CN105189918A

CN105189918A - 具备由降解性材料形成的心轴的钻井用堵塞器

Info

Publication number: CN105189918A
Application number: CN201480025331.9A
Authority: CN
Inventors: 大仓正之; 高桥健夫
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2034-05-29
Also published as: CN105189918B; EP3006665A4; MX2015015673A; CA2912833C; CA2912833A1; US9714551B2; JP6327946B2; US20160108695A1; WO2014192885A1; JP2015108279A; EP3006665B1; EP3006665A1

Abstract

一种钻井用堵塞器，其具备(a)由降解性材料形成的心轴、(b)至少一个由降解性材料形成，并且放置在与心轴的轴方向垂直的外周面上的一对环、以及(c)放置在所述一对环之间的位置上的至少1个可扩径的环状橡胶部件，优选降解性材料在150℃的水中浸渍72小时后的质量减少率为5～100％；以及一种钻井方法，其特征在于，使用所述钻井用堵塞器实施钻井孔的封堵处理后，钻井用堵塞器会被部分或全部分解。

Description

具备由降解性材料形成的心轴的钻井用堵塞器

技术领域

本发明涉及一种为开发石油或天然气等油气资源而进行的钻井作业中使用的钻井用堵塞器以及钻井方法。

背景技术

石油或天然气等油气资源是通过含有具有多孔质及浸透性的地下层的井(油井或气井。有时会统称为“坑井”)开采而生产出的。随着能源消耗的增大，坑井的高深度化日益推进，世界上已经出现了深度超过9000m的挖掘记录，在日本也已经出现了超过6000m的高深度坑井。在继续开采的坑井中，有的地下层会随着时间经过而降低浸透性，甚至浸透性原本就并不充分，为了从这些地下层中继续有效地开采油气资源，会对生产层进行刺激(stimulate)，作为刺激方法，已知有酸处理和破碎方法(专利文献1)。酸处理是将盐酸或氢氟酸等强酸的混合物注入生产层中，通过使基岩的反应成分(碳酸盐、粘土矿物、硅酸盐等)溶解来增加生产层的浸透性的方法，但已被指出了因使用强酸而产生的各种问题，而且包括各种对策在内还被提出了成本增大的问题。于是，利用流体压力在生产层形成龟裂(裂缝、fracture)的方法(也称为“压裂法”或“水压破碎法”)受到了人们关注。

水压破碎法是利用水压等流体压力(以下有时会简称为“水压”)在生产层产生龟裂的方法，这种生产层的刺激方法，一般为先挖掘垂直孔，接着将垂直孔折弯，在地下数千m的地层内挖掘水平孔，然后利用高压将压裂液送入这些钻井孔(是指用来形成坑井而设置的孔，有时也会称为“钻井”)内，并利用水压在高深度地下的生产层(产出石油或天然气等油气资源的层)中产生龟裂(裂缝)，并通过该裂缝采集油气资源。水压破碎法的有效性在所谓页岩油(在页岩中成熟的油)、页岩气等非常规资源的开发中也已受到了众人关注。

在水压消失时，通过水压等流体压力形成的龟裂(裂缝)会因地层压力立即闭塞。为了防止龟裂(裂缝)的闭塞，会在压裂液(即用于裂缝的坑井处理液)中含有支撑剂(proppant)，并将其送入钻井孔内，在龟裂(裂缝)处配置支撑剂。作为压裂液中含有的支撑剂，可使用无机或有机材料，但考虑到可在尽量长的时间、高温高压的高深度地下的环境内防止裂缝闭塞的观点，以往会使用二氧化硅、氧化铝等无机物粒子，通常使用砂粒、例如20/40目的砂粒等。

作为压裂液等坑井处理液，可使用各种类型的水基、油基以及乳浊液。由于要求坑井处理液具有可将支撑剂搬运至在钻井孔内产生裂缝的位置的功能，所以通常在要求其具有规定的粘度并且支撑剂的分散性良好的同时，还要求其后处理容易、环境负荷小等。此外，为了在支撑剂之间形成可通过页岩油、页岩气等的流道，在压裂液中有时还会含有channelant。因此，坑井处理液中，除了支撑剂以外，还会使用channelant、胶凝剂、阻垢剂、用于溶解岩石等的酸、以及摩擦改良剂等各种添加剂。

为了使用压裂液，利用水压在高深度地下的生产层(产出页岩油等石油或页岩气等天然气等的油气资源的层)产生龟裂(裂缝)，通常采用了以下方法。也就是说，对于在地下数千m的地层内挖掘出的钻井孔(钻井)，从钻井孔的前端部开始依序进行封堵，并且将规定区域部分闭塞，利用高压将压裂液送入该闭塞区域内，实施会在生产层产生龟裂的压裂。接着，闭塞下一个规定区域(通常为较之前区域更近、即地上侧的区域)，实施压裂。以下，重复实施该工序，直至完成必要的封堵和压裂。

不仅是新的坑井挖掘，有时对于已经形成的钻井孔的所期望的区域，也会再次通过压裂来对生产层实施刺激。此时，也同样地会实施钻井孔的闭塞和压裂等操作。此外，为了实施坑井的完井，有时也会闭塞钻井孔，隔断来自下部的流体，在实施过该上部的完井后，再解除闭塞。

作为实施钻井孔的闭塞和压裂等的方法，已知有各种方法，例如在专利文献2和专利文献3在公开了一种可实施钻井孔的闭塞和固定的堵塞器(有时也会称为“压裂塞”、“桥塞”或“封隔器”等)。

专利文献2在公开了一种钻井用钻井堵塞器(以下有时会简称为“堵塞器”)，具体地说，这种堵塞器具备在轴方向上具有中空部的心轴(主体)，并且在与心轴的轴方向垂直的外周面上，沿轴方向具有环或环状构件(annularmember)、第1圆锥状构件(conicalmember)及卡瓦(slip)、由弹性体或橡胶等形成的可锻性要素(malleableelement)、第2圆锥状构件及卡瓦、以及抗旋转机构(anti-rotationfeature)。利用钻井用钻井堵塞器对钻井孔实施的封锁如下所述。也就是说，通过使心轴向该轴方向移动，缩小环或环状构件与抗旋转机构的间隙，从而使卡瓦与圆锥状构件的倾斜面抵接，并沿圆锥状构件前进，因此会向外侧呈放射状扩大并与钻井孔的内壁抵接，固定在钻井孔上，并且可锻性要素会发生扩径变形，抵接于钻井孔的内壁，将钻井孔进行封锁。心轴上存在轴方向的中空部，并将球体等放置在其中，因此能够封锁钻井孔。根据记载，作为形成堵塞器的材料，可广泛列举金属材料(铝、钢、不锈钢等)、纤维、木、复合材料以及塑料等，优选为含有碳纤维等强化材料的复合材料、特别是环氧树脂及酚醛树脂等聚合体复合材料，心轴由铝或复合材料形成。另一方面，根据记载，球体等除了之前说明的材料以外，还可使用会因温度、压力、pH(酸、碱)等而分解的材料。

钻井用的钻井堵塞器依序配置在坑井内，直至坑井完成，但在开始生产页岩油等石油或页岩气等天然气(以下有时会统称为“石油和天然气”或“石油及/或天然气”)等的阶段中，必须将它们去除。堵塞器通常未设计成在使用后可解除闭塞进行回收，因此会通过破碎、穿孔等方法使其破碎或实现小片化来进行去除，但破碎和穿孔等必须花费大量经费和时间。此外，也有采用特殊设计可在使用后进行回收的堵塞器(retrievableplug)，但堵塞器需要放置在高深度地下，因此要将其全部回收需要大量的经费和时间。

专利文献3中，公开了一种一次性钻井工具(表示钻井堵塞器等)或其构件，其使用了会在曝露于坑井内的环境时进行分解的生物降解性材料，并且作为生物降解性材料，公开了聚乳酸等脂肪族聚酯等降解性聚合体。并且，在专利文献3在记载了在轴方向上具有流通孔(flowbore)的圆筒状主体部件(tubularbodyelement)、在与该圆筒状主体部件的轴方向垂直的外周面上沿轴方向由上部密封要素、中心密封要素以及下部密封要素构成的封隔器要素集合体(packerelementassembly)、以及卡瓦和机械性卡瓦主体(mechanicalslipbody)的组合。此外，根据记载，通过在圆筒状主体部件的流通孔中放置球体，可仅允许流体单向流动。但是，在专利文献3中并未记载钻井工具或其构件中的任一者有无使用含有生物降解性材料的材料。

随着能源资源确保和环境保护等要求的提高，特别是在非常规资源的开采日益扩大的背景下，高深度化等开采条件越来越严格，因此作为钻井用堵塞器，要求一种能够切实地实施钻井孔的闭塞和压裂，并且能够容易地将其去除并确保流道，从而能够削减钻井的经费并缩短工序的钻井用堵塞器。

现有技术文献

专利文献

【专利文献1】日本专利特表2003-533619号公报(与国际专利国际公开第01/088333号对应)

【专利文献2】美国专利申请公开第2011/0277989号说明书

【专利文献3】美国专利申请公开第2005/0205266号说明书

发明内容

要解决的技术问题

本发明的课题在于，提供一种在高深度化等开采条件日益严格的背景下，能够切实地实施钻井孔的闭塞和压裂，并且能够容易地将其去除并确保流道，从而能够削减钻井的经费并缩短工序的钻井用堵塞器。并且，本发明的课题还在于，提供一种使用该钻井用堵塞器的钻井方法。

技术方案

本发明者等为解决所述课题，深入研究后发现，通过在心轴的外周面设置环和可扩径的环状橡胶部件等，并且使用特有的物质作为它们的材料，能够解决所述课题，并完成了本发明。

也就是说，根据本发明的第1方面，提供(1)一种钻井用堵塞器，其特征在于，具有：(a)心轴，其由降解性材料形成；

(b)一对环，其中至少一个由降解性材料形成，并且放置在与心轴的轴方向垂直的外周面上；以及

(c)至少一个可扩径的环状橡胶部件，其在与心轴的轴方向垂直的外周面上、放置在一对环之间的位置上。

此外，作为本发明的第1方面所涉及的发明的具体方式，提供以下(2)～(30)所述的钻井用堵塞器。

(2)如所述(1)的钻井用堵塞器，其中，心轴由温度60℃时的拉伸强度为50MPa以上的降解性材料形成。

(3)如所述(1)或(2)的钻井用堵塞器，其中，心轴由温度66℃时的剪切应力为30MPa以上的降解性材料形成。

(4)如所述(1)～(3)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，心轴在温度66℃时的拉伸载重为5kN以上。

(5)如所述(1)～(4)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，心轴由含有强化材料的脂肪族聚酯形成。

(6)如所述(1)～(5)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，心轴在温度66℃的水中浸渍1小时后的厚度减少小于5mm，在温度149℃的水中浸渍24小时后的厚度减少为10mm以上。

(7)如所述(1)～(6)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，心轴具有沿轴方向设置的中空部。

(8)如所述(7)的钻井用堵塞器，其中，心轴的中空部外径与心轴直径的比率为0.7以下。

(9)如所述(1)～(8)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，心轴具有固定部，用于将可扩径的环状橡胶部件以压缩状态固定于外周面上。

(10)如所述(9)的钻井用堵塞器，其中，固定部是选自由沟槽、阶梯部以及螺纹所组成的群组中的至少一个。

(11)如所述(1)～(10)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，心轴外周面的加工部分的曲率半径为0.5mm以上。

(12)如所述(1)～(11)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，心轴的外周面具有被金属保护的部位。

(13)如所述(1)～(12)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，心轴与一对环中的一个环形成为一体。

(14)如所述(13)的钻井用堵塞器，其中，其通过一体成型而形成。

(15)如所述(13)的钻井用堵塞器，其中，其通过机械加工而形成。

(16)如所述(1)～(15)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，一对环由温度66℃时的剪切应力为30MPa以上的降解性材料形成。

(17)如所述(1)～(16)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，可扩径的环状橡胶部件在心轴轴方向上的长度为心轴长度的10～70％。

(18)如所述(1)～(17)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，具备多个可扩径的环状橡胶部件。

(19)如所述(1)～(18)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，可扩径的环状橡胶部件由降解性材料形成。

(20)如所述(1)～(19)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，在心轴的外周面上不具备卡瓦(slip)和楔块(wedge)。

(21)如所述(1)～(19)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，其具备在与心轴的轴方向垂直的外周面上、放置在一对环之间的位置上的至少一个卡瓦(slip)和楔块(wedge)的组合。

(22)如所述(21)的钻井用堵塞器，其中，卡瓦或楔块中的一者或两者由降解性材料形成。

(23)如所述(21)或(22)的钻井用堵塞器，其中，卡瓦或楔块中的一者或两者由含有金属或无机物中至少一者的材料形成。

(24)如所述(21)～(23)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，卡瓦或楔块中的一者或两者由降解性材料、含有金属或无机物中至少一者的材料形成。

(25)如所述(21)～(24)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，具备多个卡瓦与楔块的组合。

(26)如所述(1)～(25)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，降解性材料在温度150℃的水中浸渍72小时后的质量相对于浸渍前的质量的减少率为5～100％。

(27)如所述(1)～(26)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，降解性材料含有强化材料。

(28)如所述(1)～(27)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，降解性材料为脂肪族聚酯。

(29)如所述(28)的钻井用堵塞器，其中，脂肪族聚酯为聚乙醇酸。

(30)如所述(29)的钻井用堵塞器，其中，聚乙醇酸的重均分子量为180000～300000，并且在温度270℃、剪切速度122sec^-1下测定的熔融粘度为700～2000Pa·s。

此外，根据本发明的其他方面，提供(31)一种钻井用堵塞器，其特征在于，具备：(a₁)心轴，其由温度60℃时的拉伸强度为50MPa以上的降解性材料形成，并且在温度66℃的水中浸渍1小时后的厚度减少小于5mm，在温度149℃的水中浸渍24小时后的厚度减少为10mm以上；

作为本发明的其他方面所涉及的具体方式，提供以下(32)～(36)所述的钻井用堵塞器。

(32)如所述(31)的钻井用堵塞器，其中，可扩径的环状橡胶部件由降解性材料形成。

(33)如所述(31)或(32)的钻井用堵塞器，其中，降解性材料含有强化材料。

(34)如所述(31)～(33)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，降解性材料为脂肪族聚酯。

(35)如所述(34)的钻井用堵塞器，其中，脂肪族聚酯为聚乙醇酸。

(36)如所述(35)的钻井用堵塞器，其中，聚乙醇酸的重均分子量为180000～300000，并且在温度270℃、剪切速度122sec^-1下测定的熔融粘度为700～2000Pa·s。

根据本发明的另一方面，提供(37)一种钻井用堵塞器，其特征在于，具有：(a₂)心轴，其由温度60℃时的拉伸强度为50MPa以上的降解性材料形成；

(c)至少一个可扩径的环状橡胶部件，其在与心轴的轴方向垂直的外周面上、放置在一对环之间的位置上，

降解性材料在温度150℃的水中浸渍72小时后的质量相对于浸渍前的质量的减少率为5～100％。

作为本发明的另一方面所涉及的具体方式，提供以下(38)～(42)所述的钻井用堵塞器。

(38)如所述(37)的钻井用堵塞器，其中，可扩径的环状橡胶部件由降解性材料形成。

(39)如所述(37)或(38)的钻井用堵塞器，其中，降解性材料含有强化材料。

(40)如所述(37)～(39)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，降解性材料为脂肪族聚酯。

(41)如所述(40)的钻井用堵塞器，其中，脂肪族聚酯为聚乙醇酸。

(42)如所述(41)的钻井用堵塞器，其中，聚乙醇酸的重均分子量为180000～300000，并且在温度270℃、剪切速度122sec^-1下测定的熔融粘度为700～2000Pa·s。

根据本发明的另一其他方面，提供(43)一种钻井用堵塞器，其特征在于，具有：(a₃)心轴，其由温度60℃时的剪切应力为30MPa以上的降解性材料形成；

作为本发明的另一其他方面所涉及的具体方式，提供以下(44)～(48)所述的钻井用堵塞器。

(44)如所述(43)的钻井用堵塞器，其中，可扩径的环状橡胶部件由降解性材料形成。

(45)如所述(43)或(44)的钻井用堵塞器，其中，降解性材料含有强化材料。

(46)如所述(43)～(45)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，降解性材料为脂肪族聚酯。

(47)如所述(46)的钻井用堵塞器，其中，脂肪族聚酯为聚乙醇酸。

(48)如所述(47)的钻井用堵塞器，其中，聚乙醇酸的重均分子量为180000～300000，并且在温度270℃、剪切速度122sec^-1下测定的熔融粘度为700～2000Pa·s。

并且，根据本发明的又一方面，提供(49)一种钻井方法，其特征在于，使用如所述(1)～(48)中任一项所述的钻井用堵塞器，对钻井孔实施封堵处理后，钻井用堵塞器会被部分或全部分解。

有益效果

根据本发明，一种钻井用堵塞器，其特征在于，具有：(a)心轴，其由降解性材料形成；

因此能够获得以下效果，即在高深度化等开采条件日益严格的背景下，能够切实地实施钻井孔的闭塞和压裂，并且能够容易地将其去除并确保流道，从而能够削减钻井的经费并缩短工序。

此外，根据本发明，提供一种钻井方法，其特征在于，使用所述的钻井用堵塞器对钻井孔实施封堵处理后，钻井用堵塞器会被部分或全部分解，因此能够获得以下效果，即切实地实施钻井孔的闭塞和压裂，并且能够容易地将其去除并确保流道，从而能够削减钻井的经费并缩短工序。

附图说明

图1A是表示本发明的钻井用堵塞器的一具体例的概略图。

图1B是表示图1A的钻井用堵塞器的可扩径的环状橡胶部件扩径后的状态的概略图。

图2A是表示本发明的钻井用堵塞器的另一具体例的概略图。

图2B是表示图2A的钻井用堵塞器的可扩径的环状橡胶部件扩径后的状态的概略图。

具体实施方式

本发明涉及一种钻井用堵塞器，其特征在于，具有：(a)心轴，其由降解性材料形成；

以下参照图示进行说明。

I.钻井用堵塞器

1.心轴

本发明的钻井用堵塞器，其特征在于，具备：(a)心轴1(以下有时会称为“(a)心轴”或简称为“心轴”)，其由降解性材料形成；b)一对环2、2′(以下有时会称为“(b)一对环”或简称为“一对环”)，其中至少一个由降解性材料形成，并且放置在与心轴的轴方向垂直的外周面上；以及(c)至少1个可扩径的环状橡胶部件3(以下有时会称为“(c)可扩径的环状橡胶部件”或简称为“可扩径的环状橡胶部件”，并且有时会称为“环状橡胶部件”)，其在与心轴的轴方向垂直的外周面上，放置在一对环之间的位置。也就是说，本发明的钻井用堵塞器具有心轴，同时该心轴由降解性材料形成，并且在与该心轴的轴方向垂直的外周面上，具备其中至少一个由降解性材料形成的一对环以及至少1个可扩径的环状橡胶部件，还可根据所需，具备卡瓦4、4′和楔块5、5′。

本发明的钻井用堵塞器具备的由(a)降解性材料形成的心轴1中的心轴是指，通常称为“芯骨”的构件，其截面为大致圆形，长度远大于截面的直径，可基本确保本发明的钻井用堵塞器的强度。本发明的钻井用堵塞器所具备的心轴1的截面直径可相应钻井孔的大小适当选择(通过设为略小于钻井孔的内径，可在钻井孔内移动，另一方面，如下所述具有一定程度的直径差，可通过可扩径的环状橡胶构件的扩径等使钻井孔闭塞)，该长度为截面的直径的例如5～20倍左右，但并不限定于此。通常，心轴1的截面的直径在5～30cm左右的范围内。

〔中空部〕

本发明的钻井用堵塞器所具备的心轴1可以是实心的，但从确保压裂初期的流道、减轻心轴的重量、控制心轴的降解速度等方面考虑，心轴1优选为至少部分具有沿轴方向的中空部的中空心轴(也就是说，中空部可沿轴方向贯通心轴，也可不沿轴方向贯通心轴)。此外，使用流体压入移送至钻井用堵塞器坑井内时，心轴1必须具有沿轴方向的中空部。当心轴1具有沿轴方向的中空部时，心轴1的截面形状为由两个同心圆形成的圆环状，该两个同心圆划定心轴1的直径(外径)以及中空部的外径〔相当于心轴1的内径)。两个同心圆的直径比率，也就是中空部的外径与心轴1的直径的比率优选为0.7以下。该比率的大小和中空心轴的壁厚与心轴1的直径所成的比率大小关系相反，因此，规定该比率的上限值就相当于规定中空心轴壁厚的优选下限值。如果中空心轴的壁厚过薄，在将钻井用堵塞器配置到钻井孔内或者进行钻井孔的堵塞或压裂时，中空心轴的强度(尤其是拉伸强度)不足，更甚者有可能会导致钻井用堵塞器损坏。因此，中空部的外径与心轴1的直径的比率更优选为0.6以下，进一步优选为0.5以下。

心轴1以及/或者中空部的外径可以沿心轴1的轴方向均匀不变，也可以沿轴方向改变。也就是说，也可以通过使心轴1的外径沿轴方向改变，从而在心轴1的外周面上具有凸部、阶梯部或凹部(沟槽部)等。此外，也可以通过使中空部的外径沿轴方向改变，从而在心轴1的内周面上具有凸部、阶梯部或凹部(沟槽部)等。心轴的外周面以及/或者内周面所具有的凸部、阶梯部或凹部(沟槽部)在心轴1的外周面以及/或者内周面上，可以用作用于安装或固定其他部件的部位，特别是如下所述，可以制成用来固定可扩径的环状橡胶部件的固定部，此外，心轴1具有中空部时，还可制成保持用来控制流体的流动的球体的支撑面。

〔降解性材料〕

本发明的钻井用堵塞器所具备的心轴1由降解性材料形成。降解性材料是指，具有例如由使用压裂液的土壤中的微生物进行分解的生物降解性、或者由压裂液中的溶剂特别是水，还可根据需要由酸或碱进行分解的水解性的降解性材料等，但也可以是能够由其他某些方法进行化学分解的降解性材料。优选为由规定温度以上的水进行分解的水解性材料。另外，以往钻井用堵塞器所具有的心轴通常会使用铝等金属材料，因此在施加较大的机械力时会进行破坏、崩裂等物理性分解的材料者不符合形成本发明的钻井用堵塞器所具备的心轴1的降解性材料。但是，从下述降解性树脂可以看出，随着聚合度的降低等，原本树脂具有的强度会降低变脆，其结果是，施加极小的机械力后，会容易崩裂、变形，此种材料符合所述的降解性材料。

〔150℃72小时质量减少率〕

作为形成本发明的钻井用堵塞器所具备的心轴1的降解性材料，在温度150℃的水中浸渍72小时后的质量相对于浸渍前的质量的减少率(以下有时会称为“150℃72小时质量减少率”)为5～100％，因此在钻井内(随着深度的多样化等，也有60℃左右～200℃左右的温度的钻井环境，近年来甚至出现25～40℃左右的低温钻井环境)，于数小时～数周以内，形成心轴1的降解性材料会分解或崩裂，更优选为消失(本发明中有时会统称为“分解”)，因此无需在心轴1和钻井用堵塞器的回收及物理性破坏等方面花费大量经费和时间，所以能够有助于削减回收油气资源所需的经费并缩短工序。例如，如果150℃72小时质量减少率为100％，则将心轴1在温度150℃的水中浸渍72小时后，质量会变为0，表示其完全消失，因此优选。本发明的钻井用堵塞器所具备的心轴1的150℃72小时质量减少率为5～100％，因此具有在例如温度177℃(350°F)、163℃(325°F)、149℃(300°F)、121℃(250°F)、93℃(200°F)、80℃或66℃、甚至25～40℃等各种钻井的温度环境中，维持固定时间的强度并会在其后进行分解的特性。因此，能够相应钻井的环境和工序，从形成150℃72小时质量减少率为5～100％的心轴1的降解性材料中选择适当的材料。

虽然形成本发明的钻井用堵塞器所具备的心轴1的降解性材料也会受到当初的质量(即“在浸渍至温度150℃的水中前测定的质量”)的值的大小的限制，但考虑到降解性(或崩裂性)更优异(在所期望的短时间内进行分解)的观点，150℃72小时质量减少率优选为10～100％，更优选为20～100％，进一步优选为50～100％，特别优选为80～100％。根据需要，形成本发明的心轴1的降解性材料也可设计、调制成150℃72小时质量减少率为100％，在温度93℃或66℃等各种温度的水在浸渍72小时后的质量相对于当初的质量的减少率为例如20％以下、10％以下、甚至小于5％。

形成心轴1的降解性材料的150℃72小时质量减少率的测定方法如下所述。也就是说，从心轴1直接或者从用来形成心轴1的预备成型品等中切除厚度、长度以及宽度分别为20mm的试样，将该试样浸渍至温度150℃的水(去离子水等)400mL中，经过72小时后取出，将此时测定的试样的质量与浸渍至温度150℃的水在之前测定的试样的质量(“当初的质量”)进行比较，计算出相对于当初的质量的减少率(单位：％)。

〔浸渍在水中后的厚度减少〕

此外，本发明的钻井用堵塞器中由降解性材料形成的心轴1优选在温度66℃的水中浸渍1小时后的厚度减少小于5mm，在温度149℃的水中浸渍24小时后的厚度减少为10mm以上。也就是说，心轴1在温度66℃的水中浸渍1小时后的厚度减少小于5mm，更优选为小于4mm，进一步优选为小于3mm，在温度66℃左右的钻井环境下，形成心轴1的降解性材料进行分解(如上所述，也可以是崩裂或强度的降低)的可能性小，因此能够基本完全维持心轴1的形状和大小，并且切实地维持与安装在与心轴1的轴方向垂直的外周面上的一对环等构件的卡合。因此，能够按照例如数小时～数日内的所期望的时间日程，切实地实施承受因流体而朝向心轴1的轴方向的较大压力的压裂等坑井处理。同时心轴1在温度149℃的水中浸渍24小时后的厚度减少为10mm以上，更优选为12mm以上，进一步优选为15mm以上，因此在压裂等坑井处理结束后，如果使心轴1接触例如温度149℃的流体，则形成心轴1的降解性材料能够在短时间例如数小时～数日内～数周内进行分解(如上所述，也可以是崩裂或强度降低)，促进钻井用堵塞器的分解。

〔降解性树脂〕

作为形成本发明的钻井用堵塞器所具备的心轴1的降解性材料，要求其在高深度地下的高温高压的环境中具有所期望的强度，同时具有优异的降解性，因此优选为降解性树脂。降解性树脂是指能够通过如上所述的生物降解性、水解性、甚至其他方法进行化学分解的树脂。作为降解性纤维，可列举含有例如聚乳酸、聚乙醇酸、聚-ε-己内酯等脂肪族聚酯或聚乙烯醇(皂化度80～95摩尔％左右的部分皂化聚乙烯醇等)等，更优选为脂肪族聚酯。也就是说，降解性材料优选为脂肪族聚酯。降解性树脂也可通过单独或掺合2种以上等进行组合使用。

〔脂肪族聚酯〕

脂肪族聚酯为由通过例如羟基羧酸及/或内酯的均聚或共聚、脂肪族二羧酸与脂肪族二醇的酯化反应、脂肪族二羧酸、脂肪族二醇与羟基羧酸及/或内酯的共聚获得的脂肪族聚酯，优选可在温度20～100℃左右的水中迅速溶解的物质。

作为羟基羧酸，可列举乙醇酸、乳酸、苹果酸、羟基丙酸、羟基丁酸、羟基戊酸、羟基己酸、羟基庚酸、以及羟基辛酸等碳原子数2～8的脂肪族羟基羧酸等。

作为内酯，可列举丙内酯、丁内酯、戊内酯、以及ε-己内酯等碳原子数3～10的内酯等。

作为脂肪族二羧酸，可列举草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸等碳原子数2～8的脂肪族饱和二羧酸、以及马来酸、富马酸等碳原子数4～8的脂肪族不饱和二羧酸等。

作为脂肪族二醇，可列举乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇等碳原子数2～6的亚烷基二醇、以及聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇等碳原子数2～4的聚亚烷基二醇等。

形成这些聚酯的成分也可分别单独或组合2种以上使用。此外，只要不会失去作为降解性树脂的性质，也可组合对苯二甲酸等形成芳香族即聚酯的成分进行使用。

作为特别优选的脂肪族聚酯，可列举聚乳酸(以下有时会称为“PLA”)或聚乙醇酸(以下有时会称为“PGA”)等羟基羧酸类脂肪族聚酯；聚-ε-己内酯(以下有时会称为“PCL”)等内酯类脂肪族聚酯；聚乙烯琥珀酸酯或聚丁烯琥珀酸酯等二醇μ二羧酸类脂肪族聚酯；它们的共聚物，例如乙醇酸μ乳酸共聚物(以下有时会称为“PGLA”)；以及它们的混合物等。此外，也可列举组合聚己二酸乙二醇酯/对苯二甲酸等芳香族成分进行使用的脂肪族聚酯。

考虑到钻井用堵塞器所具备的心轴所要求的强度和降解性的观点，脂肪族聚酯最优选为选自由PGA、PLA以及PGLA所组成的群中的至少1种，更优选为PGA。另外，作为PGA，除了乙醇酸的均聚体以外，还包含具有乙醇酸重复单位50质量％以上，优选为75质量％以上，更优选为85质量％以上，尤其优选为90质量％以上，特别优选为95质量％以上，最优选为99质量％以上，格外优选为99.5质量％以上的共聚物。此外，作为PLA，除了L-乳酸或D-乳酸的均聚体以外，还包含具有L-乳酸或D-乳酸的重复单位50质量％以上，优选为75质量％以上，更优选为85质量％以上，进一步优选为90质量％以上的共聚物。作为PGLA，可使用乙醇酸重复单位与乳酸重复单位的比率(质量比)为99∶1～1∶99、优选为90∶10～10∶90、更优选为80∶20～20∶80的共聚物。

(熔融粘度)

作为脂肪族聚酯、优选为PGA、PLA或PGLA，可使用温度240℃、剪切速度122sec^-1时测定的熔融粘度通常为50～5000Pa·s、优选为150～3000Pa·s、更优选为300～1500Pa·s的物质。如果熔融粘度过小，者钻井用堵塞器所具备的心轴所要求的强度有时会出现不足。如果熔融粘度过大，则在例如制造心轴时会需要高熔融温度，有时脂肪族聚酯可能会发生热劣化，或者降解性变得不充分。所述熔融粘度是使用安装有毛细管(直径1mmΦ×长度10mm)的CapilloGraph(株式会社东洋精机制作所制的“CapilloGraph1-C”)，将PGA的试样约20g在规定温度下保持5分钟后，在剪切速度122sec^-1的条件下测定出的数值。

作为特别优选的脂肪族聚酯即PGA，考虑到例如通过固化挤出成型进行成型时不易产生裂痕等成型性等的观点，更优选重均分子量为180000～300000、并且在温度270℃、剪切速度122sec^-1下测定的熔融粘度为700～2000Pa·s的PGA。其中优选的PGA是重均分子量为190000～240000、并且在温度270℃、剪切速度122sec^-1下测定的熔融粘度为800～1200Pa·s的PGA。熔融粘度是依据如上所述的方法进行测定的。所述重均分子量是使10mg的PGA的试样溶解在以5mM的浓度溶解了三氟乙酸钠的六氟异丙醇(HFIP)中，制成10mL后，利用膜滤器过滤后获得试样溶液，使用该试样溶液10μl，在以下条件下通过凝胶渗透色谱法(GPC)进行测定的。

<GPC测定条件>

装置：株式会社岛津制作所制造的ShimazuLC-9A

色谱柱：昭和电工株式会社制HFIP-806M2根(串联)+预柱：HFIP-LG1根

色谱柱温度：40℃

洗脱液：以5mM浓度溶解三氟乙酸钠的HFIP溶液

流速：1mL/分钟

检测器：差示折射仪

分子量校正：使用分子量不同的5种标准分子量聚甲基丙烯酸甲酯(POLYMERLABORATORIESLtd.制造)制作分子量的标准曲线数据，使用该数据。

〔其他配混成分〕

在不损害本发明的目的的范围内，在降解性材料、优选为降解性树脂、更优选为脂肪族聚酯，进一步优选为PGA中还可作为其他配混成分，含有或配混树脂材料(降解性材料为降解性树脂时为其他树脂)、稳定剂、分解促进剂或分解抑制剂、以及强化材料等各种添加剂。降解性材料优选含有强化材料，此时，降解性材料可称为复合材料。降解性材料为降解性树脂时，即所谓强化树脂。由强化树脂形成的心轴优选为由含有强化材料的脂肪族聚酯形成的心轴。

〔强化材料〕

作为强化材料，可使用以往为提高机械强度和耐热性而用作树脂材料等的强化材料的材料，可使用纤维状强化材料、颗粒状或粉末状强化材料。相对于降解性树脂等降解性材料100质量份，强化材料的含量通常可在150质量份以下，优选为10～100质量份的范围内。

作为纤维状强化材料，可列举：玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、石英纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维、氮化硼纤维、氮化硅纤维、硼纤维、钛酸钾纤维等无机纤维状物；不锈钢、铝、钛、钢、黄铜等金属纤维状物；芳纶纤维、洋麻纤维、聚酰胺、氟树脂、聚酯树脂、丙烯酸类树脂等高熔点有机质纤维状物质等。作为纤维状强化材料，优选长度为10mm以下，更优选为1～6mm，进一步优选为1.5～4mm的短纤维，此外，优选使用无机纤维状物，尤其优选玻璃纤维。

作为颗粒状或粉末状强化材料，可以使用云母、二氧化硅、滑石、氧化铝、高岭土、硫酸钙、碳酸钙、氧化钛、铁氧体、粘土、玻璃粉、氧化锌、碳酸镍、氧化铁、石英粉、碳酸镁、以及硫酸钡等。强化材料可以分别单独使用，或者也可以组合2种以上使用。根据需要，也可以利用集束剂或表面处理剂对强化材料进行处理。

〔60℃拉伸强度〕

本发明的钻井用堵塞器所具备的心轴1优选由温度60℃时的拉伸强度(以下有时会称为“60℃拉伸强度”)为50MPa以上的降解性材料形成的心轴。因此，(a₂)由60℃拉伸强度为50MPa以上的降解性材料形成的心轴是优选的方式，此外(a₁)由60℃拉伸强度为50MPa以上的降解性材料形成，并且在温度66℃的水中浸渍1小时后的厚度减少小于5mm，在温度149℃的水中浸渍24小时后的厚度减少为10mm以上的心轴也是优选的方式。本发明的钻井用堵塞器的心轴1由60℃拉伸强度为50MPa以上的降解性材料构成，因此例如在页岩气层中较为一般的温度60℃左右的环境下，甚至超过地下3000m的高深度的地中等温度超过100℃的高温度环境下，能够具有充分的强度，以承受对心轴1施加的拉伸应力。形成心轴1的降解性材料的60℃拉伸强度是依据JISK7113测定得出的，为使试验温度为60℃，将试验片在烤箱内静置进行测定(单位：MPa)。形成心轴1的降解性材料的60℃拉伸强度优选为75MPa以上，更优选为100MPa以上。为了使形成心轴1的降解性材料的60℃拉伸强度为50MPa以上，可采用调整降解性材料、例如降解性树脂的种类和特性(熔融粘度和分子量等)、强化材料等添加剂的种类和特性、以及添加量等的方法。60℃拉伸强度的上限并无特别限制，通常为1000MPa，多数情况下为750MPa。

〔温度66℃时的剪切应力〕

此外，本发明的钻井用堵塞器的心轴1优选为由温度66℃时的剪切应力为30MPa以上的降解性材料形成的物质。因此，(a₃)由温度66℃时的剪切应力为30MPa以上的降解性材料形成的心轴为优选方式。也就是说，由于心轴1由温度66℃时的剪切应力为30MPa以上的降解性材料形成，所以能够切实地维持卡合部(例如心轴的螺纹部和扩径部)与用来进行心轴1的拉伸及/或压缩的夹具、承受因压裂液等而朝向心轴的轴方向的较大压力时卡合部与安装在与心轴1的轴方向垂直的外周面上的一对环等构件的卡合。卡合部的载重受到构成该卡合部的材料中该卡合部存在的温度环境下剪切应力较小的材料的剪切应力的大小以及卡合部的面积的限制，通过由温度66℃时的剪切应力为30MPa以上的降解性材料形成心轴1，能够使温度66℃时的卡合部的载重足够大。其结果是，能够按照例如数小时～数日内的所期望的时间日程，切实地实施承受因流体而朝向心轴1的轴方向的较大压力的压裂等坑井处理。形成心轴1的降解性材料在温度66℃时的剪切应力优选为45MPa以上，更优选为60MPa以上。降解性材料在温度66℃时的剪切应力并无特别的上限值，通常为600MPa以下，多数情况为450MPa以下。

〔温度66℃时的拉伸载重〕

本发明的钻井用堵塞器的心轴1在温度66℃时的拉伸载重优选为5kN以上，因此，优选选择降解性材料并进行设计，以使温度66℃时的拉伸载重为5kN以上。为了使运行本发明的钻井用堵塞器、即可扩径的环状橡胶部件、进一步优选为卡瓦进行扩径并发挥功能，通常会对心轴1施加载重，使安装在与心轴1的轴方向垂直的外周面上的构件按入图1A～图2B所示的环2′侧，因此会对心轴1施加约20～1000kN、多数情况下约25～800kN的高拉伸载重。此外，虽然在心轴1的两端部具备螺纹部和扩径部等，能够将用来实施心轴1的拉伸及/或压缩的夹具进行卡合，但在这些螺纹部和扩径部等(与夹具的卡合部)处，有时会相应设计，出现2～5倍的应力集中。因此，作为心轴1，必须选择能够具有承受此种高载重的强度的材料(即降解性材料)，并且设计方面也应使应力集中变小。此外，在承受因压裂液等而朝向心轴的轴方向的大压力时，与安装在与心轴1的轴方向垂直的外周面的一对环等构件的卡合部也会被施加高载重，因此必须进行同样的材料选择和设计。考虑到能够充分承受高载重的观点，心轴1在温度66℃时的拉伸载重更优选为15kN以上，进一步优选为30kN以上，特别优选为40kN以上。心轴1在温度66℃时的拉伸载重的上限值并无特别限制，但考虑到选择具有降解性的材料的观点，上限值通常为1500kN以下，多数情况下为1200kN以下。

〔固定部〕

如上所述，心轴1可制成在外周面具有凸部、阶梯部或凹部(沟槽部)等，并能够在心轴1的外周面上将其作为用来安装或固定其他构件的部位来加以利用，特别是能够作为用来固定可扩径的环状橡胶部件3的固定部。

如下所述，本发明的钻井用堵塞器具备(c)在与心轴1的轴方向垂直的外周面上、放置在一对环2、2′之间的位置上的至少一个可扩径的环状橡胶部件3。可扩径的环状橡胶部件3会随着在心轴1的轴方向上被压缩而进行的缩径，向与轴方向垂直的方向扩径。该环状橡胶部件3扩径后，与轴方向垂直的方向上的外侧部与钻井孔的内壁H抵接，同时与轴方向垂直的方向上的内侧部与心轴1的外周面抵接，因此堵塞器与钻井孔之间的空间会被闭塞(密封)。接着，在执行压裂期间，需要维持堵塞器与钻井孔的密封，因此，必须在压缩状态下、即在心轴1的轴方向上被压缩的状态下，并且在与心轴1的轴方向垂直的方向上扩径的状态下，采用某种方法保持(c)可扩径的环状橡胶部件3。

心轴1可在外周面上具有凸部、阶梯部或凹部(沟槽部)等，因此本发明的钻井用堵塞器所具备的心轴1优选为在外周面上具有以压缩状态固定可扩径的环状橡胶部件3的固定部。该固定部可以为上文所述的凸部、阶梯部或凹部(沟槽部)，也可以采用螺纹部及其他可以在心轴1的外周面上以压缩状态固定可扩径的环状橡胶部件3的机构。从加工及成型容易性或强度等方面考虑，固定部更优选为选自由沟槽、阶梯部及螺纹所组成的群组中的至少一个。

〔加工部分〕

在将本发明的钻井用堵塞器配置于钻井孔内或者进行钻井孔的堵塞、压裂时，心轴1的外周面以及/或者内周面所具有的凸部、阶梯部或凹部(沟槽部)以及螺纹部等，心轴的厚度、外径及内径等发生变化的部分(以下，有时也称为“加工部分”)是应力集中的部位。通常，如果加工部分的曲率半径小，则应力集中增大，因此，为使本发明的钻井用堵塞器强度，尤其是心轴1的强度(特别是拉伸强度)充分，心轴1的外周面加工部分的曲率半径优选为0.5mm以上，更优选为1.0mm以上。

[金属保护]

根据需要，本发明的钻井用堵塞器所具备的由降解性材料形成的心轴1也可以用金属对外周面的一部分进行保护。也就是说，通过使心轴1的外周面具有被金属保护的部位，可以针对由降解性材料形成的心轴1的期望部位调整降解性及强度，此外，还可以提高与安装或固定于心轴1上的其他构件之间的结合强度，故优选。为保护外周面而使用的金属是为了形成钻井用堵塞器所具备的心轴1而使用的材料，或为了对其进行增强等而使用的金属等，并无特别限制，具体可列举铝、铁、镍等。

2.环

本发明的钻井用堵塞器的特征在于，具备(b)一对环2、2′，其中至少一个由降解性材料形成，并且放置在与心轴的轴方向垂直的外周面上。一对环2、2′的作用在于，对于放置在与心轴1的轴方向垂直的外周面上的可扩径的环状橡胶部件3、以及根据需要放置的卡瓦4与楔块5的组合(图1A和图1B中为卡瓦4、4′与楔块5、5′的组合)施加心轴1的轴方向的力。也就是说，(b)一对环2、2′构成如下：可以在心轴1的外周面上沿心轴1的轴方向滑动，彼此之间的间隔可以变更，并且，在可扩径的环状橡胶部件3及/或根据需要放置的卡瓦4、4′与楔块5、5′的组合沿轴方向的端部上，直接或间接地进行抵接，从而可以对这些部分施加心轴1轴方向的力。

至于一对环2、2′中各环的形状及大小，只要可以实现上述功能，则无特别限制，但从可以有效地针对可扩径的环状橡胶部件3及/或根据需要放置的卡瓦4、4′与楔块5、5′的组合施加心轴1轴方向的力这一方面考虑，优选将环与这些部分相抵接一侧的端面形成为平面状。一对环2、2′中的各环优选为完全包围心轴1外周面的圆环状，也可以在圆周方向上具有缝隙或变形部位。此外，也可以制成在圆周方向上分离圆环的形状，根据需要再形成圆环。一对环2、2′中的各环也可以通过在轴方向上邻接放置多个环，从而形成宽幅〔心轴1的轴方向上的长度较大〕环。另外，包括帮助有效地针对可扩径的环状橡胶部件3及/或根据需要放置的卡瓦4、4′与楔块5、5′的组合施加心轴1轴方向的力的构件在内，也可以说是形成本发明的钻井用堵塞器中(b)一对环2、2′的环。

一对环2、2′可以具有相同或相似的形状或结构，也可以是不同的形状或结构。例如，一对环2、2′中的各环在心轴1轴方向上的长度或外径可以不同。又例如，可以将一对环2、2′中的一个环根据需要构成为无法相对于心轴1滑动的状态。这种情况下，一对环2、2′中的另一个环在心轴1的外周面上滑动，与可扩径的环状橡胶部件3及/或根据需要放置的卡瓦4、4′与楔块5、5′的组合沿轴方向的端部相抵接。使一对环2、2′中的一个环根据需要处于无法相对于心轴1滑动的状态的构成并无特别限制，例如可以使心轴1与一对环2、2′中的一个环形成为一体(这种情况下，相对于心轴1，相关环始终无法滑动)，或者采用爪形离合器等离合结构或嵌合结构(这种情况下，可以对相对于心轴1滑动的状态与无法滑动的状态进行切换)。作为心轴1与一对环2、2′中的一个环形成为一体的钻井用堵塞器，可提供通过一体成型的方法而形成的钻井用堵塞器或通过机械加工的方法形成的钻井用堵塞器。

再者，本发明的钻井用堵塞器可以具备多对(b)环2、2′。这种情况下，也可以将可扩径的环状橡胶部件3及/或根据需要放置的卡瓦4、4′与楔块5、5′的组合各一个以上分别或组合放置到多对环之间的位置上。

〔降解性材料〕

(b)一对环2、2′中至少一个环由降解性材料形成，优选两个环都由降解性材料形成。作为形成一对环2、2′中的至少一个环的降解性材料，可以与之前有关(a)心轴1的说明同样地使用降解性材料。因此，形成一对环2、2′中的至少一个的降解性材料优选为降解性树脂，更优选为脂肪族聚酯，进一步优选为聚乙醇酸。此外，降解性材料可以含有强化材料，尤其是可以由含有强化材料的脂肪族聚酯形成，优选由温度66℃时的剪切应力为30MPa以上的降解性材料形成，更优选由45MPa以上、尤其优选由60MPa以上的降解性材料形成。

(b)一对环2、2′中的两个环由降解性材料形成时，降解性材料的树脂的种类及组成可以相同，也可以不同。一对环2、2′中的一个环由降解性材料形成时，作为形成另一个环的材料，可使用铝、铁等金属或强化树脂等复合材料。

3.可扩径的环状橡胶部件

本发明的钻井用堵塞器可以具备(c)在与心轴1的轴方向垂直的外周面上、放置在一对环2、2′之间的位置上的至少一个可扩径的环状橡胶部件3。可扩径的环状橡胶部件3直接或间接抵接于一对环2、2′，从而在心轴1的外周面上被传递心轴1轴方向的力，其结果为，随着其朝向心轴1的轴方向被压缩，而在与心轴1的轴方向垂直的方向上扩径。该环状橡胶部件3扩径后，与轴方向垂直的方向上的外侧部与钻井孔的内壁H抵接，同时与轴方向垂直的方向上的内侧部与心轴1的外周面抵接，因此堵塞器与钻井孔之间的空间会被闭塞(密封)。可扩径的环状橡胶部件3具有如下功能：在接下来执行压裂的期间内，可以维持与钻井孔的内壁H及心轴1的外周面的抵接状态，维持堵塞器与钻井孔的密封。

(c)可扩径的环状橡胶部件3只要具有上述功能，则其材料、形状及结构没有限制。例如，通过将其制成与心轴1的轴方向垂直的圆周方向截面为倒U字形的环状橡胶部件3，随着U字的前端部分朝向心轴1的轴方向被压缩，可以朝向倒U字形的顶点部扩径。

可扩径的环状橡胶部件3扩径后，与钻井孔的内壁H及心轴1的外周面抵接，堵塞(密封)堵塞器与钻井孔之间的空间，未扩径时，堵塞器与钻井孔之间存在空隙，因此，相对于心轴1的长度，可扩径的环状橡胶部件3在心轴1轴方向上的长度优选为10～70％，更优选为15～65％，借此，本发明的钻井用堵塞器能够具有充分的密封功能，并且在密封后还对钻井孔与堵塞器有辅助固定的功能。

本发明的钻井用堵塞器可具有多个可扩径的环状橡胶部件3，因此可以在多个位置对堵塞器与钻井孔之间的空间进行堵塞(密封)，此外，还能更加切实地发挥对钻井孔与堵塞器的辅助固定功能。另外，本发明的钻井用堵塞器具备多个可扩径的环状橡胶部件3时，上文所述的可扩径的环状橡胶部件3在心轴1轴方向上的长度是指多个可扩径的环状橡胶部件3在心轴1轴方向上的合计长度。本发明的钻井用堵塞器具备多个可扩径的环状橡胶部件3时，多个可扩径的环状橡胶部件3其材料、形状或结构可以相同，也可以不同。此外，可以将多个可扩径的环状橡胶部件3在上述一对环2、2′之间的位置上邻接或分离放置，也可以放置在多对环2、2′中各对之间的位置上。

可扩径的环状橡胶部件3可以是例如由叠层橡胶等多个橡胶部件形成的结构的橡胶部件。此外，为了在扩径后更加切实地堵塞(密封)堵塞器与钻井孔之间的空间、辅助固定钻井孔与堵塞器，也可以在与钻井孔的内壁H相抵接的抵接部设置一个以上沟槽、凸部、粗糙面(锯齿)等。

在高深度地下的高温高压环境下，要求可扩径的环状橡胶部件3在随着压裂而产生的更高压力下、以及与压裂流体接触时，也不会丧失密封功能。为此，优选耐热、耐油及耐水性优异的橡胶材料，可以使用例如丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶等。

〔降解性材料〕

再者，(c)可扩径的环状橡胶部件3也可以由可降解性材料形成。作为可降解性材料的橡胶，可以使用如上所述可生物降解性、水解性或者可以通过其他方法化学分解的可降解性橡胶，可以使用现有已知的材料。例如，可列举脂肪族聚酯类橡胶、聚氨酯橡胶、天然橡胶、以及聚异戊二烯等。

4.卡瓦及楔块

本发明的钻井用堵塞器还可根据需要，具备在与(a)心轴1的轴方向垂直的外周面上、放置在一对环2、2′之间的位置上的至少1个卡瓦4(slip)与楔块(wedge)5的组合。众所周知在钻井用堵塞器中卡瓦4与楔块5的组合就是堵塞器与钻井孔的固定机构。也就是说，通过金属、无机物等形成的卡瓦4以可滑动的方式接触、放置在通过复合材料等形成的楔块5斜面的上表面上，利用已说明的方法对楔块5施加心轴1轴方向的力，借此，卡瓦4移动到与心轴1的轴方向垂直的外侧，抵接于钻井孔的内壁H，对堵塞器与钻井孔的内壁H进行固定。为了更加切实地堵塞(密封)堵塞器与钻井孔之间的空间，也可以在卡瓦4中、与钻井孔的内壁H相抵接的抵接部设置一个以上沟槽、凸部、粗糙面(锯齿)等。此外，可以预先将卡瓦4在与心轴1的轴方向垂直的圆周方向上分割为规定数量份，也可以如图1A和图1B所示，不预先分割为规定数量份，而是具有从沿轴方向的一端部朝向另一端部在中途结束的缝隙(这种情况下，对楔块5施加心轴1轴方向的力，楔块5进入卡瓦4的下面，借此，沿上述缝隙及其延长线，卡瓦4被切开、分割，接着，各分割片移动到与心轴1的轴方向垂直的外侧)。

在本发明的钻井用堵塞器中，卡瓦4与楔块5的组合被放置在一对环2、2′之间的位置上，以便可以施加心轴1轴方向的力，也可以与可扩径的环状橡胶部件3邻接、放置。如图1A和图1B所示，本发明的钻井用堵塞器具备多个卡瓦4与楔块5的组合，此时可以以夹住可扩径的环状橡胶部件3的方式邻接、放置，也可以按照其他配置进行放置。本发明的钻井用堵塞器具备多个可扩径的环状橡胶部件3时，卡瓦4、4′与楔块5、5′的组合的配置可以根据需要适当选择。

〔降解性材料〕

本发明的钻井用堵塞器具备卡瓦4、4′与楔块5、5′的组合时，可以由降解性材料形成卡瓦4、4′或楔块5、5′中的一者或两者，此外，也可以采用含有强化材料的复合材料(强化树脂)形成卡瓦4、4′或楔块5、5′中的一者或两者。并且，也可以对于降解性材料组入金属或无机物的构件。作为降解性材料或强化材料，可以使用已经说明的材料。

因此，卡瓦4、4′或楔块5、5′中的一者或两者可以由降解性材料形成，也可以和以往一样，由含有金属或无机物中至少一种的材料形成。并且，卡瓦4、4′或楔块5、5′中的一者或两者也可以由对降解性材料组入金属或无机物的构件、也就是说含有降解性材料和金属或无机物中至少一种的材料形成(降解性材料与金属或无机物的复合材料)。

作为降解性材料与金属或无机物的复合材料即卡瓦4、4′或楔块5、5′的具体例，可列举以下的卡瓦4、4′或楔块5、5′，即在由以PGA为代表的降解性树脂等降解性材料构成的母材中设置规定形状的凹陷，并嵌入与凹陷的形状一致的金属(金属片等)或无机物，再利用粘合剂将它们固定，或利用铁丝、纤维等将金属片或无机物与母材进行卷绕固定，使它们能够维持固定状态。该卡瓦4、4′与楔块5、5′的组合在动作时，会因卡瓦4、4′的母材会置于楔块5、5′的上部，而使金属片或无机物与钻井孔的内壁H抵接，因此能够具有将钻井用堵塞器固定在坑井内的功能。

〔不具备卡瓦和楔块的钻井用堵塞器〕

如上所述，本发明的钻井用堵塞器中，心轴1、一对环2、2′、可扩径的环状橡胶部件3以及卡瓦4、4′与楔块5、5′的组合可由降解性材料形成。另一方面，如图2A和图2B所示，本发明的钻井用堵塞器可以在心轴1的外周面上不具备卡瓦4和楔块5。也就是说，考虑到强度等观点，以往作为卡瓦4和楔块5多使用金属和复合材料，但本发明的钻井用堵塞器具备由降解性材料形成的(a)心轴1、(b)一对环2、2′、以及(c)可扩径的环状橡胶部件3，因此能够提供具有钻井用堵塞器所需的强度(拉伸强度等)以及堵塞器与钻井孔的闭塞性能，并且降解性优异的钻井用堵塞器，所以不具备通常使用没有降解性的金属和复合材料的卡瓦4以及楔块5，因此能够简化钻井用堵塞器的构造，同时进一步提高钻井用堵塞器整体的降解性。

5.钻井用堵塞器

本发明的钻井用堵塞器的特征在于，具备(a)心轴1，其由降解性材料形成；(b)一对环2、2′，其中至少一个由降解性材料形成，并且放置在与心轴1的轴方向垂直的外周面上；以及(c)至少1个可扩径的环状橡胶部件3，其在与心轴的轴方向垂直的外周面上，放置在一对环2、2′之间的位置。本发明的钻井用堵塞器除了以上说明的卡瓦4与楔块5的组合以外，还可具备通常钻井用堵塞器所具备的构件。例如，(a)心轴1具有沿轴方向的中空部时，可具备放置在中空部且控制流体的流动的球体(由金属、树脂等材料形成，也可以由降解性材料形成)。此外，还可具备用来使钻井用堵塞器及/或该构件分别与其他构件进行结合或释放的构件，例如抗旋转构件等。本发明的钻井用堵塞器也可以全部由降解性材料形成。

〔钻井孔的闭塞〕

本发明的钻井用堵塞器会对一对环2、2′施加心轴1的轴方向的力，因此会将心轴1的轴方向的力传递至可扩径的环状橡胶部件3，其结果是，随着可扩径的环状橡胶部件3被朝向心轴1的轴方向压缩，其会向与轴方向垂直的方向扩径，并与钻井孔的内壁H抵接，能够闭塞(密封)堵塞器与钻井孔之间的空间(钻井孔的闭塞)。接着，在闭塞(密封)堵塞器与钻井孔之间的空间的状态下，能够进行压裂。压裂结束后，可扩径的环状橡胶部件3会在扩径状态下残留在钻井孔内，与根据需要具备的卡瓦4、4′与楔块5、5′的组合一同存在，因此能够将钻井用堵塞器固定在钻井孔的规定位置。另外，在会使钻井用堵塞器的构件在短时间内分解的高温环境下的钻井内，进行上述闭塞(密封)等时，可采用以下的处理方法，即通过从地上注入(cooldowninjection)流体并进行控制，成为钻井用堵塞器的环境温度降低的状态，从而维持所需的时间、密封性能(强度等)。

〔钻井用堵塞器的分解〕

本发明的钻井用堵塞器在结束规定各区域的压裂后，通常会结束坑井的开采并完成坑井，在开始石油或天然气等的生产时，可通过生物降解、水解或其他某种方法进行化学分解，至少容易地分解去除(a)心轴1和(b)一对环2、2′、以及所需的(c)可扩径的环状橡胶部件3。因此，一直以来为了将坑井完成后残留于井内的大量钻井用堵塞器去除、回收，或者通过破碎、穿孔及其他方法对其进行破坏或实现小片化，需要花费大量的时间和经费，而根据本发明的钻井用堵塞器，则完全不需要，可以削减钻井的经费，缩短工序。另外，坑井处理结束后残留的钻井用堵塞器的构件优选会在开始生产前完全消失，但即使未完全消失，如果成为强度降低并会因钻井中的水流等的刺激而崩裂的状态，则崩裂后的钻井用堵塞器的构件能够通过流回等容易地进行回收，并且不会在钻井或裂缝产生堵塞，因此不会对石油或天然气等的生产造成影响。此外，通常钻井的温度较高时，能够在短时间内分解钻井用堵塞器的构件或使其强度降低。另外，根据坑井不同，有时地层中的含水量会较低，此时可通过使压裂时使用的水基的流体残留在坑井中，而不是在压裂后进行回收，从而促进钻井用堵塞器的分解。

II.钻井用堵塞器的制造方法

只要能够制造本发明的钻井用堵塞器，即以具备(a)心轴、(b)一对环、以及(c)可扩径的环状橡胶部件为特征的钻井用堵塞器，则其制造方法并无限定。例如，可以通过射出成型、挤出成型(包含固化挤出成型)、离心成型、压缩成型等众所周知的成型方法，成型钻井用堵塞器所具备的各构件，并将所获得的各构件根据需要进行切削加工或穿孔等机械加工，然后利用其自身众所周知的方法进行组合，获得钻井用堵塞器。

本发明的钻井用堵塞器为心轴与一对环中的一个环形成为一体的钻井用堵塞器时，优选通过射出成型、挤出成型(包含固化挤出成型)、离心成型等成型方法实施一体成型，或者利用切削加工等机械加工，将心轴与一对环中的一个环形成为一体。

III.钻井方法

根据使用本发明的钻井用堵塞器进行钻井孔的封堵处理后，将钻井用堵塞器部分或全部分解的钻井方法，在结束规定各区域的压裂或结束坑井的开采并完成坑井，开始石油或天然气等的生产时，可通过生物降解、水解或其他某种方法进行化学分解，至少容易地分解去除心轴和一对环、以及所需的可扩径的环状橡胶部件。因此，一直以来为了将坑井完成后残留于井内的大量钻井用堵塞器去除、回收，或者通过破碎、穿孔及其他方法对其进行破坏或实现小片化，需要花费大量的时间和经费，而根据本发明的钻井方法，则完全不需要，可以削减钻井的经费，缩短工序。

工业实用性

因此在高深度化等开采条件日益严格的背景下，能够切实地实施钻井孔的闭塞和压裂，并且能够容易地将其去除并确保流道，从而能够削减钻井的经费并缩短工序，因此工业实用性高。

此外，根据本发明，提供一种钻井方法，其特征在于，使用所述的钻井用堵塞器对钻井孔实施封堵处理后，钻井用堵塞器会被部分或全部分解，因此能够切实地实施钻井孔的闭塞和压裂，并且能够容易地将其去除并确保流道，从而能够削减钻井的经费并缩短工序，因此工业实用性高。

附图标记说明

1心轴

2、2′环

3可扩径的环状橡胶部件

4、4′卡瓦

5、5′楔块

H钻井孔的内壁

Claims

1.一种钻井用堵塞器，其特征在于，具有：(a)心轴，其由降解性材料形成；

(b)一对环，其中至少一个由降解性材料形成，并且放置在与所述心轴的轴方向垂直的外周面上；以及

(c)至少一个可扩径的环状橡胶部件，其在与所述心轴的轴方向垂直的外周面上、放置在所述一对环之间的位置上。

2.根据权利要求1所述的钻井用堵塞器，其中，所述心轴由温度60℃时的拉伸强度为50MPa以上的降解性材料形成。

3.根据权利要求1或2所述的钻井用堵塞器，其中，所述心轴由温度66℃时的剪切应力为30MPa以上的降解性材料形成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，所述心轴在温度66℃时的拉伸载重为5kN以上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，所述心轴由含有强化材料的脂肪族聚酯形成。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，所述心轴在温度66℃的水中浸渍1小时后的厚度减少小于5mm，在温度149℃的水中浸渍24小时后的厚度减少为10mm以上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，所述心轴具有沿轴方向设置的中空部。

8.根据权利要求7所述的钻井用堵塞器，其中，所述心轴的中空部外径与心轴直径的比率为0.7以下。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，所述心轴具有固定部，用于将所述可扩径的环状橡胶部件以压缩状态固定于外周面上。

10.根据权利要求9所述的钻井用堵塞器，其中，所述固定部是选自由沟槽、阶梯部以及螺纹所组成的群组中的至少一个。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，所述心轴外周面的加工部分的曲率半径为0.5mm以上。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，所述心轴外周面具有被金属保护的部位。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，所述心轴与所述一对环中的一个环形成为一体。

14.根据权利要求13所述的钻井用堵塞器，其中，其通过一体成型而形成。

15.根据权利要求13所述的钻井用堵塞器，其中，其通过机械加工而形成。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，所述一对环由温度66℃时的剪切应力为30MPa以上的降解性材料形成。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，所述可扩径的环状橡胶部件在心轴轴方向上的长度为心轴长度的10～70％。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，具备多个所述可扩径的环状橡胶部件。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，所述可扩径的环状橡胶部件由降解性材料形成。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，所述心轴外周面上不具备卡瓦(slip)和楔块(wedge)。

21.根据权利要求1至19中任一项所述的钻井用堵塞器，其在，具备在与所述心轴的轴方向垂直的外周面上、放置在所述一对环之间的位置上的至少一个所述卡瓦(slip)与所述楔块(wedge)的组合。

22.根据权利要求21所述的钻井用堵塞器，其中，所述卡瓦或楔块中的一者或两者由降解性材料形成。

23.根据权利要求21或22所述的钻井用堵塞器，其中，所述卡瓦或楔块中的一者或两者由含有金属或无机物中至少一者的材料形成。

24.根据权利要求21至23中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，所述卡瓦或楔块中的一者或两者由降解性材料、含有金属或无机物中至少一者的材料形成。

25.根据权利要求21至24中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，具备多个所述卡瓦与楔块的组合。

26.根据权利要求1至25中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，所述降解性材料在温度150℃的水中浸渍72小时后的质量相对于浸渍前的质量的减少率为5～100％。

27.根据权利要求1至26中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，所述降解性材料含有强化材料。

28.根据权利要求1至27中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，所述降解性材料为脂肪族聚酯。

29.根据权利要求28所述的钻井用堵塞器，其特征在于，所述脂肪族聚酯为聚乙醇酸。

30.根据权利要求29所述的钻井用堵塞器，其特征在于，所述聚乙醇酸的重均分子量为180000～300000，并且在温度270℃、剪切速度122sec^-1时测定的熔融粘度为700～2000Pa·s。

31.一种钻井用堵塞器，其特征在于，具备：(a₁)心轴，其由温度60℃时的拉伸强度为50MPa以上的降解性材料形成，并且在温度66℃的水中浸渍1小时后的厚度减少小于5mm，在温度149℃的水中浸渍24小时后的厚度减少为10mm以上；

32.根据权利要求31所述的钻井用堵塞器，其中，所述可扩径的环状橡胶部件由降解性材料形成。

33.根据权利要求31或32所述的钻井用堵塞器，其中，所述降解性材料含有强化材料。

34.根据权利要求31至33中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，所述降解性材料为脂肪族聚酯。

35.根据权利要求34所述的钻井用堵塞器，其特征在于，所述脂肪族聚酯为聚乙醇酸。

36.根据权利要求35所述的钻井用堵塞器，其特征在于，所述聚乙醇酸的重均分子量为180000～300000，并且在温度270℃、剪切速度122sec^-1时测定的熔融粘度为700～2000Pa·s。

37.一种钻井用堵塞器，其特征在于，具有：(a₂)所述心轴，其由温度60℃时的拉伸强度为50MPa以上的降解性材料形成；

(c)至少一个可扩径的环状橡胶部件，其在与所述心轴的轴方向垂直的外周面上、放置在所述一对环之间的位置上，

所述降解性材料在温度150℃的水中浸渍72小时后的质量相对于浸渍前的质量的减少率为5～100％。

38.根据权利要求37所述的钻井用堵塞器，其中，所述可扩径的环状橡胶部件由所述降解性材料形成。

39.根据权利要求37或38所述的钻井用堵塞器，其中，所述降解性材料含有强化材料。

40.根据权利要求37至39中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，所述降解性材料为脂肪族聚酯。

41.根据权利要求40所述的钻井用堵塞器，其特征在于，所述脂肪族聚酯为聚乙醇酸。

42.根据权利要求41所述的钻井用堵塞器，其特征在于，所述聚乙醇酸的重均分子量为180000～300000，并且在温度270℃、剪切速度122sec^-1时测定的熔融粘度为700～2000Pa·s。

43.一种钻井用堵塞器，其特征在于，具有：(a₃)心轴，其由温度66℃时的剪切应力为30MPa以上的降解性材料形成；

44.根据权利要求43所述的钻井用堵塞器，其中，所述可扩径的环状橡胶部件由降解性材料形成。

45.根据权利要求43或44所述的钻井用堵塞器，其中，所述降解性材料含有强化材料。

46.根据权利要求43至45中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，所述降解性材料为脂肪族聚酯。

47.根据权利要求46所述的钻井用堵塞器，其特征在于，所述脂肪族聚酯为聚乙醇酸。

48.根据权利要求47所述的钻井用堵塞器，其特征在于，所述聚乙醇酸的重均分子量为180000～300000，并且在温度270℃、剪切速度122sec^-1时测定的熔融粘度为700～2000Pa·s。

49.一种钻井方法，其特征在于，使用权利要求1至48中任一项所述的钻井用堵塞器，进行钻井孔的封堵处理后，钻井用堵塞器会被部分或全部分解。