las Figuras 12, 13 y 14 son representaciones gráficas de los efectos de "desarrollo de rozamiento superficial" y control de filtración para pilotes en pozos perforados construidos utilizando los fluidos para estabilización de tierras de la presente invención.

Las Figuras 15, 16, 17 y 18 son representaciones gráficas del "desarrollo de rozamiento superficial" de pilotes modelo en pozos perforados construidos utilizando los fluidos para estabilización de tierras de la presente invención en comparación con la utilización de bentonita y attapulgita de la técnica anterior.

La Figura 19 es una representación gráfica de resultados de ensayos de carga de un pilote en un pozo perforado construido utilizando los fluidos para estabilización de tierras de la presente invención en comparación con la utilización convencional de bentonita.

En una forma de realización preferida, se formula un fluido para estabilización de tierras en forma de una suspensión acuosa, que presenta suspendida en la misma una pluralidad de masas de las composiciones (las "masas de las composiciones") parcialmente hidratadas o en fase de hidratación, solubles en agua, hinchables en agua, hidratables y/o dispersables en agua. Los fluidos para estabilización de tierras contienen suspendidos en los mismos, polímeros, resinas y/o látex sintéticos o naturales parcialmente disueltos y/o hidratados y/o dispersable; y todos los injertos de las composiciones anteriormente mencionadas. El peso molecular de la(s) composición(es) puede variar en un amplio intervalo, p.ej., de 10.000 a 40.000.000 o superior. La invención, sin embargo, encuentra su mayor utilidad cuando se aplican polímeros acrílicos aniónicos que presentan pesos moleculares de 100.000 o superiores, preferentemente de un millón o superior, y muy preferentemente en exceso de 10.000.000, para formar la fase continua, así como toda o una porción de la fase discontinua, que consiste en la pluralidad de masas poliméricas en fase de hidratación o hidratadas. Se pueden añadir asimismo polímeros catiónicos a la fase polimérica continua aniónica para mejorar las características de estructuración del fluido o para producir o complementar una fase discontinua.

En una segunda forma de realización preferida, se puede preparar o utilizar el fluido sin las masas de la composición, pero con una concentración suficiente de un polímero seleccionado funcionalmente eficaz para proporcionar la viscosidad adecuada y/o la capacidad para aglutinación de tierra para proporcionar una o más de las siguientes funciones: añadir cohesión a suelos granulares o permeables actuando como un adhesivo de penetración; limitar o controlar la pérdida del fluido en suelos granulares o permeables y soportar las paredes de la excavación por medio de una transferencia de presión hidrostática impregnando el sistema de poros del suelo con un fluido polimérico viscoso que resiste el desplazamiento, o utilizando un fluido tan viscoso que no puede penetrar libremente el suelo; mejorar, por medio de un aumento de la cohesión y efectos adherentes, la carga y el acarreo de las tierras del suelo excavadas sobre y en las herramientas, tales como sondas y excavadoras; permitir la unión de hormigón al suelo y una transferencia de carga de rozamiento mejorada en comparación con las tecnologías de suspensiones ya existentes.

El carácter aniónico del polímero se puede obtener a partir de la hidrólisis de acrilamida durante la polimerización o a partir de la copolimerización de acrilamida con monómeros aniónicos que comprenden ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, anhídrido maleico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido vinil- o estirenosulfónico, ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico (AMPS®) y otros similares, y sales de los mismos solubles en agua. Los monómeros aniónicos preferidos son ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, vinil- o estirenosulfonatos y AMPS® o sus sales. Los copolímeros que comprenden acrilamida y/u otro monómero no iónico, con más de un monómero aniónico anteriormente mencionado, se encuentra asimismo dentro del alcance de la presente
invención.

El porcentaje molar de los comonómeros en el polímero puede variar dentro de ciertos límites, siempre que el total ascienda hasta el 100%. La densidad de carga aniónica variará del 5% al 90%, preferentemente del 10% al 80%, y muy preferentemente del 35% al 65% en el polímero. La composición, el carácter aniónico y el peso molecular del copolímero se puede optimizar para la formación de tierra particular y las condiciones del agua con el fin de conseguir las funciones deseadas de sondeo, perforación o excavación y estabilización de tierras.

El copolímero aniónico utilizado en la presente invención se puede modificar además incorporando ciertos monómeros catiónicos en el polímero que forman polímeros anfolíticos. Los monómeros catiónicos se seleccionan entre el grupo que consiste en: cloruro de dialildimetilamonio, (met)acrilatos de dimetilaminoetilo cuaternizados y N,N-dimetilaminopropil-metacrilamida y combinaciones de los mismos. Dichos constituyentes catiónicos se pueden hacer reaccionar para formar sales ácidas o cuaternizadas utilizando cloruro de metilo o sulfato de dimetilo.

Los monómeros no iónicos para su utilización en la práctica de la presente invención se seleccionan entre el grupo que consiste en: acrilamida, metacrilamida, acrilatos de C_{1} a C_{20}, N-vinilpirrolidona, acetato de vinilo, estireno, N-vinilformamida, N-vinilacetamida o mezclas de los anteriores. Se prefiere especialmente acrilamida.

Se puede incorporar asimismo en el copolímero utilizado en la presente invención una pequeña cantidad de monómeros insolubles en agua/hidrófobos, tales como alquilatos de cadena larga de C_{5} a C_{20}, hidroalquilatos y acrilamidas sustituidas con N-alquilo. Dichos grupos hidrófobos tienden a asociarse entre sí en una solución acuosa para formar una asociación inter/intramolecular. Como resultado de ello, se aumenta la viscosidad de la solución y la viscosidad es relativamente insensible a sales en comparación con polímeros sin los grupos hidrófobos.

La polimerización de los monómeros se puede llevar a cabo en presencia de un agente de reticulación para formar la composición reticulada o ramificada. El agente de reticulación comprende moléculas que presentan o un doble enlace y un grupo reactivo, dos grupos reactivos o dos dobles enlaces. El agente se puede seleccionar entre el grupo que comprende N,N-metilenbisacrilamida, N,N-metilenbismetacrilamida, di(met)acrilato de polietilenglicol, acrilato de glicidilo, acroleína, N-metilolacrilamida, alquilaldehídos C_{1}-C_{42}, glioxal, dialilamina, sales de trialilamonio, amoniaco, aminas de C_{1} a C_{25} (incluyendo diamina o triamina), epiclorhidrina, compuestos diepoxídicos u otros similares y mezclas de los anteriores. La reticulación o ramificación es debida a las reacciones inter- o intramoleculares de las unidades monoméricas en la cadena del polímero con el agente de reticulación. El agente se ha de utilizar en cantidades suficientes para asegurar una composición reticulada o ramificada, siempre que el polímero resultante sea todavía soluble en agua o hidratable. Preferentemente, se utiliza para dicho propósito del 0,001% al 20%, y más preferentemente del 0,01% al 10% basado en el peso total de monómeros. La proporción de dichos materiales en dicha aplicación puede variar de 0,01 a 300 kilogramos por metro cúbico, expresada en peso seco de polímero sobre el volumen de agua o suspensión.

El perfil reológico del fluido polimérico queda influido de forma apreciable por el carácter aniónico y el grado y tipo de reticulación, y por la cantidad y tipo de material catiónico, asociativo o anfótero añadido. La Figura 2 es un cuadro que muestra una comparación de eficacia de desarrollo de viscosidad utilizando una composición y un procedimiento de la presente invención.

Las perlas o masas de la composición pueden presentar una duración de vida limitada y controlable en el fluido de excavación. Dicha duración de vida puede variar de varios minutos a varias semanas basándose en las características químicas de la composición y en las propiedades físicas y químicas del fluido de excavación. La duración de vida de las masas de la composición se puede controlar mediante uno cualquiera o una combinación de los siguientes mecanismos: (1) el grado de reticulación y/o ramificación; (2) el procedimiento de reticulación y/o ramificación; (3) la solubilidad, y/o la naturaleza hidrófila/hidrófoba de las composiciones; y (4) la inclusión de coaditivos y/o tratamientos superficiales a las composiciones.

La duración de vida de las masas de la composición pueden quedar influenciadas in situ positiva o negativamente por una exposición continuada a esfuerzo de cizallamiento, exposición a cationes o electrólitos, exposición a sólidos de tierra o a una hidratación continuada en el transcurso del tiempo. Una perla o masa de la composición se puede definir como un constituyente o elemento discreto, que existe independientemente en un fluido de excavación, y que presenta las características proporcionadas anteriormente en el sumario de la invención. Dichas perlas o masas confieren características de prestaciones singulares al fluido, lo cual permite la reducción de la pérdida de fluido a la formación excavada. La capacidad de las perlas o masas de la composición para reducir la porosidad de la formación en la interfase de la formación se obtiene porque las perlas o masas son arrastradas dentro de los huecos de la formación y taponan y sellan completamente o de forma parcial dichos huecos.

Como dichas perlas o masas de la composición se forman unas sobre otras, reducen o taponan las entradas de los poros para reducir la pérdida de fluido. Se forma una costra o un sello de matriz de suelo en profundidad de un polímero y/o una resina sintéticos o naturales. Dicha costra o sello puede incorporar un polímero o resina soluble en agua, coloidal o disuelto para mejorar adicionalmente el control de filtración y la construcción de la costra. Cuando el fluido se formula o se utiliza con las masas de gel presentes, la optimización de dichas perlas o masas constituye una causa determinante importante de las prestaciones y propiedades de sellado del suelo del fluido y de la costra o sello de matriz. Dichas perlas o masas de la composición de un polímero o una resina sintético o natural o combinaciones de los mismos permiten la supresión de bentonita, limo y/u otro material coloidal o finamente dividido del diseño del fluido cuando se utiliza en un procedimiento de la presente invención.

La interacción entre las perlas o masas, el polímero y la tierra forma una costra sobre y dentro de las paredes de la excavación y, en un mayor grado en suelos de grano grueso, un conglomerado viscoso de polímero/suelo o estructura que comprende los granos de suelo in situ y el fluido de polímero/gel que penetra la matriz de poros del suelo bajo una presión hidrostática. La costra de polímero y la estructura en profundidad de polímero/suelo ayudan apreciablemente a mantener una pared lateral estable en la formación de suelo. La estabilización de las paredes laterales se aumenta mediante la reducción de la pérdida de fluido a la formación, el mantenimiento de la diferencia de presión hidrostática a través de la costra y el sello de matriz en profundidad y la capacidad aumentada del fluido para aglutinación de tierra.

La costra de polímero, o matriz de polímero/suelo, producida mediante la presente invención reduce apreciablemente la pérdida de fluido a la formación circundante. Una pérdida de fluido excesiva a la formación de suelo, especialmente cuando el fluido perdido es agua o un fluido de polímero/agua de baja dosificación, hidrata la formación y destruye las fuerzas cohesivas naturales entre los sólidos de la formación. Dicha pérdida de fuerzas cohesivas ocasiona que la pared lateral se desprenda y se derrumbe. La matriz de polímero/suelo mantiene una excavación apreciablemente más estable que la conocida en la técnica anterior reduciendo o inhibiendo la hidratación de la formación y/o los cambios de la presión de poros del suelo y manteniendo una diferencia de presión hidrostática a lo largo o a través de la matriz de polímero/suelo.

La Figura 3 muestra el control de la pérdida de fluido frente al tiempo de hidratación del polímero de una forma de realización preferida de la presente invención y otros dos productos de suspensión de perforación de construcciones, comercialmente disponibles. Los tiempos de hidratación que se muestran en la Figura 3 corresponden al tiempo transcurrido entre la introducción del polímero en agua de mezcla y la iniciación del ensayo de filtración. El tiempo de hidratación constituye una causa determinante principal de la presencia, abundancia y calidad de las masas de gel parcialmente hidratadas o en fase de hidratación en el fluido. Generalmente, a medida que se aumenta el tiempo de hidratación, se reduce el número de masas de gel discretas y las masas de gel que están presentes se hacen más grandes y más elásticas. Por tanto, se reduce el efecto de taponamiento de poros de las masas de gel, y el fluido debe basarse en la viscosidad de la fase continua y en la unión del polímero a granos de suelo (adherencia) para controlar la pérdida de fluido, aumentar la cohesión del suelo y efectuar las otras funciones de la presente invención. Al desarrollar los datos para la Figura 3, se mezclaron productos comercialmente disponibles, con bajo cizallamiento con un impulsor de disco corrugado único a una velocidad de aproximadamente 3.000 rpm. Los productos se agitaron durante 5 a 10 minutos y se dejaron sin agitar durante el resto del tiempo de hidratación. Se agitó bentonita con un cizallamiento elevado para asegurar una buena dispersión. El ensayo se llevó a cabo a una diferencia de presión de 5 psi contra un disco de piedra de arena artificial con un espesor de 1/4'' (6,35 mm) que presentó una permeabilidad de 20 darcios y un diámetro nominal de poros de 60 micrómetros.

La Figura 4 es un cuadro que compara las prestaciones de control de filtración de una forma de realización preferida de la presente invención con el control de filtración de un fluido polimérico de la técnica anterior, cuando los dos polímeros presentan tiempos de hidratación iguales.

En una forma de realización preferida de la presente invención, los materiales poliméricos se introducen en el fluido mediante adición directa en la boca del pozo de sondeo o excavación y se utilizan las herramientas de excavación o sondeo para mezclar el fluido in situ sin ayuda de otro equipo o procedimiento especializado de mezcla o premezcla.

En una forma de realización preferida alternativa de la presente invención, los materiales utilizados para producir la suspensión para estabilización de tierras se introducen indirectamente en la boca del pozo de sondeo o excavación, sin utilizar exclusivamente las herramientas de excavación o sondeo para mezclar el fluido in situ. Los materiales se añadirían al sistema con la ayuda de otro equipo especializado de mezcla o premezcla, tolvas u otros procedimientos indirectos.

Las características de densidad de carga de los polímeros utilizados en la presente invención constituyen un factor primario en la capacidad del fluido para aglutinación de tierra. La capacidad del fluido para aglutinación de tierra es la aptitud y capacidad del polímero o el material para unirse y estabilizar la tierra que queda expuesta o excavada. Dicha afinidad funciona para mejorar la estabilización de las paredes laterales, el aforo del pozo de sondeo y la extracción de la tierra excavada. La densidad de carga, o la relación de unidades colgantes aniónica y/o catiónicamente cargadas sobre el polímero, constituye un contribuidor principal al grado de capacidad para aglutinación de tierra que presenta un polímero.

En una forma de realización preferida de la presente invención, la capacidad de acarreo de la excavación, o la capacidad de las herramientas o sistemas de la excavación para retener y extraer cargas aumentadas de tierra, se mejora apreciablemente debido a la capacidad de la suspensión para aglutinación de tierra. La capacidad mejorada para aglutinación de tierra permite la extracción de los sólidos excavados, o tierra, con herramientas de excavación que no eran anteriormente satisfactorias cuando se han utilizado materiales de la técnica anterior. Una capacidad mejorada de acarreo de la excavación aumenta la eficacia de las operaciones de excavación.

En una forma de realización preferida de la presente invención, el polímero consiste en un material soluble en agua o parcialmente soluble en agua o hidratable o dispersable en agua lineal, ramificado, reticulado, parcialmente reticulado o injertado, que se trata además con un agente tensioactivo hidrófobo para retardar la hidratación o por medio de una mezcla de los materiales. Se pueden añadir agentes tensioactivos hidrófobos mediante una coadición in situ, revestimiento, microencapsulación o tratamientos físicos.

Cuando el polímero utilizado en la presente invención es no reticulado y soluble en agua, parcialmente soluble en agua, hidratable o dispersable en agua, la granulometría, el balance de hidrofilia/hidrofobia, el peso molecular, la velocidad de disolución y otros factores se combinan con una técnica de aplicación que saca provecho de la fase de hidratación transitoria (el periodo de tiempo durante el cual el polímero está suspendido en el fluido en forma de masas o perlas discretas parcialmente disueltas o en fase de disolución) para efectuar el control de la perdida de fluido.

Se pueden incorporar agentes tensioactivos hidrófobos en el polímero durante la preparación y en forma de un componente intersticial seco dentro del gránulo del polímero o en forma de un tratamiento superficial después de la preparación para retardar la hidratación y prolongar la duración de las perlas o masas con y sin reticulación. Los agentes tensioactivos hidrófobos comprenden agentes tensioactivos que presentan valores de HLB (balance hidrófilo/lipófilo) en el intervalo de 2 a 10, preferentemente inferior a 8. Entre los agentes tensioactivos adecuados se incluyen ésteres de sorbitán, ésteres ftálicos, ácidos grasos, glicéridos, ésteres de glicerinas, así como amidas y versiones etoxiladas o propoxiladas de los anteriores. Una forma de realización preferida de la presente invención incorpora polímeros ligera o moderadamente reticulados con un ligero tratamiento con agentes tensioactivos.

En una forma de realización preferida de la presente invención, las perlas o masas son transitorias. La naturaleza transitoria de las perlas o masas se controla mediante el tipo y grado de reticulación de los polímeros. La reticulación del polímero se rompe con el transcurso del tiempo y las perlas o masas se degradan. La hidratación, cizallamiento y ionización degradan el polímero total y disgregan la estructura de las masas. El desmoronamiento o degradación de los polímeros, perlas y masas solubles se puede acelerar por contacto con cationes divalentes o trivalentes, oxidantes y/o cloruros. Dicho desmoronamiento o degradación de las perlas y masas es crítico para la industria de la construcción y otras industrias en las que se introducen hormigón, lechada de cemento, cemento u otros materiales en una columna, muro o zanja. En dichas aplicaciones, son importantes las capacidades de rozamiento de las paredes laterales o de soporte de carga de las paredes laterales. La presente invención proporciona una interferencia residual apreciablemente reducida con las características de las paredes laterales, con lo cual se produce una integridad estructural y una capacidad de soporte de carga mejoradas.

La degradación del polímero, perlas y masas solubilizados dentro del fluido así como en la interfase de las paredes laterales mejora apreciablemente los coeficientes de rozamiento de las paredes laterales sobre las tecnologías de fluidos de sondeo y excavación de la técnica anterior. La Figura 5 muestra una representación gráfica de rozamiento perimetral/presión celular de ensayos de extracción para muestras de arena fina perforadas utilizando la tecnología de la técnica anterior y un polímero de una forma de realización preferida. La degradación de la suspensión mejora asimismo el desplazamiento por hormigón, cemento, lechada de cemento, etc., lo cual proporciona una calidad mejorada de la estructura final o taponamiento debido a intrusiones disminuidas de contaminantes, huecos en el interior y/o una contaminación directa del hormigón, cemento, lechada de cemento, etc. de la estructura final.

En una forma de realización preferida, se utilizan polímeros naturales y sintéticos hidratados o parcialmente hidratados que forman masas que taponan los poros en suelos granulares o permeables, con lo cual disminuye la velocidad de infiltración de la suspensión para estabilización de tierras en el suelo circundante. Se prefieren los polímeros que presentan una capacidad para aglutinación de tierra. Se prefieren asimismo polímeros que permiten una adherencia elevada de formación a hormigón, que se expresa como "coeficiente de transferencia de carga perimetral". Véanse las Figuras 6 y 8.

La Figura 8 muestra el desarrollo de rozamiento superficial de una forma de realización preferida de la presente invención después de 24 horas de tiempo de contacto en un pozo perforado experimental. La figura muestra que la forma de realización preferida superó las prestaciones de bentonita en el desarrollo de rozamiento superficial. La figura muestra asimismo, por omisión en comparación con la Figura 6, que las suspensiones formuladas a partir de attapulgita y a partir de PHPA en emulsión fracasaron en mantener una columna de suspensión en los pozos perforados experimentales debido a la pérdida completa de fluido. El polímero de la presente invención desarrolló el rozamiento superficial más elevado de las formulaciones de suspensión que fueron capaces de mantener fluido en el pozo perforado experimental durante 24 horas.

En todavía otra forma de realización preferida de la presente invención, se seleccionan o producen partículas, escamas, aglomerados o cristales secos de materiales utilizados para preparar una suspensión, que consisten en partículas o escamas de diversos tamaños, con tamaños que varían de 0,01 mm a 50 mm, preferentemente de 0,01 mm a 10,0 mm y muy preferentemente de 0,10 a 2,5 mm tal como se determina cribando con tamices que presentan aberturas de dichos tamaños. Las partículas, escamas, o cristales secos de los materiales utilizados para preparar la suspensión son de diversos tamaños. Los materiales se producen, se clasifican y se seleccionan en diversos subintervalos de tamaños de partículas para optimizar las prestaciones de control de pérdida de fluido en tipos específicos de formaciones de tierras granulares, con cavidades o fracturadas que presentan tamaños variables de poros, cavidades o fracturas. Se requieren tamaños de partículas mayores para formaciones porosas tales como arena, grava, guijarros y aluviones glaciáricos. Las formaciones menos porosas, tales como pizarras hidratables, arcillas y limos requieren tamaños de partículas inferiores. La elección del tamaño de partículas es importante para optimizar la eficacia del producto en diferentes formaciones. En una forma de realización preferida de la presente invención, el tamaño de partículas para un polímero granular, en escamas o aglomerado varía de 0,01 mm a 50 mm, preferentemente de 0,01 a 10,0 mm y muy preferentemente de 0,1 a 2,5 mm, estando comprendida la mayoría del peso de los gránulos entre 0,40 mm y
2,5 mm.

Todas las formas de realización de la presente invención se pueden preparar y utilizar en forma líquida, es decir, en forma de una emulsión (continua de base aceitosa o continua de base acuosa), en forma de una suspensión, en forma de una dispersión, en forma sólida o en forma de una solución. La forma física preferida para los polímeros aniónicos de base acrílica consiste en gránulos, escamas, o aglomerados secos.

Una forma de realización preferida de la presente invención utiliza un polímero con un carácter aniónico que varía de aproximadamente 35% a aproximadamente 65% con un peso molecular que excede de 100.000, preferentemente que excede de un millón, y muy preferentemente que excede de diez millones, tal como se mide antes de la reticulación, que se reticula ligeramente del 0,01% al 10% utilizando ya sea aldehído, alquilaminas de C_{1} a C_{25} incluyendo diamina y triamina, y/o metilenbisacrilamida. El polímero consiste en un copolímero ya sea de acrilamida y ácido acrílico o ácido maleico, anhídrido maleico o ácido fumárico, o AMPS®, ácido estirenosulfónico, ácido vinilsulfónico, ácido metalilsulfónico y sus sales y combinaciones de los mismos. La relación molar de dichos componentes puede variar con el fin de obtener el carácter aniónico deseado para las condiciones de la formación particular y del agua. El tamaño de partículas para el polímero granular en la mayor parte de las condiciones de la formación deberá variar de 0,01 mm a 10,0 mm, estando comprendida la mayoría de las partículas entre 0,1 mm y 2,5 mm.

La invención se puede exponer en una diversidad de formas de realización preferidas que incorporan diversas combinaciones de los atributos de los fluidos y los procedimientos que se describen en la presente memoria.

1. Fluidos de fase única ("Uniformes")

Se considera que el agua del fluido está unida íntimamente a uno o más de los polímeros, de modo que la fase continua del fluido es una solución o una dispersión coloidal de uno o más polímeros. En algunos casos y en algunas condiciones, puede existir agua "libre" en los fluidos de la presente invención o se puede liberar a partir de masas de sólidos de tierra extraídos de los fluidos.

1a. En una primera forma de realización no reivindicada, se disuelve completamente en agua un polímero aniónico que presenta una densidad de carga del 5% al 95%, más preferentemente del 10% al 80%, y muy preferentemente del 30% al 80%, y un peso molecular de un millón o mayor, o preferentemente 10 millones o mayor, a concentraciones de 0,7 g/l (base activa) o superiores para producir un fluido de fase única que presenta una viscosidad Marsh Funnel (MVF) superior a 60. El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación y sondeo de pozos en arena o grava seca.

1b. En una segunda forma de realización no reivindicada, se disuelve completamente en agua un polímero aniónico que presenta una densidad de carga del 5% al 95%, más preferentemente del 10% al 80%, y muy preferentemente del 30% al 80%, y un peso molecular de un millón o mayor, o preferentemente 10 millones o mayor, a concentraciones de 0,7 g/l (base activa) o superiores para producir un fluido de fase única que presenta una viscosidad Marsh Funnel (MVF) superior a 45. El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación o sondeo de pozos en formaciones de tierra cohesiva, o en arena o grava húmeda o mojada.

1c. En una tercera forma de realización no reivindicada, se disuelve completamente en agua un polímero de base vinílica que contiene grupos catiónicos y que presenta un peso molecular de 25.000 o mayor, a concentraciones de 0,2 g/l (base activa) o superiores para producir un fluido de fase única que presenta una viscosidad Marsh Funnel (MVF) de 30 o superior. El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación o sondeo de pozos.

1d. En una cuarta forma de realización preferida, se disuelve completamente en agua un polímero aniónico que presenta una densidad de carga del 3% al 90% y un peso molecular de 100.000 o mayor, a concentraciones de 0,05 g/l (base activa) o superiores para producir un fluido de fase única que presenta una viscosidad Marsh Funnel (MVF) de 28 o superior. El fluido contiene materiales catiónicos (p.ej. poliamina) y puede contener asimismo otros aditivos, para una estructuración reológica. El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación, sondeo de pozos u otra aplicación industrial. El fluido se trata después de la preparación, ya sea en un recipiente, una excavación u otro modo in situ, con un hidróxido soluble, de tal manera que se hidrolizan grupos amida para formar grupos acrilato, tal como se evidencia por un aumento de la viscosidad.

1e. En una quinta forma de realización preferida, se disuelve completamente en agua un polímero aniónico que presenta una densidad de carga del 3% al 90% y un peso molecular de 100.000 o mayor, a concentraciones de 0,05 g/l (base activa) o superiores para producir un fluido de fase única que presenta una viscosidad Marsh Funnel (MVF) de 28 o superior. El fluido contiene materiales catiónicos (p.ej. poliamina) y puede contener asimismo otros aditivos, para una estructuración reológica. El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación, sondeo de pozos u otra aplicación industrial. El fluido se trata después de la preparación, ya sea en un recipiente, una excavación u otro modo in situ, con un hidróxido soluble, de tal manera que se hidrolizan grupos amida para formar grupos acrilato, tal como se evidencia por un aumento de la viscosidad. Después de dicha hidrólisis, se añade al sistema un agente regulador del pH tal como bicarbonato de sodio, un fosfato o un ácido para disminuir la velocidad o detener la hidrólisis del polímero.

1f. En una sexta forma de realización preferida, se disuelve completamente en agua un polímero aniónico que presenta un peso molecular de 25.000 o mayor, a concentraciones de 0,01 g/l (base activa) o superiores. Se añade un polielectrólito catiónico al fluido para proporcionar una estructuración reológica al fluido y producir un fluido de fase única que presenta una viscosidad Marsh Funnel (MVF) de 28 o superior y un perfil reológico que evidencia dicho efecto de estructuración. El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación, sondeo de pozos u otra aplicación industrial.

1g. En una séptima forma de realización preferida, se prepara un fluido acuoso de fase única según la reivindicación 1 ó 40, a partir de uno o más polímeros aniónicos, anfóteros y/o catiónicos en los que se utilizan agentes de regulación del pH y variaciones del pH para controlar la naturaleza estructural del (de los) polímero(s). El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación, sondeo de pozos u otra aplicación industrial.

1h. En una octava forma de realización preferida, se prepara un fluido acuoso de fase única según la reivindicación 1 ó 40, a partir de un polímero(s) anfótero(s) en el que están presentes especies catiónicas y aniónicas en forma de la misma estructura de copolímero que responde de manera diferente a condiciones de pH elevado y bajo en sistemas de copolímeros basados en una cadena principal vinílica. El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación y sondeo de pozos u otra aplicación industrial.

1i. En una novena forma de realización preferida, se prepara un fluido acuoso de fase única a partir de copolímeros modificados de forma hidrófoba, y se utilizan aminas de cadena larga para ajustar el pH a sistemas de copolímeros que contienen grupos de ácido carboxílico con una cadena principal acrílica. El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación, sondeo de pozos u otra aplicación industrial.

1j. En una décima forma de realización no reivindicada, se disuelve completamente en agua un polímero aniónico que presenta un peso molecular de 10.000 o mayor, a concentraciones de 0,1 g/l (base activa) o superiores para producir un fluido de fase única que presenta una viscosidad Marsh Funnel (MVF) de 28 o superior. El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación o sondeo de pozos en un entorno que hace que el fluido quede contaminado por agua del mar u otra fuente de cationes solubles, especialmente magnesio. Se añade hidróxido de sodio u otro hidróxido soluble, preferentemente en forma de una solución líquida y preferentemente con por lo menos el 25% de contenido de agente activo (peso/peso) (para proporcionar una densidad apreciablemente mayor que la del agua) en forma de un chorro directamente al fluido polimérico en la excavación y se deja que se sumerja hacia abajo, hacia la fuente de la contaminación. Se puede utilizar asimismo hidróxido seco o en forma de tabletas. El hidróxido reacciona con el magnesio o un catión similarmente reactivo para formar hidróxidos insolubles, eliminando el catión contaminante del sistema y permitiendo de este modo que el polímero se hidrate más completamente y desarrolle más viscosidad. Este efecto se puede acentuar en presencia de un exceso de hidróxido mediante hidrólisis in situ del polímero, especialmente una poliacrilamida, para producir más grupos carboxilo que se asocian con el agua disponible para ayudar al desarrollo o recuperación de viscosidad. Esta técnica puede permitir que se utilicen satisfactoriamente polímeros, tales como poliacrilamida, que son sensibles a los cationes divalentes en agua de mar y aguas salobres, para preparar y mantener fluidos viscosos para estabilización de tierras, de elevadas prestaciones cuando se excava en suelos saturados o en excavaciones que quedan expuestas a la entrada de dichas aguas.

1k. En una undécima forma de realización preferida, se añaden ésteres de metacrilato de alquilo (C_{1} a C_{20}) en copolímeros de cadena principal acrílica que contienen ya sea grupos aniónicos o grupos catiónicos, como agentes de estructuración reológicos a un fluido de excavación según la reivindicación 1 ó 40, que se basa en un polímero soluble en agua aniónico, catiónico o anfótero. Dichos materiales formarán regiones asociadas de forma hidrófoba, mientras que otras áreas del copolímero se alinean con superficies catiónicas o aniónicas de partículas, es decir, una función carboxilo con una cara catiónica de un mineral y de este modo un tipo amino catiónico (DADMAC por ejemplo) a una arista mineral aniónica. Funciones catiónicas y aniónicas pueden formar asimismo pares de iones así como mejorar una estructuración reológica o la formación de un retículo polimérico.

1l. En una duodécima forma de realización preferida, se pueden utilizar polisacáridos, gomas, biopolímeros y combinaciones de los mismos para ajustar la carga de viscosidad y la capacidad de elevación de un fluido según la reivindicación 1 ó 40, basado en otros polímeros de la invención, modificando la reología para desarrollar una estructura reológica mejorada.

1m. En una decimotercera forma de realización preferida, se dosifican polielectrólitos o polímeros catiónicamente cargados a fluidos según la reivindicación 1 ó 40, basados en polisacáridos eterificados aniónicos, gomas, biopolímeros y combinaciones de los mismos (p.ej. CMC, carboximetilalmidón, guar eterificado y xantano) para estructurar reológicamente el fluido. Un ejemplo es una poliamina añadida a un fluido basado en CMC.

2. Fluidos bifásicos o multifásicos ("Grumosos")

2a. En una decimocuarta forma de realización no reivindicada, se añade a agua un polímero de base vinílica o acrílica aniónico o anfótero que presenta un peso molecular de 50.000 o mayor y más preferentemente un millón o mayor, a concentraciones de 0,1 g/l (base activa) o superiores para producir un fluido que presenta una viscosidad Marsh Funnel (MFV) superior a 28. El fluido contiene algunas partículas parcialmente disueltas del polímero, es decir, el polímero no está totalmente disuelto en el fluido. El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación o sondeo de pozos, aunque una porción del polímero se encuentra en un estado parcialmente hidratado.

2b. En una decimoquinta forma de realización preferida, se dosifican polielectrólitos o polímeros catiónicamente cargados a fluidos según la reivindicación 1 ó 40, basados en polisacáridos eterificados aniónicos o anfóteros, gomas, biopolímeros y combinaciones de los mismos (p.ej. CMC, carboximetilalmidón, guar eterificado y xantano) para producir en el fluido masas o perlas discretas por interacción del aditivo catiónico con la fase continua aniónica o anfótera. Un ejemplo es una poliamina añadida a un fluido basado en CMC. El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación o sondeo de pozos.

2c. En una decimosexta forma de realización preferida, se formulan fluidos según la reivindicación 1 ó 40, basados en polisacáridos eterificados aniónicos o anfóteros, gomas, biopolímeros y combinaciones de los mismos (p.ej. CMC, carboximetilalmidón, guar eterificado y xantano) para que comprendan una fase continua de polímero disuelto o hidratado y asimismo una fase discontinua de masas parcialmente hidratadas o en fase de hidratación del polímero, es decir el polímero no está totalmente disuelto en el fluido. El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación o sondeo de pozos, aunque una porción del polímero se encuentra en un estado parcialmente hidratado.

2d. En una decimoséptima forma de realización preferida, se añade a agua un polímero aniónico de base acrílica que presenta una densidad de carga del 3% al 90% y un peso molecular de 100.000 o mayor, a concentraciones de 0,05 g/l (base activa) o superiores para producir un fluido que presenta una viscosidad Marsh Funnel (MVF) de 28 o superior. El fluido contiene materiales catiónicos (p.ej. poliamina) y puede contener asimismo otros aditivos para una estructuración reológica. El fluido contiene algunas partículas parcialmente disueltas del polímero, es decir el polímero no está totalmente disuelto en el fluido. El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación o sondeo de pozos, aunque una porción del polímero se encuentra en un estado parcialmente hidratado. El fluido se puede tratar después de la preparación, ya sea en un recipiente, una excavación u otro modo in situ, con un hidróxido soluble, de tal modo que se hidrolizan grupos amida para formar grupos acrilato, tal como se evidencia por un aumento de la viscosidad.

2e. En una decimoctava forma de realización preferida, se añade a agua un polímero aniónico de base acrílica que presenta una densidad de carga del 3% al 90% y un peso molecular de 100.000 o mayor, a concentraciones de 0,05 g/l (base activa) o superiores para producir un fluido que presenta una viscosidad Marsh Funnel (MVF) de 28 o superior. El fluido contiene materiales catiónicos (p.ej. poliamina) y puede contener asimismo otros aditivos para una estructuración reológica. El fluido contiene algunas partículas parcialmente disueltas del polímero, es decir el polímero no está totalmente disuelto en el fluido. El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación o sondeo de pozos, aunque una porción del polímero se encuentra en un estado parcialmente hidratado. El fluido se puede tratar después de la preparación, ya sea en un recipiente, una excavación u otro modo in situ, con un hidróxido, de tal modo que se hidrolizan grupos amida para formar grupos acrilato, tal como se evidencia por un aumento de la viscosidad. Después de dicha hidrólisis, se añade al sistema un agente regulador del pH, tal como bicarbonato de sodio, un fosfato o un ácido para disminuir la velocidad o detener la hidrólisis del polímero.

2f. En una decimonovena forma de realización preferida, se disuelve completamente en agua un polímero aniónico de base acrílica que presenta densidad de carga del 3% al 90% y un peso molecular de 50.000 o mayor, a concentraciones de 0,05 g/l (base activa) o superiores para producir un fluido de fase única que presenta una viscosidad Marsh Funnel (MVF) de 28 o superior. El fluido se trata con un polielectrólito catiónico (p.ej. una poliamina) que reacciona con la fase continua aniónica para producir en el fluido masas o perlas discretas. El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación o sondeo de pozos.

2g. En una vigésima forma de realización preferida, se añade a agua un polímero aniónico de base acrílica que presenta una densidad de carga del 5% al 95% y un peso molecular de un millón o mayor, a concentraciones de 0,1 g/l (base activa) o superiores para producir un fluido que presenta una viscosidad Marsh Funnel (MVF) superior a 28. El fluido contiene algunas partículas de polímero parcialmente disueltas, es decir el polímero no está totalmente disuelto en el fluido. El fluido se trata con un polielectrólito catiónico (p.ej. una poliamina) que reacciona con la fase continua aniónica y con las masas o perlas parcialmente disueltas de polímero aniónico de base acrílica para producir en el fluido masas o perlas discretas. El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación o sondeo de pozos.

2h. En una vigésimo primera forma de realización preferida, se disuelve completamente en agua un polímero aniónico de base acrílica que presenta una densidad de carga del 3% al 90% y un peso molecular de 50.000 o mayor, a concentraciones de 0,05 g/l (base activa) o superiores para producir un fluido de fase única que presenta una viscosidad Marsh Funnel (MVF) de 28 o superior. El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación o sondeo de pozos. El fluido se trata con un material catiónico (p.ej. una poliamina) que reacciona con la fase continua aniónica y con partículas suspendidas de sólidos de tierra para aglomerar o complejar los sólidos de tierra para formar masas o retículos que se sedimentan más fácilmente por gravedad o que se pueden extraer de la excavación por adherencia a las herramientas de excavación.

2i. En una vigésimo segunda forma de realización preferida, se añade a agua un polímero aniónico de base acrílica que presenta una densidad de carga del 5% al 95% y un peso molecular de un millón o mayor, a concentraciones de 0,1 g/l (base activa) o superiores para producir un fluido que presenta una viscosidad Marsh Funnel (MVF) superior a 28. El fluido contiene algunas partículas parcialmente disueltas de polímero, es decir el polímero no está totalmente disuelto en el fluido. El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación o sondeo de pozos. El fluido se trata con un polielectrólito catiónico (p.ej. una poliamina) que reacciona con la fase continua aniónica, con las masas o perlas parcialmente disueltas de polímero aniónico de base acrílica, y con partículas suspendidas de sólidos de tierra para aglomerar o complejar los sólidos de tierra para formar masas o retículos que se sedimentan más fácilmente o que se pueden extraer de la excavación por adherencia a las herramientas de excavación.

2j. En una vigésimo tercera forma de realización preferida, se añade a agua un polímero aniónico de base acrílica que presenta una densidad de carga del 5% al 95% y un peso molecular de un millón o mayor, a concentraciones de 0,1 g/l (base activa) o superiores para producir un fluido que presenta una viscosidad Marsh Funnel (MVF) superior a 28. El fluido contiene algunas partículas parcialmente disueltas del polímero, es decir el polímero no está totalmente disuelto en el fluido. El fluido se utiliza para operaciones de excavación, perforación o sondeo de pozos. El fluido se trata con un material catiónico (p.ej. una poliamina) que reacciona con la fase continua aniónica y con las masas o perlas parcialmente disueltas de polímero aniónico de base acrílica, añadiendo una estructura reológica al fluido.

2k. También dentro del alcance de la presente invención se encuentra la utilización de otros polímero aniónicos, tales como polisacáridos eterificados, gomas, biopolímeros y combinaciones de los mismos (p.ej. CMC, carboximetilalmidón, guar eterificado y xantano) como sustitutos del polímero de base acrílica en las formas de realización 2g, 2h, 2i y 2j anteriormente mencionadas.

La presente invención comprende un procedimiento para la formulación y utilización de fluidos para estabilización de tierras basados en polímeros o que contienen polímeros, que son capaces de algunas o todas las siguientes funciones: controlar la pérdida de fluido, estabilizar la formación que se esta excavando, mejorar la carga y extracción de tierra mediante las herramientas de excavación, y permitir el desarrollo de elevados coeficientes de rozamiento de hormigón a formación. Los procedimientos se pueden utilizar en operaciones de construcciones subterráneas, excavaciones y sondeo de pozos, en las que se utiliza un fluido para estabilización de tierras o un fluido de perforación en un pozo de sondeo, un túnel, una zanja u otra excavación vertical, angulada u horizontal.

Aunque se han descrito en la presente memoria formas de realización de los materiales con detalles particulares, se deberá entender que la presente invención no está restringida a dichos detalles de la forma de realización preferida. Son posibles muchos cambios en el diseño, configuración y dimensiones sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención.

Ejemplos

Ejemplo de laboratorio nº uno

En un estudio llevado a cabo en la Universidad de Houston, se compararon varios materiales de suspensiones para determinar su capacidad para estabilizar excavaciones para pilotes modelo perforadas en arena de baja cohesión durante periodos de tiempo de 30 minutos, 4 horas y 24 horas antes de que se vertiera el hormigón. Además, el estudio se centró sobre la calidad y geometría de los pilotes modelo de hormigón terminados moldeados in situ y sobre el grado de cizallamiento de carga perimetral desarrollado por el pilote después del fraguado. Los materiales ensayados comprendieron (1) Super Mud^{TM}, una emulsión estándar industrial de poliacrilamida aniónica al 30% con un contenido de polímero activo de aproximadamente el 30% (un producto de Polymer Drilling Systems, Co.); (2) Attapulgita, un mineral de arcilla tratado; (3) Bentonita, un mineral de arcilla tratado; (4) SlurryPro® CDP^{TM}, un polímero sintético "vinílico seco" utilizado en la presente invención, y (5) SlurryPro® LSC^{TM}, una emulsión basada en un polímero sintético vinílico utilizado en la presente invención. Los polímeros SlurryPro® (4 y 5) son productos comerciales de KB Technologies Ltd. ("KB"). KB especificó que sus polímeros SlurryPro se mezclaran en condiciones de bajo cizallamiento utilizando un mezclador tipo Lightnin'® con un impulsor de paletas girando a una velocidad de 500 rpm durante 20 minutos. KB informó asimismo de que la dosificación preferida recomendada para unas prestaciones globales óptimas era de 1 gramo de polímero activo por cada litro de agua y sugirió ensayos con 2 gramos de polímero activo por cada litro de agua también para aumentar la cohesión en las paredes laterales de la excavación y el desarrollo de un vehículo de transferencia de presión. Como una dosificación en el peor de los casos, para observar los efectos de lo que KB pensaba que sería una dosificación insuficiente de polímero, se ensayó asimismo una concentración de 0,5 g/l. El distribuidor principal de poliacrilamida a la industria de construcción de cimientos de los EE.UU. aconsejó a la Universidad de Houston que mezclara su producto, Super Mud^{TM} en un mezclador de alta velocidad Hamilton Beach durante 30 minutos con una dosificación de 1 parte de polímero en emulsión por 800 partes de agua o aproximadamente 0,375 gramos de polímero activo por litro. Esta es la proporción de dosificación estándar recomendada por el distribuidor del polímero para virtualmente todas las aplicaciones, excepto para arena y grava secas. Basándose en las dosis de polímero muy superiores recomendadas por KB para este programa de ensayos, y deseando observar los efectos de dosis de Super Mud superiores a las recomendadas por su distribuidor, la Universidad de Houston ensayó asimismo dicha poliacrilamida en emulsión con una dosificación de dos veces y cuatro veces la recomendada por el distribuidor (0,75 y 1,5 g/l de base activa, o 1/400 y 1/200 v/v tal como se distribuye) para una comparación. La representación gráfica adjunta de la Figura 7 muestra los resultados de la viscosidad Marsh Funnel obtenidos por la universidad de Houston. Dichos datos ilustran la incapacidad de la policrilamida en emulsión convencional para desarrollar viscosidades superiores a 43 segundos por cuarto de galón, incluso con dosificaciones muy elevadas cuando
se utiliza según la técnica anterior del distribuidor del producto, lo cual representaba el estado de la técnica.

Después de que se hubieron preparado los cuatro tipos de suspensión anteriormente descritos, se utilizó una sonda modelo para perforar pozos con las emulsiones en un suelo arenoso contenido en una celda triaxial. Se construyó y se ensayó un mínimo de tres pilotes modelo por cada variable (tipo de suspensión, concentración de la suspensión y duración del tiempo de exposición antes de verter el hormigón). Las figuras 5, 6 y 8 muestran el grado de cizallamiento de carga perimetral desarrollado frente a la dosificación y tiempo de la excavación sin rellenar. Esta información indica claramente que la viscosidad es muy importante, como lo es la estructuración o adherencia de polímero/suelo en la paredes laterales de la excavación para una estabilización a largo plazo y un desarrollo de cizallamiento de carga perimetral mejorado. De todo el material ensayado, los polímeros SlurryPro de KB superaron apreciablemente las prestaciones de todos los otros tipos de suspensión, tanto en la estabilización de la excavación como en el desarrollo de cizallamiento de carga perimetral. Quizás la información más importante que surgió de este programa de investigación consistió en el hecho de que las suspensiones de poliacrilamida, cuando se utilizan según la práctica estándar recomendada del estado de la técnica, produjo malos resultados en términos de estabilizar las excavaciones, controlar la pérdida de fluido, producir pilotes moldeados in situ geométricamente correctos y permitir el desarrollo de un cizallamiento de carga perimetral elevado. Únicamente cuando se utilizó la poliacrilamida en una proporción de dosificación del 200% al 400% de las recomendadas en la técnica anterior se aproximó a las prestaciones de los polímeros y procedimientos más modernos de las tecnologías de KB tal como se describen en la presente patente. La conclusión que se puede extraer consiste en que las poliarilamidas se estaban utilizando en concentraciones y viscosidades insuficientes en la técnica anterior.

Se puede encontrar una información más extensa en la publicación del Department of Civil Engineering de la universidad de Houston nº UHCE 93-1 titulada, Effect of Mineral and Polymer Slurries on Perimeter Load Transfer in Drilled Shafts, publicada en enero de 1993.

Ejemplo de laboratorio nº dos

Se llevó a cabo un estudio de pérdida de fluido utilizando una celda de filtración con una capacidad de 500 cm^{3} en la que se podía controlar la presión interna y en la que se utilizó un disco de aloxita granular aglomerada intercambiable, calibrada para grados de permeabilidad Darcy específicos (p.ej. 20 darcios, 50 darcios y 110 darcios). Se especificaron asimismo diámetros medios de poros nominales para algunos de los discos (p.ej. 60 micrómetros para los discos de 20 darcios). En este estudio, se compararon suspensiones de polímeros que contenían una fase continua y otra discontinua, con suspensiones de polímeros con únicamente una fase continua y con suspensiones de bentonita a una presión de carga de o bien 5 psi ó 10 psi.

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Producto	CDP	CDP	Super-Mud	Bentonita	CDP	LSC	CDP
Dosificación de	1,0 g/l	1,0 g/l	1,0 g/l	5,0 g/l	1,0 g/l	1,0 g/l	1,0 g/l
producto activo
Tiempo de	20	10	20	24	10	20	10
mezcla	minutos	minutos	minutos	Horas	minutos	minutos	minutos
Aditivos	Ninguno	Ninguno	Ninguno	Sosa	Poliamina	Ninguno	PoliDADMAC
				caustica	catiónica		catiónico
				para pH 10,0	0,1 g/l		0,1 g/l
MFV	50 seg	48 seg	43 seg	33 seg	56 seg	52 seg	54 seg
PSI	10	10	10	10	10	10	10
Permeabilidad	50	50	50	50	50	50	50
Darcy
Velocidad de	1.000	1.000	1.000	Multimez-	1.000	1.000	1.000
mezcla rpm	Geles	Geles	Geles	clador	Geles	Geles	Geles
	ausentes	presentes	ausentes	10.000	presentes	ausentes	presentes
Tiempo
Minutos (ml)
1,0	50	12	69	10	8	48	9
2,0	78	21	135	16	14	75	16
3,0	121	25	205	22	21	116	23
4,0	163	30	270	27	25	155	26
5,0	205	33	329	32	30	198	31
6,0	249	36	BO	35	34	238	36

(Continuación)

Producto	CDP	CDP	Super-Mud	Bentonita	CDP	LSC	CDP
Tiempo
Minutos (ml)
7,0	283	40		38	37	270	39
8,0	338	43		41	40	319	42
9,0	385	46		43	43	367	44
10,0	430	49		45	46	404	48
12,5	BO	56		51	49	441	52
15,0		63		57	53	BO	56
17,5		69		62	56		59
20,0		76		68	60		63
22,5		80		74	64		68
25,0		83		79	65		73
27,5		87		82	68		78
30,0		90		86	71		83
35,0		96		89	79		90
40,0		99		98	88		99
50,0		108		110	108		105

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Producto	CDP	CDP	Super-Mud	CDP	CDP	CDP	CDP
Dosificación de	2,0 g/l	2,0 g/l	0,375 g/l	1,0 g/l	1,0 g/l	1,0 g/l	1,0 g/l
agente activo
Tiempo de	20	10	20	10	10	10	10
mezcla	minutos	minutos	minutos	minutos	minutos	minutos	minutos
Aditivos	Ninguno	Ninguno	Ninguno	Poliamina	Poli-	Poli-	Poli-
				catiónica	acrilamida	DADMAC	acrilamida
				0,2 g/l	catiónica	0,2 g/l	catiónico
					80% 0,15 g/l		0,2 g/l
MFV	101 seg	89 seg	33 seg	76 seg	58 seg	70 seg	53 seg
PSI	10	10	10	10	10	10	10
Permeabilidad	50	50	50	50	50	50	50
Darcy
Velocidad de	1.000	1.000	1.000	1000	1.000	1.000	1.000
mezcla rpm	Geles	Geles	Geles	Geles	Geles	Geles	Geles
	ausentes	presentes	ausentes	presentes	presentes	ausentes	presentes

(Continuación)

Producto	CDP	CDP	Super-Mud	CDP	CDP	CDP	CDP
Tiempo
Minutos (ml)
1,0	21	7	103	6	9	11	10
2,0	40	11	221	10	17	21	19
3,0	62	16	338	15	24	27	25
4,0	83	21	451	20	29	33	31
5,0	101	25	BO	24	34	39	34
6,0	123	29		29	40	46	39
7,0	145	33		32	45	54	43
8,0	167	37		36	51	61	46
9,0	189	40		39	55	68	48
10,0	205	42		42	59	77	50
12,5	229	44		44	63	83	52
15,0	251	46		45	67	89	54
17,5	274	47		47	71	94	55
20,0	299	49		49	76	98	58
22,5	321	51		51	80	103	60
25,0	344	53		52	84	106	62
27,5	369	55		53	85	109	63
30,0	392	58		54	89	112	65
35,0	453	64		59	92	115	69
40,0	BO	70		64	95	118	74
50,0		75		68	98	121	77

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Ejemplo de laboratorio nº 3

Se llevó a cabo un estudio de extracción de sólidos utilizando suspensiones poliméricas contaminadas con suelo de Houston tomado del exterior del laboratorio. Cada suspensión se preparó mezclando en un mezclador Lightnin' con un impulsor del tipo de paletas. Se añadió en primer lugar un litro de agua al vaso con pico y se agitó a una velocidad de 500 rpm. Al agua se añadieron y dispersaron 40 gramos de suelo de Houston. A dicha mezcla de agua y suelo se añadieron 0,3, 0,6, 1,0 y 1,5 gramos de polímero SlurryPro® CDP^{TM} y Super Mud® sobre una base en peso de agente activo y se dejó que se mezclaran durante 30 minutos. Después de mezclarse durante 30 minutos, las suspensiones contaminadas con suelo se transfirieron a probetas graduadas con una capacidad de 2,0 litros. A la probeta graduada se añadieron poliamina, poliacrilamida en forma de una emulsión Quick Floc^{TM} de la Polymer Drilling Systems Company, y polyDADMAC. La poliamina y la polyDADMAC se diluyeron para formar soluciones del cinco por ciento. La Quick Flock se añadió según las instrucciones del distribuidor, directamente a la suspensión en forma concentrada. En todas las muestras con viscosidades Marsh Funnel que excedían de 45 segundos por cuarto de galón, la poliacrilamida Quick Floc no produjo una floculación perceptible incluso a dosis elevadas. Las dosificaciones utilizadas variaron de 0,5 cm^{3} a 10,0 cm^{3}. El Quick Floc trabajó mejor sobre las muestras de suspensión con viscosidades MF inferiores a 40 segundos por cuarto de galón. Adiciones comprendidas entre 1,5 cm^{3} y 5,0 cm^{3} por litro produjeron pequeños aglomerados de baja densidad, sueltos o esponjosos que eran difíciles de extraer de la suspensión con una cuchara. Quedaron cantidades importantes de sólidos en la suspensión después de varios intentos de recoger el material floculado con una cuchara.

Las soluciones de poliamina y polyDADMAC trabajaron en todos los casos con cada tipo de suspensión de polímero. Una preocupación observada con las suspensiones de polímero preparadas con bajas dosis de polímero consistió en que la adición de dichos dos materiales (poliamina o polyDADMAC) redujo apreciablemente la viscosidad MF. Sin embargo, en las muestras con 1,0 y 1,5 gramos de polímero, los dos polímeros catiónicos en solución fueron muy eficaces al limpiar virtualmente todos los sólidos arrastrados de cada suspensión con poca o ninguna influencia sobre la bascosidad Marsh Funnel. Las dosificaciones utilizadas variaron de 0,5 cm^{3} a 10,0 cm^{3} de las soluciones al 5% de fluido polimérico. Adiciones comprendidas entre 2,0 cm^{3} y 5,0 cm^{3} parecieron trabajar mejor en los fluidos con una viscosidad superior. El suelo arrastrado se unió muy rápidamente a la estructura del polímero catiónico/aniónico, formando una masa continua de suelo aglomerado que se extrajo fácilmente de la suspensión con una cuchara. El aglomerado de polímero/suelo demostró realmente una fuerte tendencia a envolver y unirse alrededor de la cuchara en forma de una gran masa a medida que se hacía girar la cuchara. Todas las suspensiones tratadas con la poliamina y la polyDADMAC se limpiaron completamente de tierra arrastrada con una a tres pasadas de la cuchara.

Ejemplo de campo nº uno

Una suspensión de polímero granular soluble en agua utilizado en la presente invención se probó en un ensayo de campo en Seattle, Washington. El ensayo de campo consistió en perforaciones para más de viente pilotes montantes para el cimiento de un edificio. El nuevo polímero seco demostró muy buenas prestaciones en comparación con un polímero en emulsión estándar industrial de fase continua aceitosa con una densidad de carga media aniónica del 30%, que se había utilizado anteriormente y que presentó ventajas para controlar la pérdida de fluido al pozo de sondeo, limpiar el pozo y cargar la sonda, simplificar la manipulación y adición del polímero, aumentar la eficacia del sondado y reducir el desperdicio de polímero y el impacto medioambiental. Esta aplicación inicial del polímero fue satisfactoria e indica que el nuevo polímero seco puede ser una nueva herramienta valiosa para la industria de perforaciones para cimientos.

Se proporcionaron pequeñas cantidades de un polímero granular seco utilizado en la presente invención, CDP sólido, (ahora denominado comercialmente SlurryPro CDP) y un análogo en emulsión líquida de la presente invención, CDP Liquid. De catorce pozos para pilotes montantes, nueve se perforaron con el nuevo polímero sólido, CDP Solid, tres se perforaron con el análogo líquido, CDP Liquid y dos se perforaron con el polímero en emulsión PHPA estándar industrial con una carga aniónica del 30%.

Los pozos para pilotes montantes perforados con suspensiones preparadas a partir de los tres polímeros diferentes presentaron diámetros que variaron de 30 pulgadas a 42 pulgadas y una profundidad de 28 pies a 42 pies. La formación era de aluvión glaciárico, mal clasificado, con depósitos de arena, capas de arena limosa y arcillosa, y limo arenoso con guijarros y grava. Se encontró agua a diversas profundidades en el interior de los pozos de sondeo y en algunos pozos se encontraron fuertes corrientes de agua. Un pozo consistió en un nuevo sondeo o rectificación de un pozo de extracción de agua anteriormente perforado en la propiedad para ayudar a reducir la capa de agua freática en el
lugar.

El ensayo competitivo mostró que los polímeros utilizados en la presente invención presentaban ventajas sobre el polímero en emulsión convencional, demostrando la forma seca utilizada en la presente invención ventajas en cuanto a facilidad de utilización. Las ventajas incluían: un superior control de la pérdida de fluido al pozo de sondeo; una mayor facilidad de utilización para el personal de sondeo; una necesidad de producto reducida [sustituyendo el polímero seco al polímero en emulsión convencional sobre una base de 1:6]; un desperdicio reducido; una velocidad de penetración aumentada; una carga cohesiva mejorada de sólidos de tierra perforados sobre la herramienta de excavación y una contaminación medioambiental reducida.

Ejemplo de campo nº dos

En el mismo ensayo de campo en Seattle, Washington anteriormente descrito, tres de los más de veinte pozos para pilotes montantes se perforaron con un polímero PHPA en emulsión estándar industrial convencional de fase continua aceitosa con una densidad de carga media aniónica del 30% (vendido comercialmente con el nombre de Super Mud^{a}), y otros tres se perforaron con CDP Liquid (ahora denominado comercialmente SlurryPro LSC). El SlurryPro LSC demostró capacidades de desarrollo de viscosidad apreciablemente mejores que el polímero en emulsión convencional. Dosis iguales de cada polímero en la proporción de una parte de polímero por 200 partes de agua proporcionaron las siguientes viscosidades Marsh Funnel:

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SlurryPro LSC

\dotl

64 s/cuarto de galón

Polímero convencional

\dotl

42 s/cuarto de galón

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Se añadió a continuación una parte adicional de polímero a 400 partes de una suspensión de polímero como la anteriormente preparada. Se mezclaron las suspensiones durante treinta minutos y se obtuvieron las siguientes viscosidades Marsh Funnel:

SlurryPro LSC

\dotl

88 s/cuarto de galón

Polímero convencional

\dotl

53 s/cuarto de galón

Al perforar dichos seis pozos con las suspensiones de viscosidad superior no fue posible mantener sólidos sobre una sonda con el polímero PHPA en emulsión convencional y hubo que utilizar una cuchara perforadora. Con cada uno de los tres pozos con SlurryPro LSC se perforó satisfactoriamente utilizando una sonda. La sonda se cargó completamente con sólidos de tierra después de cada toma con la cuchara. Adicionalmente, los pozos con LSC consumieron menos cantidad sobrante de hormigón frente a los pozos con polímero PHPA en emulsión. Dicha diferencia de exceso de hormigón promedió el nueve por ciento en los pozos con LSC en comparación con un promedio del 17,5 por ciento en los pozos con polímero PHPA en emulsión. Esto indicó que el LSC estaba produciendo un pozo más estable debido a la matriz de suelo/polímero que se estaba formando en la pared lateral de la excavación. La capacidad aumentada para aglutinación de tierra del LSC con dicha viscosidad superior se demostró asimismo por medio de la utilización satisfactoria de la sonda para completar las tres excavaciones.

Ejemplo de campo nº tres

En un ensayo de campo llevado a cabo en Owensboro, KY, el Kentucky Transportation Cabinet y la FHWA permitieron y supervisaron todos los ensayos para KB Technologies para construir dos pozos perforados idénticos (pilotes de hormigón moldeados in situ) en el mismo lugar. En dichos pozos, se midieron los diámetros internos y se ensayaron para determinar la carga. El primer pozo se perforó utilizando CDP con una viscosidad media de 40. El segundo pozo se perforó utilizando CDP con una viscosidad media de 55. La formación consistía en una pizarra sometida a la acción de la intemperie muy sensible al agua. Tanto las mediciones del diámetro interno como los ensayos de carga mostraron claramente las ventajas de la viscosidad aumentada y la concentración de polímero utilizadas en el segundo pozo. El pozo perforado con el fluido de viscosidad superior presenta una estabilidad de las paredes laterales y un aforo apreciablemente mejorados, tal como se observa en las mediciones del diámetro interno, y resultados del cizallamiento de carga perimetral apreciablemente superiores, tal como se observa en los ensayos de carga. Los resultados de los ensayos llevados a cabo están representados gráficamente en las Figuras 9, 10 y 19 de la presente solicitud.

Ejemplo de campo nº cuatro

En un estudio de campo llevado a cabo en la instalación de tratamiento de desechos de Hyperion Waste Treatment en Los Ángeles, California, un contratista perforó más de 100 pozos para pilotes montantes utilizando el polímero PHPA en emulsión convencional (Super Mud). Posteriormente, se perforaron más de 60 pozos en el mismo lugar utilizando SlurryPro CDP. Las condiciones del suelo fueron arena sin cohesión con la capa de agua freática a menos de aproximadamente 40 pies. El lugar se encontraba a unos cuantos centenares de yardas del Océano Pacífico, lo cual hacía salobre al agua subterránea. En los aproximadamente 100 pozos perforados con el polímero PHPA en emulsión convencional, tuvieron lugar proporciones de pérdida de fluido muy elevadas, con problemas correspondientes de una mala estabilidad de los pozos de sondeo. Cada pozo perforado requirió aproximadamente 5,7 veces su volumen nominal de suspensión, ya que la suspensión de polímero se infiltraba en la arena suelta en proporciones elevadas durante todo el procedimiento de perforación. El contratista decidió utilizar fluidos formulados con SlurryPro CDP según las técnicas de KB Technologies para el resto del proyecto, en un intento de mejorar la productividad y las prestaciones. Durante el periodo de tiempo de excavación con el polímero PHPA en emulsión convencional, el contratista afrontó importantes excesos de hormigón así como varios pozos desplomados. El contratista estuvo operando con la suspensión a una viscosidad Marsh Funnel de aproximadamente 48 y una dosificación del polímero con una proporción de una parte de PHPA por 200 partes de agua. El polímero se mezcló previamente con el agua utilizando un eductor del tipo "cañón de chorro" proporcionado por el distribuidor de PHPA. Este reducido desarrollo de viscosidad indicaba que el agua salada estaba impidiendo el desarrollo de viscosidad del polímero PHPA. Todos los pozos con polímero PHPA hubieron
de ser perforados con cucharas excavadoras, en lugar de una sonda, ya que la arena no permanecería en la sonda.

Cuando el contratista cambió a la suspensión SlurryPro CDP, se aumentó la viscosidad Marsh Funnel a aproximadamente 95 segundos y se utilizó satisfactoriamente una sonda para excavar los pozos. El polímero CDP se añadió directamente a la boca de la excavación en una corriente de agua. Las cargas de la sonda eran pesadas y en la mayoría de las extracciones de arena excavada, únicamente unos pocos milímetros de la parte exterior estaban invadidos por la suspensión. En el interior de la capa exterior de polímero/suelo, la arena estaba seca o humedecida por agua de origen natural. Además de las velocidades de excavación mejoradas en comparación con los pozos perforados con la suspensión de polímero PHPA convencional, la pérdida de fluido se redujo apreciablemente. Las necesidades de fluido de excavación se redujeron de 5,7 volúmenes de pozo por pozo a 1,4 volúmenes de pozo, y se mejoró en gran medida la estabilidad del pozo. Esto fue el resultado directo de la viscosidad aumentada de la suspensión de CDP y que las masas de gel y el fluido polimérico de viscosidad elevada taponaron eficazmente las paredes laterales de la excavación y establecieron una zona permeabilizada de reducida conductividad hidráulica en la interfase de suelo/excavación, es decir, una zona de transferencia de presión. El consumo de hormigón se redujo asimismo apreciablemente en los pozos con CDP a aproximadamente el diez por ciento del aforo nominal.

Ejemplo de campo nº cinco

En un estudio de campo llevado a cabo en el lugar Mission Valley Viaduct en San Diego, CA bajo la dirección de Caltrans, se construyeron varios pilotes en pozos perforados para una cimentación. Las condiciones del suelo pasaban de arena/limo de baja cohesión a arena sin cohesión a guijarros/arena a arena/arcilla. El pozo se comenzó con un fluido SlurryPro CDP con una viscosidad Marsh Funnel media de 75 segundos por cuarto de galón. El pH de la suspensión era de aproximadamente 7,0, tal como se midió con tiras de pH colorimétricas. Se utilizó una sonda para perforar el pozo de sondeo. A una profundidad de aproximadamente 42 pies se penetró una capa de guijarros/arena saturada de agua. A una profundidad de 42 a 45 pies la carga de tierra sobre la sonda se redujo apreciablemente y era más húmeda. Era evidente a simple vista que la viscosidad de la suspensión se había degradado apreciablemente. Se tomó una muestra de la suspensión desde una profundidad de 44 pies. La viscosidad Marsh Funnel de la muestra se había reducido a 36 segundos por cuarto de galón. Ensayos de dureza para determinar calcio y magnesio confirmaron que el agua era muy dura, ya que las dos lecturas excedían de 1.000 ppm. Se comprobaron a continuación los cloruros y se encontró que estaban por encima de 10.000 ppm. Esto indicaba que se trataba de una capa de agua freática salada. La excavación presentó un diámetro de 48 pulgadas y una profundidad de aproximadamente 45 pies. Se añadió un bidón de cinco galones de una solución de hidróxido de sodio al 50% directamente a la excavación y la suspensión en la excavación se agitó utilizando una sonda. Se volvió a comprobar el pH y se encontró que era de aproximadamente 11,0 utilizando tiras de pH colorimétricas. Después de dos a tres minutos de haber añadido la sosa cáustica, la viscosidad de la suspensión se había recuperado apreciablemente y se encontraba en ese momento a una viscosidad Marsh Funnel de 71 segundos por cuarto de galón. Se añadieron a continuación 150 libras de bicarbonato de sodio para regular el pH del sistema así como para secuestrar cualquier cantidad de calcio residual. Después de la adición del bicarbonato, el pH se redujo a 10,0 y la viscosidad aumentó a 81 segundos por cuarto de galón. Esta recuperación de la viscosidad de la suspensión sin la adición de ninguna cantidad adicional de SlurryPro CDP directamente indica que la utilización de grupos hidroxilo, no solamente secuestró cualquier cantidad de cationes libres presentes, sino que indica también que los grupos hidroxilo extraerán cationes de los grupos carboxilo liberándolos para su reutilización e hidrolizarán asimismo grupos amida existentes in situ para formar grupos carboxilo. Esta hidrólisis se detiene mediante la adición, ya sea de un ácido débil o más preferentemente mediante la adición de bicarbonato de sodio que (1) neutraliza el exceso de grupos hidroxilo para formar agua y (2) precipita cualquier cantidad de calcio libre por debajo de un pH de 10,7 a medida que es liberado de la forma hidroxilada. Este mismo enfoque se aplicó a todos los subsiguientes pozos con un éxito completo.

Ejemplo de campo nº seis

Se llevó a cabo un estudio de campo en la autopista 10 y en el lugar de la estación de policía en Nueva Orleans, LA bajo la dirección del Louisiana Department of Transportation y la FHWA. Se construyó un único pilote de ensayo y se ensayó para determinar la carga utilizando SlurryPro CDP. Las condiciones del suelo fueron arena sin cohesión con fragmentos de conchas marinas calcáreas a una profundidad de aproximadamente 32 pies seguido de arcilla/arena marinas. La capa de agua freática se encontraba a cuatro pies por debajo de la superficie. El agua de aportación era blanda y de buena calidad, que consistía en agua potable municipal. La excavación (un diámetro de aproximadamente 36 pulgadas se comenzó añadiéndose agua y SlurryPro CDP directamente a la excavación. A una profundidad de diez pies se tomaron las primeras muestras para ensayos de dureza y salinidad, que mostraron niveles elevados de calcio (superiores a 700 ppm) y cantidades importantes de hierro libre (superiores a 250 ppm). Esto indicaba que el agua subterránea estaba contaminada con dichos elementos. El pH de la suspensión en la excavación era de 6,5. La viscosidad Marsh Funnel del fluido de la excavación era de 51 segundos por cuarto de galón a una proporción de dosificación de 1,5 kilos por metro cúbico (1,5 g/l). Ésta se encontraba muy por debajo de la viscosidad esperada con dicha dosificación, y el déficit de viscosidad se atribuyó a la contaminación por calcio y hierro del agua subterránea. Se añadieron aproximadamente 300 mililitros (ml) de una solución de hidróxido de sodio al 50% a los aproximadamente 500 galones de suspensión en el pozo, y la suspensión se mezcló con la sonda, elevando el pH a 11,5. Después de unos pocos minutos, se añadieron 20 libras de bicarbonato de sodio (1) para neutralizar cualquier cantidad de grupos hidroxilo remanentes, reducir el pH y detener la hidrólisis de grupos amida para formar grupos carboxilo y (2) para precipitar cualquier cantidad de calcio libre presente a medida que se reducía el pH. La viscosidad de la suspensión saltó de 51 segundos por cuarto de galón a 83 segundos por cuarto de galón, confirmando la revitalización de grupos carboxilo mediante dicho tratamiento. Se añadieron intermitentemente sosa cáustica y bicarbonato durante todo el procedimiento de excavación para asegurar que se secuestraba o se precipitaba toda la dureza y para hidrolizar grupos amida y/o reactivar grupos carboxilo cargados de contaminantes para maximizar la viscosidad del polímero. Se utilizó SlurryPro CDP en una proporción de 1,3 kilos por metro cúbico, con una viscosidad Marsh Funnel media de 96 segundos por cuarto de galón durante el resto de la excavación. El pozo se perforó a una profundidad total de aproximadamente 60 pies.

El pozo se hubo de mantener durante una noche debido a que el equipo para el ensayo de carga no llegó el primer día. La viscosidad se elevó a 112 segundos por cuarto de galón dejando el pozo durante la noche. Al regresar a la mañana siguiente, el pozo era muy estable y la pérdida de fluido durante la noche había sido únicamente de aproximadamente dos pies verticales. La profundidad de la excavación se encontraba en el mismo punto que el día anterior, lo cual indicaba una estabilidad perfecta del pozo sin ningún desprendimiento ni derrumbe. Se hicieron pasadas de limpieza y se tomaron a continuación muestras del pozo a partir del fondo. Se determinó por ensayo que la suspensión presentaba una viscosidad de 113 segundos por cuarto de galón y el contenido de arena era aproximadamente del uno por ciento. Se introdujo seguidamente hormigón a través de la suspensión y se observó una interfase muy limpia a mediada que el hormigón ascendía a la superficie. El consumo de hormigón fue únicamente del 6% sobre el volumen teórico, lo cual indicaba un pozo con el aforo previsto. Los ensayos de carga indicaron que el pilote sobrepasaba apreciablemente los resultados esperados de cizallamiento de carga perimetral, lo cual indicaba que el pilote presentaba una capacidad de carga apreciablemente superior a las de los pilotes construidos en pozos perforados con bentonita o la PHPA en emulsión convencional.

Ejemplo de campo nº siete

En un estudio de campo llevado a cabo en una lugar de una línea de alta tensión en Ocala, FL bajo la dirección de Ocala Power & Lighting, se construyeron dos pozos con un diámetro de 108 pulgadas. Un pozo se comenzó con el polímero PHPA en emulsión convencional. A una profundidad de 21 pies se determinó que el pozo era inestable y la compañía de construcción estaba experimentando una pérdida grave de fluido. El pozo no se pudo mantener lleno de suspensión. Se habían añadido nueve bidones de cinco galones del polímero PHPA en emulsión convencional a la excavación junto con 250 libras de carbonato de sodio para precipitar cualquier cantidad de calcio presente y para elevar el pH. La viscosidad del fluido era de 34 segundos por cuarto de galón a un pH de 11,0. Se estaba utilizando una cuchara excavadora durante toda la excavación, ya que los sólidos no se podían retener en una
sonda.

Se pidió entonces a KB que ayudara a salvar el pozo, utilizando materiales y procedimientos de la presente invención. Inicialmente, KB añadió siete galones de una solución de hidróxido de sodio al 50% que no cambió perceptiblemente el pH, pero aumentó la viscosidad de 34 a 68 segundos por cuarto de galón (sin añadir nada de polímero adicional). En segundo lugar, se añadieron 100 libras de bicarbonato de sodio para disminuir la velocidad o detener cualquier hidrólisis persistente del polímero y para reducir el pH a 10,0. Se añadieron a continuación quince libras de SlurryPro CDP con agua y el pozo se estabilizó y el nivel de suspensión se elevó a unos pocos pies de la parte superior de la excavación. El pozo se completó a continuación satisfactoriamente con CDP y pequeñas cantidades adicionales de sosa cáustica y bicarbonato a una profundidad de 58 pies. La cuchara excavadora se sustituyó asimismo por una sonda, aumentando apreciablemente la velocidad de excavación y reduciendo el desperdicio de suspensión. El pozo se mantuvo durante una noche y se vertió hormigón a la mañana siguiente antes de comenzar el segundo
pozo.

Al día siguiente se perforó un pozo con un diámetro de 108 pulgadas utilizando SlurryPro CDP desde el principio. Se añadieron sosa cáustica y bicarbonato para ajustar el pH de la suspensión a 10 y para reducir la dureza en la suspensión durante toda la operación de excavación. El pozo se perforó con una viscosidad Marsh Funnel media de 72. Las condiciones del suelo fueron arcilla/arena sensible al agua y conchas. El pozo se perforó hasta su terminación a 65 pies en seis horas con una sonda. A la terminación había un contenido de arena del 1,25 por ciento en el fondo de la excavación. Se añadieron a la excavación dos chorros de aproximadamente 15 onzas cada vez de KnockOut^{TM}, un polielectrólito catiónico, vertiéndolo en la corriente de transferencia de agua. Se utilizó la sonda para que girara lentamente y limpiara el pozo. Se hicieron tres pasadas con la sonda. Cada pasada de la sonda extrajo cargas de sólidos muy cargados sin que la sonda se encajara en el suelo. Los sólidos que estaban suspendidos en la columna de fluido y se sedimentaban cerca del fondo estaban siendo atraídos evidentemente a la sonda debido a una reticulación con el material catiónico, y la sonda estaba actuando como un "imán" para los sólidos de tierra. Después de la limpieza del pozo, la suspensión cambió de un color gris opaco (debido a los finos suspendidos) a un aspecto de agua bastante transparente. El contenido de arena sobre el fondo del pozo se había reducido asimismo a menos del 0,2 por ciento durante las tres pasadas rápidas. El pozo se dejó a continuación durante una noche.

Al regresar a la mañana siguiente, se volvió a comprobar la profundidad de la excavación y se determinó por medición que se encontraba a 1/16 de pulgada de la profundidad registrada la noche anterior. El pozo se llenó a continuación con un exceso de vertido del 6%, lo cual indicaba que la excavación presentaba esencialmente el aforo previsto.

Ejemplo de campo nº ocho

Se llevó a cabo un estudio de campo en un lugar de prueba en Jacksonville, NC bajo la dirección del North Carolina Department of Transportation. A la llegada al lugar se determinó que el agua de aportación que se estaba tomando de un río inmediatamente corriente arriba del océano era esencialmente agua de mar. Se utilizaron sosa cáustica y bicarbonato para tratar previamente el agua de mar y ablandarla, sin embargo no se había previsto agua de mar y se pudo reducir únicamente la dureza a aproximadamente 1.300 ppm. Se mezcló previamente a continuación SlurryPro CDP en un depósito de aportación con una capacidad de 3.000 galones con dicha agua tratada y proporcionó una viscosidad de 51 segundos por cuarto de galón con una proporción de dosificación de 1,4 kilos por metro cúbico. Debido a dicha viscosidad inferior causada por contaminantes catiónicos en el agua se tomó la decisión de añadir media pinta de KobbleBlok, un polímero catiónico, al depósito de mezcla previa de CDP/agua. Esto hizo que la viscosidad aumentara de 51 segundos a 101 segundos por cuarto de galón, tal como se mide mediante el Marsh Funnel. Dicho aumento de viscosidad indicaba una estructuración importante en la suspensión de CDP debida a la adición del polímero catiónico. Adicionalmente, aumentó apreciablemente el peso de las cargas de la sonda, como lo hizo la estabilidad de la excavación.

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Ejemplo de campo nº nueve

En un estudio de campo llevado a cabo en un lugar de prueba en Scottsdale, AZ bajo la supervisión de la Barnard Construction Company, se utilizaron un polímero y un procedimiento utilizados en la presente invención para obtener resultados satisfactorios en la excavación con suspensión de una zanja en un suelo de grano fino de limo/arena//guijarros. Después de probar inicialmente un PHPA en emulsión (E-Z Mud®, proporcionada por Baroid Corporation) sin éxito, se utilizaron una poliacrilamida seca de la presente invención y un procedimiento de aplicación de la presente invención. Mientras que el polímero en emulsión, seleccionado y aplicado según el conocimiento de la técnica anterior, permitió una pérdida de fluido excesiva y fracasó en estabilizar el suelo, el PHPA seco, seleccionado y aplicado con el conocimiento de la presente invención proporcionó buenas prestaciones.

Aunque en la presente memoria se han descrito formas de realización particulares del dispositivo, debe apreciarse que la invención no se limita a los detalles de su forma de realización preferida. Pueden introducirse muchos cambios en su diseño, configuración y dimensiones sin apartarse del espíritu y del alcance de la presente invención.

Claims (40)

1. Fluido para estabilización de tierras, que comprende:

(a)

una fase continua de base acuosa; y

(b)

uno o más polímeros seleccionados de entre polímeros sintéticos, polímeros naturales, las sales de los mismos solubles en agua, y combinaciones de los mismos, en el que uno de dichos uno o más polímeros contiene un grupo funcional aniónico, presentando dichos polímeros un peso molecular de 25.000 o mayor; y

(c)

un polielectrolito catiónico,

en el que dicho fluido presenta una viscosidad Marsh Funnel (MVF) de 28 segundos por cuarto de galón o mayor.

2. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 1, en el que la combinación de polímeros forma elementos funcionales, comprendiendo dichos elementos funcionales una pluralidad de perlas o masas de la composición.

3. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 1, en el que la pluralidad de polímeros forma elementos funcionales, comprendiendo dichos elementos funcionales un retículo polimérico.

4. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 1, en el que la combinación de polímeros forma elementos funcionales, comprendiendo dichos elementos funcionales una combinación de perlas o masas de la composición, filamentos o retículos poliméricos o combinaciones de los mismos.

5. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 1, en el que por lo menos uno de dichos uno o más polímeros es anfótero.

6. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 1, en el que por lo menos uno de dichos uno o más polímeros es un polímero asociativo.

7. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 6, en el que dicho polímero asociativo comprende uno o más monómeros asociativos capaces de copolimerización por mecanismo de radicales libres.

8. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 6, en el que dicho polímero asociativo comprende uno o más monómeros asociativos seleccionados de entre el grupo constituido por derivados de uretano, amida y éster de agentes tensioactivos no iónicos, y combinaciones de los mismos.

9. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 1, en el que por lo menos uno de dichos uno o más polímeros es el producto de reacción de uno o más monómeros seleccionados de entre ácido acrílico, acrilamida, metacrilamida, ácido metacrílico, ácido maleico, anhídrido maleico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido vinilsulfónico, ácido estirenosulfónico, ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico, ácido metalilsulfónico, ácido vinilacético, ácido alilacético, acrilato de B-hidroxietilo, ácido 4-metil-4-pentanoico, ácido x-haloacrílico, acrilato de B-carboxietilo, metacrilatos y acrilatos de C_{1} a C_{20}, sales de los mismos solubles en agua; y combinaciones de los mismos.

10. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 1, en el que dichos uno o más polímeros son un polímero sintético que presenta un peso molecular mayor de 1.000.000.

11. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 1, en el que dichos uno o más polímeros son un polímero natural que presenta un peso molecular mayor de 50.000.

12. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 1, en el que por lo menos uno de dichos uno o más polímeros, que contiene un grupo aniónico, está reticulado en una proporción comprendida entre el 0,01% y el 10% basado en el peso total de monómeros.

13. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 1, en el que por lo menos uno de dichos uno o más polímeros, que contiene un grupo aniónico, es un polímero vinílico.

14. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 1, en el que dicho fluido para estabilización presenta una viscosidad Marsh Funnel que excede de 35 segundos por cuarto de galón.

15. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 13, que comprende además un polímero natural seleccionado de entre polisacáridos, gomas, biopolímeros, alginatos, materiales celulósicos, materiales celulósicos modificados, guares, almidones, almidones modificados, las sales de los mismos solubles en agua, y combinaciones de los mismos.

16. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 13, en el que por lo menos uno o más polímeros que contienen un grupo aniónico son el producto de reacción de uno o más monómeros seleccionados de entre acrilamidas, ácido 2-metacrilamido-2-metilpropanosulfónico, ácido estirenosulfónico, ácido vinilsulfónico, acrilatos de sulfoalquilo, metacrilatos de alquilo, n-sulfoalquilacrilamidas, metacrilamidas, ácido alilsulfónico, ácido metalilsulfónico, éter-sulfonato de alilglicidilo, sus sales, y mezclas de los mismos.

17. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 1, en el por lo menos uno de dichos uno o más polímeros sintéticos de dicha combinación de uno o más polímeros es el producto de reacción de uno o más monómeros seleccionados de entre compuestos seleccionados de entre metacriloxietildimetilamina, metacrilamidopropildimetilamina, acriloxietildimetilamina, acrilamidometilpropildimetilamina, cloruro de dimetildialilamonio, cloruro de dietildialilamonio, dimetilaliloxietilamina y las sales ácidas y los análogos de sulfato de metilo y cloruro de metilo de los mismos, y mezclas de los mismos.

18. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 1, que comprende además la incorporación de uno o más monómeros o polímeros catiónicos en dichos uno o más polímeros que contienen un grupo aniónico, seleccionándose dicho monómero catiónico de entre: cloruro de dialildimetilamonio, (met)acrilatos de dimetialminoetilo cuaternizados, metacrilatos y acrilatos de C_{1} a C_{20}, N,N-dimetilaminopropilmetacrilamida, las sales de los mismos solubles en agua, y combinaciones de los mismos.

19. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 1, que comprende además un polímero catiónico seleccionado de entre el producto de reacción de epiclorhidrina o un dihaloalcano, y una amina.

20. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 1, en el que dicho polímero catiónico es una polietilenimina.

21. Fluido para estabilización de tierras según la reivindicación 1, en el que por lo menos uno de dichos uno o más polímeros es el producto de reacción de uno o más monómeros no iónicos, seleccionándose dichos monómeros no iónicos de entre acrilamida, metacrilamida, N-vinilpirrolidona, acetato de vinilo, estireno, N-vinilformamida, N-vinilacetamida, las sales de los mismos solubles en agua, y combinaciones de los mismos.

22. Procedimiento para la preparación y utilización de un fluido para estabilización de tierras en la formación de una cavidad en la tierra, comprendiendo el procedimiento:

(a)

añadir una fase continua de base acuosa a una cavidad en la tierra;

(b)

añadir a dicha fase continua uno o más polímeros seleccionados de entre polímeros sintéticos, polímeros naturales, las sales de los mismos solubles en agua, y combinaciones de los mismos, en el que por lo menos uno de dichos uno o más polímeros contiene un grupo funcional aniónico;

(c)

añadir a dicha fase continua un polielectrólito catiónico con el fin de proporcionar un fluido que presenta una viscosidad Marsh Funnel (MFV) de 28 segundos por cuarto de galón o superior, y

(d)

excavar para formar o agrandar dicha cavidad en la tierra.

23. Procedimiento y utilización según la reivindicación 22, en los que por lo menos uno de dichos uno o más polímeros sintéticos es el producto de reacción de uno o más monómeros seleccionados de entre ácido acrílico, acrilamida, metacrilamida, ácido metacrílico, ácido maleico, anhídrido maleico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido vinilsulfónico, ácido estirenosulfónico, ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico, ácido metalilsulfónico, ácido vinilacético, ácido alilacético, acrilato de B-hidroxietilo, ácido 4-metil-4-pentanoico, ácido x-haloacrílico, acrilato de B-carboxietilo, metacrilatos y acrilatos de C_{1} a C_{20}, sales de los mismos solubles en agua; y combinaciones de los mismos.

24. Procedimiento y utilización según la reivindicación 22, en los que dichos polímeros naturales se seleccionan de entre polisacáridos, gomas, biopolímeros, alginatos, materiales celulósicos, materiales celulósicos modificados, carboximetilcelulosa, hidroxietilcelulosa, guares, goma arábiga, xantano, whelano, gomas de agar, gomas de agar-agar, gomas de algarrobilla, almidones, almidones modificados, las sales de los mismos solubles en agua, y combinaciones de los mismos.

25. Procedimiento y utilización según la reivindicación 22, en los que dichos uno o más polímeros son funcionalmente eficaces para formar una pluralidad de perlas, masas de la composición, filamentos o retículos poliméricos o combinaciones de los mismos en dicha fase continua.

26. Procedimiento y utilización según la reivindicación 22, en los que dichos uno o más polímeros son funcionalmente eficaces para conseguir un control de pérdida de fluido en dicha cavidad en la tierra.

27. Procedimiento y utilización según la reivindicación 22, en los que dichos uno o más polímeros son funcionalmente eficaces para estabilizar la tierra contigua a la cavidad.

28. Procedimiento y utilización según la reivindicación 22, en los que dichos uno o más polímeros son funcionalmente eficaces para aumentar la cohesión de sólidos de tierra para facilitar la extracción de sólidos de tierra manipulados a partir de dicha cavidad.

29. Procedimiento y utilización según la reivindicación 22, en los que dichos uno o más polímeros son funcionalmente eficaces para mejorar las características de transferencia de carga perimetral de elementos estructurales formados en dicha cavidad en la tierra.

30. Procedimiento y utilización según la reivindicación 22, en los que dicho fluido presenta una viscosidad Marsh Funnel de 45 segundos por cuarto de galón o mayor.

31. Procedimiento y utilización según la reivindicación 22, que comprenden además la etapa de añadir un hidróxido soluble.

32. Procedimiento y utilización según la reivindicación 31, que comprenden además la etapa de añadir dicho hidróxido soluble directamente a dicho fluido para estabilización de tierras después de que dicho fluido se encuentra en dicha cavidad en la tierra.

33. Procedimiento y utilización según la reivindicación 31, que comprenden además la adición de un material para ajuste del pH seleccionado de entre bicarbonatos, fosfatos, ésteres de fosfato, fosfonatos, ácidos y combinaciones de los mismos.

34. Procedimiento y utilización según la reivindicación 22, en los que por lo menos uno de dichos uno o más polímeros sintéticos es el producto de reacción de uno o más monómeros seleccionados de entre acrilamidas, ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico, ácido estirenosulfónico, ácido vinilsulfónico, acrilatos de sulfoalquilo, metacrilatos de alquilo, n-sulfoalquilacrilamidas, metacrilamidas, ácido alilsulfónico, ácido metalilsulfónico, éter-sulfonato de alilglicidilo, sus sales, y mezclas de los mismos.

35. Procedimiento y utilización según la reivindicación 22, en los que por lo menos uno de dichos uno o más polímeros sintéticos de dicha combinación de uno o más polímeros es el producto de reacción de uno o más monómeros seleccionados de entre compuestos seleccionados de entre metacriloxietildimetilamina, metacrilamidopropildimetilamina, acriloxietildimetilamina, acrilamidometilpropildimetilamina, cloruro de dimetildialilamonio, cloruro de dietildialilamonio, dimetilaliloxietilamina y las sales ácidas y los análogos de sulfato de metilo y cloruro de metilo de los mismos, y mezclas de los mismos.

36. Procedimiento y utilización según la reivindicación 22, que comprenden además la incorporación de uno o más monómeros o polímeros catiónicos en dichos uno o más polímeros que contienen un grupo aniónico, seleccionándose dicho monómero catiónico de entre cloruro de dialildimetilamonio, (met)acrilatos de dimetialminoetilo cuaternizados, metacrilatos y acrilatos de C_{1} a C_{20}, N,N-dimetilaminopropilmetacrilamida, las sales de los mismos solubles en agua, y combinaciones de los mismos.

37. Procedimiento y utilización según la reivindicación 22, que comprenden además un polímero catiónico seleccionado de entre el producto de reacción de epiclorhidrina o un dihaloalcano, y una amina.

38. Procedimiento y utilización según la reivindicación 22, en los que dicho polímero catiónico es una polietilenimina.

39. Procedimiento y utilización según la reivindicación 22, en los que por lo menos uno de dichos uno o más polímeros es el producto de reacción de uno o más monómeros no iónicos, seleccionándose dichos monómeros no iónicos de entre acrilamida, metacrilamida, N-vinilpirrolidona, acetato de vinilo, estireno, N-vinilformamida, N-vinilacetamida, las sales de los mismos solubles en agua, y combinaciones de los mismos.

40. Fluido para estabilización de tierras, que comprende:

(a)

una fase continua de base acuosa,

(b)

un polímero aniónico para proporcionar un fluido de fase única que presenta una viscosidad Marsh Funnel de 28 o superior;

(c)

un material catiónico; y

(d)

un hidróxido soluble.