181775. lajstromszámú szabadalom • Eljárás kőzetek szilárdítására és vízzáróvá tételére gyorsan kötő, nagy szilárdságú rugalmas hidrogélekkel
3 181775 4 Egy magyar szabadalmi bejelentésben ismertetett stabilizálási eljárás, amely szerint az akril-bázisú vizes gélképző kompozíciókat molekuláris oxigénnel kezelik, lehetőséget nyújt előre elkészített kőzetszilárdító kompozíciók felhasználására. Az eljárás hátránya azonban az, hogy a beadagolt oxigén mennyiségét, illetve a kezelés idejét pontosan kell szabályozni, mert ellenkező esetben a kőzetrétegbe injektált vizes gélképző kompozícióból ellenőrizhetetlen, de mindenképpen túl kis sebességgel képződik gél, illetve a kompozíció már a tárolótartályban begélesedik. A felsorolt eljárások közös hátránya, hogy a kiindulási komponensek közül az akrilamid, a metakrilamid és származékaik nagy része mérgező hatású. A gélképződési reakció során ezek a kiindulási nomomer molekulák hosszú láncokká kapcsolódnak össze, amelyek keresztkötésekkel is rögzítve vannak. Az így kapott polimer molekulák már fiziológiailag semleges anyagok. A környezetet tehát nem a képződött hidrogél, hanem a reagálatlanul visszamaradó monomer molekulák szennyezik. A reagálatlan monomer molekulák környezetszennyező hatása egyrészt úgy csökkenthető, hogy a polimerizációt úgy irányítják, hogy a monomerek lehetőleg teljes egészükben elreagáljanak; a másik lehetőség pedig az, hogy a visszamaradó monomert az injektáló anyaghoz kevert segédanyagokkal a gélképződés után elbontják, illetve nem mérgező anyagokká alakítják. Valamennyi ismert akril-bázisú hidrogél további közös hátránya, hogy szilárdságuk és nyomásállóságuk nem mindig felel meg a mélyművelés követelményeinek. A kialakult akril-bázisú hidrogéleket a rájuk nehezedő víz és gáz — ha annak nyomása 20-30 att-nál nagyobb, és a vízkizárás során vastag réseket, repedéseket kell elzárni — mérhető idő (néhány óra, esetleg néhány nap) alatt kitolhatja a kezelés helyéről, vagy szétroncsolhatja szerkezetüket, ezért az adalékanyag-mentes akril-bázisú hidrogélekkel a mélyművelés körülményei között uralkodó nagy nyomások esetén tartós vízzárás nem mindig biztosítható. A találmány szerinti új eljárással az ismert módszerek és kompozíciók valamennyi fent felsorolt hátrányát kiküszöbölhetjük, és a mélyművelés követelményeinek minden szempontból megfelelő kőzetszilárdító és vízzáró rétegeket alakíthatunk ki. Kísérleteink során azt tapasztaltuk, hogy ha egy 10-50 súly% akrilamidot és/vagy metakril-amidot, összesen 0-5 súly% vízben oldható, vinil-típusú komonomert, 0—2 súly% vízben oldható poliakrilamidot vagy vízben oldható akrilamid-kopolimert, továbbá 0,1-5 súly% (előnyösen 0,5—2 súly%) vízben oldódó, szabad gyököket szolgáltató iniciátort (például alkálifém- és/vagy ammónium-perszulfátot, szerves per- és azo-vegyületeket stb.) tartalmazó vizes gélképző rendszerhez egy amin szerves vagy szervetlen savval képezett sóját, adjuk 0,1-10 súly% (előnyösen 0,5—2 súly%) mennyiségben, olyan rendszerhez jutunk, amely — a szabad gyököket szolgáltató iniciátor minőségétől és koncentrációjától függően — szobahőmérsékleten kb. 30 perctől 30 óráig terjedő idő alatt gélesedik, és a gélesedési időt az aminsó jelenléte egyáltalán nem befolyásolja. Abban az esetben azonban, ha ezt a gélképző rendszert erősen lúgos vizes oldattal és/vagy vízüveggel és/vagy cement vizes szuszpenziójával hozzuk érintkezésbe (ahol a kezelő oldat vagy szuszpenzió adott esetben egy vagy több szemcsés és/vagy szálas szilárd anyagot és/vagy egy akrilsav-polimer vagy -kopolimer, illetve egyéb polielektrolit típusú polimer alkálifémsóját is tartalmazhatja), a rendszerből néhány másodperctől néhány percig terjedő idő alátt rugalmas, az igényeknek megfelelő szilárdságú, nyomásálló, víz hatására további duzzadásra képes, stabil gél alakul ki, amely tökéletesen vízzáró, és a mélyművelés követelményeinek minden tekintetben megfelel. Az erősen lúgos kémhatású komponens (lúg, cement vagy vízüveg) egyrészt biztosítja, hogy a polimerizációs reakció jobb hatásfokkal menjen végbe, azaz kevesebb reagálatlan monomer maradjon vissza. Másrészt az erősen lúgos közegben az esetlegesen reagálatlanul maradt akrilamid vagy metakrilamid fokozatosan elhidrolizál, és nem mérgező alkálifémés/vagy alkáliföldfém-akrilátot képez. Az alkálifém-akrilátok a talajvízben mindig jelenlevő nehézfém-ionokkal reagálva oldhatatlan só (például vas-akrilát) formájában kicsapódnak. Eközben a hidrogél szerkezete nem változik meg káros mértékben, mert a polimer a monomernél nagyságrendekkel lassabban hidrolizál. Ezáltal a környezetvédelmi előírásokat maradéktalanul ki lehet elégíteni. A találmány tárgya tehát javított eljárás kőzetrétegek szilárdítására és vízzáróvá tételére. A találmány értelmében úgy járunk el, hogy egy 10-50 súly% akrilamidot és/vagy metakril-amidot, összesen 0—5 súly% vízben oldható, vinil-típusú komonomert, 0—2 súly% vízben oldható poliakrilamidot vagy vízben oldható akrilamid-kopolimert, 0,1-5 súly% (előnyösen 0,5—2 súly%) vízben oldódó, szabad gyököket szolgáltató iniciátort és 0,1-10 súly% (előnyösen 0,5—2 súly%) szervetlen vagy szerves savval képezett aminsót tartalmazó vizes gélképző rendszert (a továbbiakban: „A” komponenst) legalább az aminsó savtartalmával egyenértékű, de célszerűen annak többszörösét kitevő mennyiségű, adott esetben segédanyagokat — célszerűen egy vagy több szemcsés és/vagy szálas szilárd anyagot és/vagy egy akrilsav-polimer vagy -kopolimer, illetve egyéb polielektrolit típusú polimer alkálifémsóját - is tartalmazó vizes lúgoldattal és/vagy vizes cementszuszpenzióval és/vagy vízüveggel (a továbbiakban: „B” komponenssel) hozzuk érintkezésbe a kezelés helyén. Amennyiben a felhasznált „B” komponens lúgtartalma csak az aminsó savtartalmának közömbösítéséhez elegendő, akkor a rendszer ugyan kellően nagy sebességgel polimerizál, de a reagálatlan monomer nem vagy csak csekély mértékben hidrolizál. A környezetvédelmi szempontok szem előtt tartásával tehát célszerűen ennél nagyobb mennyiségű lúgos anyagot használunk fel. A lúgmennyiség előnyösen az „A” és „B” komponens monomer-tartalmának 2—5%-a lehet. A találmány szerinti eljárásban felhasznált „A” komponens vinil-típusú komonomerként vízben old5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
