CN113906194A - 挖掘流体、挖掘方法及挖掘流体添加剂 - Google Patents

挖掘流体、挖掘方法及挖掘流体添加剂 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供岩屑输送及井眼清洁的能力优异、环境负担小的掘削流体。所述掘削流体是含有水、生物可分解纤维、以及增粘剂的挖掘流体，其中，所述增粘剂包含生物分解性多糖类，所述挖掘流体中包含0.01g/L以上且5g/L以下的所述生物分解性多糖类。

Description

挖掘流体、挖掘方法及挖掘流体添加剂
技术领域
本发明涉及挖掘流体、挖掘方法及挖掘流体添加剂。
背景技术
挖掘流体也被称为挖掘泥水，是为了以下各种目的而使用的流体：为了石油开采等而送入坑井，使其在坑井内部流动，从坑底、钻头的附近去除挖掘碎屑(岩屑，cuttings)并运至地表；用作钻头的润滑剂、冷却剂；以及保持坑井的稳定性；等。
在坑井挖掘时，岩屑的沉降、堆积及不充分的井眼清洁会成为钻柱的升降操作等非生产时间的增加、早期的钻头磨损、以及钻具组合(钻柱的前端)的滞留(换言之，卡住的现象)等挖掘障碍的原因。
岩屑的运送(岩屑输送)取决于挖掘流体的流体特性、坑井的倾斜角、钻杆的转速、流速、坑井的形状及其它挖掘参数。因此，为了改善岩屑输送，可以举出在挖掘流体中加入加重剂、分散剂、增粘剂及纤维等添加剂。
在专利文献1及2中，为了从坑井中排出岩屑，作为这样的添加剂，记载了选自聚烯烃、聚酯及尼龙的亲水性纤维。
预先对本发明所使用的以下用语进行说明。
钻头：相当于挖掘刀。
钻杆：将转动力传递至钻头的管。钻杆可以将挖掘流体流入钻杆内而送至钻头挖掘部，使挖掘流体在坑井内流动。
环空(annulus)部：钻杆外侧的能够流过挖掘流体的区域。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第6,164,380号说明书
专利文献2：美国专利第6,016,872号说明书
发明内容
发明要解决的课题
位于钻杆内及钻头的附近等高剪切速度区域的挖掘流体的粘度低时，能够减小钻杆内的压力损失，增大来自钻头的挖掘流体的喷流推力，有利于岩屑输送及井眼清洁的高效化。另外，也能够从使用后的挖掘流体中高效地去除岩屑。
另一方面，位于环空部等低剪切速度区域的挖掘流体的粘度高时，有利于岩屑输送及井眼清洁的效率。
对于现有的挖掘流体而言，将位于高剪切速度区域的挖掘流体的粘度保持得很低时，位于低剪切速度区域的挖掘流体的粘度容易降低。如果位于低剪切速度区域的挖掘流体的粘度过度降低，则会背离挖掘流体所要求的流变特性、即假塑性流体或宾汉流体的性质，岩屑输送及井眼清洁的能力不足。
特别是对于为了石油开发、天然气体开发或地热开发而进行的坑井挖掘、特别是为了地热开发而进行的坑井挖掘而言，根据地层的温度和/或地层的压力条件，会发生不得不使用对岩屑输送效率不利的低粘性或低比重的挖掘流体的情况。对于这样的状况下的坑井挖掘而言，如果位于环空部等低剪切速度区域的挖掘流体的粘度易于降低，则更进一步不利于岩屑输送及井眼清洁的效率。
另外，对于添加了现有的添加剂的挖掘流体而言，如果想要提高位于低剪切速度区域的挖掘流体的粘度，则位于高剪切速度区域的挖掘流体的粘度也增高，在过高时会失去流动性。因此，岩屑输送及井眼清洁的能力不足。
此外，坑井挖掘是为了在平地、山地、江河、运河及海洋等任意环境中形成地表以下的结构而进行的，其结果是生物分解性不足的添加剂被废弃或投放及残留在环境中等造成的环境负担很大。
本发明的目的在于提供岩屑输送及井眼清洁的能力优异、环境负担小的挖掘流体。
解决课题的方法
本发明的第一方式涉及一种挖掘流体，其是含有水、生物可分解纤维、以及增粘剂的挖掘流体，上述增粘剂包含生物分解性多糖类，上述挖掘流体中包含0.01g/L以上且5g/L以下的上述生物分解性多糖类。
在上述挖掘流体中，上述增粘剂可以为上述生物分解性多糖类。
在上述挖掘流体中，上述生物可分解纤维可以为由聚羟基烷酸酯形成的纤维。
在上述挖掘流体中，上述聚羟基烷酸酯可以包含下述通式(1)所示的3-羟基烷酸。
[-CHR-CH2-CO-O-] (1)
通式(1)中，R表示以CpH2p+1表示的烷基，p表示1～15的整数。
在上述挖掘流体中，上述聚羟基烷酸酯可以为聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基己酸酯)。
在上述挖掘流体中，上述生物可分解纤维的纤维长度可以为3mm以上且100mm以下。
在上述挖掘流体中，上述生物可分解纤维的含量相对于上述增粘剂100重量份可以为5重量份以上且500重量份以下。
在上述挖掘流体中，上述生物分解性多糖类可以为选自羧甲基纤维素、聚阴离子纤维素、黄原胶及瓜尔胶中的至少一种。
本发明的第二方式涉及一种挖掘方法，该方法包括：一边将挖掘流体送入坑井，一边挖掘上述坑井，并将产生的挖掘碎屑排出至坑井外的工序，上述挖掘流体含有水、生物可分解纤维、以及增粘剂，上述增粘剂包含生物分解性多糖类，在上述挖掘流体中包含0.01g/L以上且5g/L以下的上述生物分解性多糖类。
在上述挖掘方法中，上述增粘剂可以为上述生物分解性多糖类。
在上述挖掘方法中，上述挖掘可以为海洋环境中的隔水管挖掘或无隔水管挖掘。
在上述挖掘方法中，上述挖掘可以为海洋环境中的无隔水管挖掘。
本发明的第三方式涉及一种挖掘流体添加剂，其含有由聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基己酸酯)形成的纤维。
在上述挖掘流体添加剂中，上述挖掘可以为海洋环境中的隔水管挖掘或无隔水管挖掘。
在上述挖掘流体添加剂中，上述挖掘可以为海洋环境中的无隔水管挖掘。
发明的效果
根据本发明，可以提供岩屑输送及井眼清洁的能力优异、环境负担小的挖掘流体。
附图说明
图1是对于含有2.5g/L的生物分解性多糖类、以及0g/L、0.5g/L及1.0g/L的平均纤维长度15mm的生物可分解纤维的挖掘流体(比较例1-1、实施例1-1及实施例1-2)，将各剪切速度下的剪切应力绘制于双对数图的结果。纵轴为剪切应力(Shear Stress)(Pa)，横轴为剪切速度(Shear Rate)(1/s)。
图2是对于含有2.5g/L的生物分解性多糖类、以及0g/L、0.5g/L及1.0g/L的平均纤维长度15mm的生物可分解纤维的挖掘流体(比较例1-1、实施例1-1及实施例1-2)，将各剪切速度下的粘度绘制于双对数图的结果。纵轴为粘度(Viscosity)(mPa·s)，横轴为剪切速度(Shear Rate)(1/s)。
图3是对于含有1.0g/L的生物分解性多糖类、以及0g/L及1.0g/L的平均纤维长度14mm的生物可分解纤维的挖掘流体(比较例A-2及实施例A-1)，将各剪切速度下的剪切应力绘制于双对数图的结果。纵轴为剪切应力(Shear Stress)(Pa)，横轴为剪切速度(ShearRate)(1/s)。
图4是对于含有1.0g/L的生物分解性多糖类、以及0g/L及1.0g/L的平均纤维长度14mm的生物可分解纤维的挖掘流体(比较例A-2及实施例A-1)，将各剪切速度下的粘度绘制于双对数图的结果。纵轴为粘度(Viscosity)(mPa·s)、横轴为剪切速度(Shear Rate)(1/s)。
图5是示出了岩屑运送状况、岩屑行为及岩屑运送速度的评价所使用的流动回路试验机1的示意图的附图。
图6是对岩屑运送状况、岩屑行为及岩屑运送速度的观察区段11进行说明的附图。
符号说明
1 流动回路试验机(フローループ試験機)
2 挖掘流体(试样)
3 泥浆罐
4 回流罐
5 泥浆泵
6 环形区段
7 岩屑过滤器
8 岩屑储存槽
9 岩屑
10 钻杆
11 观察区段
12 摄像机
具体实施方式
[挖掘流体]
本发明的挖掘流体是含有水、生物可分解纤维、以及增粘剂的挖掘流体，上述增粘剂包含生物分解性多糖类，上述挖掘流体中包含0.01g/L以上且5g/L以下的上述生物分解性多糖类。
(水)
挖掘流体中包含的水没有特别限定，可以使用现有公知的水系挖掘流体所包含的水。可以列举例如：清水；包含海水的盐水；自来水；地下水；以及雨水等因在平地、山地、江河、运河及海洋等任意环境中进行的坑井挖掘而浸入坑井的水等。
(生物可分解纤维)
挖掘流体中包含的生物可分解纤维只要是具有生物分解性的纤维即可，没有特别限定。生物分解性是指在自然界中能够被微生物分解为低分子化合物的性质。具体而言，可以基于适合各环境的试验来判断有无生物分解性，例如，在需氧条件为ISO 14855(compost)及ISO 14851(activated sludge)，在厌氧条件下为ISO 14853(aqueous phase)及ISO 15985(solid phase)等。另外，对于海水中的微生物的分解性，可以通过生化需氧量(Biochemical oxygen demand)的测定进行评价。
另外，纤维显示出细且长的形态特征。对于本发明中使用的纤维而言，其纤度可以为100μm以下，纤维长度根据与纤度的相对关系而确定，纤维长度可以为3mm以上。
生物可分解纤维的纤度以旦尼尔(D)或dtex表示。旦尼尔(D)通过以g单位表示每9,000m长度的重量的数字表示，dtex通过以g单位表示每10,000m长度的重量的数字表示。生物可分解纤维的纤度优选为1dtex以上，更优选为3dtex以上，进一步优选为5dtex以上。另外，生物可分解纤维的纤度优选为100dtex以下，更优选为50dtex以下，进一步优选为10dtex以下。
生物可分解纤维的纤维长度优选为100mm以下，更优选为80mm以下，进一步优选为50mm以下，最优选为30mm以下。另外，生物可分解纤维的纤维长度优选为3mm以上，更优选为5mm以上，进一步优选为10mm以上。通过使纤维长度为该范围，挖掘流体中的生物可分解纤维的分散性优异。生物可分解纤维的分散性优异有助于通过纤维彼此的相互作用及纤维与其它成分的相互作用对岩屑进行良好的支撑，而且有助于提高岩屑输送及井眼清洁的能力。需要说明的是，在本发明中，岩屑输送是指对岩屑进行运送，井眼清洁是指将岩屑良好地运送至坑井外而不是其沉降及堆积于坑井中。
作为生物可分解纤维的纤度及纤维长度的测定方法，可以举出利用纤度测定器DENICON-DC21(SEARCH公司制)分别测定随机选取出的50～100根纤维的直径及长度、并计算出其平均值的方法。因此，纤度也可以表述为平均纤维径，纤维长度也可以表述为平均纤维长度。
另外，挖掘流体中包含的生物可分解纤维优选为非水溶性。至少在挖掘操作中，需要在挖掘流体中保持纤维形状。
作为生物可分解纤维，可以列举微生物、植物及动物等生物资源(生物质)来源的纤维。生物资源(生物质)来源的纤维包括对生物资源(生物质)所具有的纤维进行提取而得到的纤维、以及对生物资源(生物质)所具有的单体进行化学合成而得到的纤维。
作为生物可分解纤维，可以列举例如：包含聚羟基烷酸酯及聚乳酸等脂肪族聚酯、或纤维素等多糖类的单纤维或复合纤维。其中，作为生物可分解纤维，优选为由聚羟基烷酸酯形成的纤维(包含单纤维或复合纤维)。这是由于，聚羟基烷酸酯的生物分解机理最为明确，在环境中具有适当的分解速度，因此作为环境协调型的材料是有用的。
聚羟基烷酸酯更优选包含下述通式(1)所示的3-羟基烷酸。这是由于其能够兼顾适当的成型加工性和良好的生物分解性。
[-CHR-CH2-CO-O-] (1)
通式(1)中，R表示以CpH2p+1表示的烷基，p表示1～15的整数。
另外，聚羟基烷酸酯最优选为聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基己酸酯)。特别是由于其生物分解性优异、环境负担小、岩屑输送及井眼清洁的能力优异。
通过将由聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基己酸酯)形成的纤维添加于挖掘流体，能够在将位于钻头的附近等高剪切速度区域的挖掘流体的粘度保持得很低(换言之，在保持了流动性的状态下)的状态下，提高位于低剪切速度区域的挖掘流体的粘度(及剪切应力)，因此可以充分提高岩屑输送及井眼清洁的能力。
另外，由聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基己酸酯)形成的纤维的生物分解性特别优异，因此由废弃或投放及残留而造成的环境负担小。具体而言，例如，由于具有可被海水中存在的微生物分解为水和二氧化碳而不残留在海水中的优异的海水分解特性，因此，即使投放至海洋中，环境负担也小。
挖掘流体中的生物可分解纤维的含量没有特别限定。相对于下述增粘剂100重量份，生物可分解纤维的含量可以为5重量份以上且500重量份以下，可以为10重量份以上且500重量份以下，可以为10重量份以上且100重量份以下，可以为15重量份以上且50重量份以下，也可以为20重量份以上且40重量份以下。通过使挖掘流体中生物可分解纤维相对于增粘剂的含量为该范围，挖掘流体中的生物可分解纤维的分散性优异。生物可分解纤维的分散性优异有助于通过纤维彼此的相互作用及纤维与其它成分的相互作用对岩屑进行良好的支撑，而且有助于提高岩屑输送及井眼清洁的能力。
作为挖掘流体中的生物可分解纤维的含量，生物可分解纤维的含量优选为0.1g/L以上且20g/L以下，更优选为0.2g/L以上且15g/L以下，进一步优选为0.4g/L以上且10g/L以下，最优选为0.5g/L以上且5g/L以下。通过使生物可分解纤维的含量为该范围，挖掘流体中的生物可分解纤维的分散性优异。
(增粘剂)
增粘剂只要包含生物分解性多糖类且通过添加而增加挖掘流体的粘度即可，没有特别限定。
另外，生物分解性多糖类在上述挖掘流体中包含0.01g/L以上且5g/L以下。
增粘剂可以是上述生物分解性多糖类，也可以包含上述生物分解性多糖类以外的成分。作为上述生物分解性多糖类以外的成分，可以举出无机矿物及有机胶体(聚合物类)等。作为无机矿物，可以举出膨润土及海泡石等，作为有机胶体(聚合物类)，可以举出包含聚丙烯酸酰胺及丙烯酸酰胺与丙烯酸的共聚物的PHPA(Partical Hydrolized PolyAcrylamide)聚合物等。作为膨润土的市售品，可以列举“TELGEL”、作为海泡石的市售品的“THERMOGEL”、作为PHPA(Partical Hydrolized Poly Acrylamide)聚合物的市售品的“TELCOAT”(均为TELNITE公司制)。
在增粘剂仅由上述生物分解性多糖类形成的情况下，生物分解性特别优异，不会残留于环境，因此从环境负担最小的观点考虑是优选的。
挖掘流体中的无机矿物的含量可以为0.01g/L以上、1g/L以上、10g/L以上、20g/L以上、或30g/L以上，可以为100g/L以下、80g/L以下、或60g/L以下。
挖掘流体中的有机胶体(聚合物类)的含量可以为0.01g/L以上、0.5g/L以上、或1g/L以上，可以为10g/L以下、5g/L以下、或3g/L以下。
挖掘流体中的生物分解性多糖类的含量为0.01g/L以上且5g/L以下，优选为0.01g/L以上且低于5g/L，更优选为0.05g/L以上且4g/L以下，进一步优选为0.1g/L以上且3g/L以下。挖掘流体中的生物分解性多糖类的含量低于0.01g/L时，挖掘流体中的生物可分解纤维的分散性差。挖掘流体中的生物分解性多糖类的含量超过5g/L时，无法通过生物可分解纤维的配合来提高低剪切速度区域的粘度(及剪切应力)，不能有效地进行岩屑输送及井眼清洁。
生物分解性多糖类只要是具有生物分解性的多糖类、且具有水溶性、并通过添加而增加挖掘流体的粘度即可，没有特别限定。
这里，水溶性是指通过各多糖类的适当的溶解条件(溶解温度、浓度、或搅拌时间等)不保持其形状也不残留残留物地溶解于水的性质。只要至少在挖掘操作中可溶解于挖掘流体即可。
作为生物分解性多糖类，可以列举例如：羧甲基纤维素及聚阴离子纤维素等纤维素衍生物；壳聚糖等葡糖胺；黄原胶；以及瓜尔胶等。其中，优选为选自羧甲基纤维素、聚阴离子纤维素、黄原胶及瓜尔胶中的至少一种。这是由于，例如，瓜尔胶在低温条件下的粘性和保湿性最优异，羧甲基纤维素具有优异的粘性且廉价，聚阴离子纤维素具有优异的粘性且耐盐性高，黄原胶可以少量表现出高粘性且具有剪切性(剪切速度增加时粘度下降的特性)。这些多糖类可以根据待挖掘的坑井的环境、挖掘条件、市场的流通状况等而适当选择。
作为生物分解性多糖类的重均分子量，优选为200,000以上。另外，可以为在1,000,000以下。
(任意成分)
本发明的挖掘流体除水、生物可分解纤维及增粘剂以外，还可以在本发明的目的范围内含有水、生物可分解纤维及增粘剂以外的任意成分。
作为水、生物可分解纤维及增粘剂以外的任意成分，可以列举例如：重晶石等加重剂；木质素磺酸衍生物及腐殖酸等分散剂；KCl(氯化钾)等泥岩水合溶胀抑制剂；脱水调整剂；泥壁增强剂；润滑剂；表面活性剂；以及氢氧化钠等pH调整剂等。
本发明的挖掘流体能够将位于低剪切速度区域的挖掘流体的粘度(及剪切应力)保持得高、且将位于高剪切速度区域的挖掘流体的粘度(及剪切应力)保持得低，因此具有优异的岩屑输送及井眼清洁的能力。另外，也可以期待降低钻杆及坑井内壁与岩屑的摩擦的效果。此外，如上所述，环境负担小，容易处理。
本发明的挖掘流体的流变特性可以通过作为非牛顿流体的一般性流动方程的幂律(也称为power law模型)进行近似。
作为表示挖掘流体的流变特性的代表性流变模型之一的宾汉(Bingham)塑性模型以下述数学式(1)表示。
[数学式1]
Figure BDA0003383729770000091
τ:剪切应力(Pa)
Figure BDA0003383729770000092
剪切速度(s-1)
式中，μp为塑性粘度，τy为屈服值，在石油工业中通常分别表示为PV(plasticviscosity)及YP(yield point)。
另外，作为另一个代表性流变模型的幂律(也称为power law模型)以下述数学式(2)表示。
[数学式2]
Figure BDA0003383729770000101
τ:剪切应力(Pa)
Figure BDA0003383729770000102
剪切速度(s-1)
式中，n为幂律指数，K为稠度系数(consistency index)。
另一方面，Herschel-Bulkley式(修正power law模型)是具有与宾汉塑性模型的YP相当的屈服应力τy的模型，以下述数学式(3)表示。
[数学式3]
Figure BDA0003383729770000103
τ:剪切应力(Pa)
Figure BDA0003383729770000104
剪切速度(s-1)
这是将宾汉塑性模型与power law模型组合而成的具有它们的中间性质的模型，在n＝1时等于宾汉塑性模型，在τy＝0时等于幂律(power law模型)。
表示幂律(power law模型)的上述数学式(2)中的n值更接近于0、K值更大时，位于低剪切速度区域的挖掘流体的粘度高、位于高剪切速度区域的挖掘流体的粘度低，因此可以评价为岩屑输送及井眼清洁的能力优异。
[挖掘方法]
本发明的挖掘方法具有一边将挖掘流体送入坑井，一边挖掘上述坑井，并将产生的挖掘碎屑排出至坑井外的工序，上述挖掘流体含有水、生物可分解纤维、以及增粘剂，上述增粘剂包含生物分解性多糖类，上述挖掘流体中包含0.01g/L以上且5g/L以下的上述生物分解性多糖类。
对一边将挖掘流体送入坑井一边挖掘坑井并将产生的挖掘碎屑排出至坑井外的工序。
作为挖掘坑井的方法，具体可以列举例如：将前端具备钻头的钻杆放入坑井，并利用钻头破碎或切削地层的方法。
作为将挖掘流体送入坑井的方法，具体可以列举例如：将挖掘流体压送至钻杆内侧并从前端的钻头喷出的方法。
作为将产生的挖掘碎屑排出至坑井外的方法，具体可以列举例如：将挖掘碎屑与挖掘流体一起通过钻杆外侧的环空部而运送至地表并送至坑井外的方法。环空部如上所述是指钻杆外侧的能够流过挖掘流体的区域。对于环空部而言，例如，在由钻杆、和设在钻杆外侧的套管、隔水管或坑井壁面的地层构成双重管结构的情况下，由钻杆、和套管、隔水管或坑井壁面的地层形成。
也可以将被送至坑井外的具有挖掘碎屑的挖掘流体回收，去除挖掘碎屑，根据需要调整挖掘流体的成分，送入坑井，再次用于挖掘。此时，挖掘流体在钻杆内侧、钻头、环空部及挖掘碎屑的去除装置中循环。
在海洋环境中，将为了形成具有挖掘碎屑的挖掘流体流动的环空部而将海底与海上的挖掘装置连接的管道称为隔水管，将使用隔水管的挖掘称为隔水管挖掘。
隔水管挖掘具有：能够在海洋环境中回收具有挖掘碎屑的挖掘流体、因坑井不易损坏而能够进行更深的挖掘、以及容易调整坑井内的压力等优点。为了防止因坑井内的压力上升而导致喷出物从坑井内喷出，可以在坑井的上部、即坑口设置防喷装置(BOP)。
在不回收被送至坑井外的具有挖掘碎屑的挖掘流体的情况下，可以使用无隔水管挖掘。无隔水管挖掘是不使用隔水管的挖掘。在无隔水管挖掘中，可以通过将挖掘流体送入坑井而将产生的挖掘碎屑排出至坑井外。被排出的挖掘碎屑不进行回收而废弃至海水中。与隔水管挖掘相比，无隔水管挖掘具有：适合浅挖掘、能够以短时间挖掘大量场所等优点。
对于本发明的挖掘方法中使用的含有水、生物可分解纤维及增粘剂的挖掘流体的详细说明如上所述。
本发明的挖掘方法使用岩屑输送及井眼清洁的能力优异、环境负担小的挖掘流体，因此，通过将本发明的挖掘方法应用于不回收被送至坑井外的具有挖掘碎屑的挖掘流体而废弃至环境中的无隔水管挖掘，与现有的挖掘方法相比，能够高效地进行岩屑输送及井眼清洁，并且也可以大幅减轻环境负担。
如上所述，本发明的挖掘方法适合隔水管挖掘及无隔水管挖掘中的任一种。
使用本发明的挖掘方法的环境没有特别限定，可以在平地、山地、江河、运河及海洋等任意的环境下使用。在特别要求减轻环境负担的海洋环境中，优选使用本发明的挖掘方法。另外，也可以用于地热井挖掘。其中，地热地带的地层具有比石油/天然气明显更高的高温、且地层的压力低，因此需要避免将不耐热的成分配合在挖掘流体中。
实施例
以下，通过实施例对本发明更详细地进行说明，但本发明并不受到这些实施例的任何限制。
＜实验1＞
(含有增粘剂的基础流体)
作为生物分解性多糖类，将聚阴离子纤维素类聚合物(TELPOLYMER H(主成分：聚阴离子纤维素类聚合物)、TELNITE公司制)加入自来水，用家用混合器充分进行搅拌、溶解，分别制备了生物分解性多糖类的浓度为2.5g/L、5.0g/L及7.5g/L的基础流体。
(生物可分解性纤维)
作为生物可分解纤维，分别准备了将由聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基己酸酯)形成的纤维切断成平均纤维长度5mm、15mm及30mm的纤维。
该由聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基己酸酯)形成的纤维的纤度为10.0dtex，拉伸强度为1.3cN/dtex，伸长率为70.0％，杨氏模量为2.2Gpa。
(挖掘流体)
将各生物可分解纤维加入各基础流体，同样地用家用混合器充分搅拌，分别制备了表1、表2及表3所示的生物可分解纤维及生物分解性多糖类的浓度的试样。
[表1]
Figure BDA0003383729770000131
[表2]
Figure BDA0003383729770000132
[表3]
Figure BDA0003383729770000133
(分散性的评价)
在将各生物可分解纤维混合后静置12小时以上，然后对各基础流体进行了挖掘流体中的生物可分解纤维的分散性的评价。通过肉眼观察，将生物可分解纤维整体聚集而处于沉入底面的状态或浮起的状态的情况评价为分散性差，将没有达到这些状态的情况评价为分散性优异。
生物可分解纤维的浓度及增粘剂的浓度分别越高，则生物可分解纤维的分散性变得越优异。另外，生物可分解纤维的长度越长，则生物可分解纤维的分散性变得越优异。
(流变特性的评价)
使用作为双圆筒型旋转粘度计的VG计(model 35、Fann Instrument Company制)，按照API(American Petroleum Institute)标准的挖掘流体的标准试验法API RP13B(ISO10414-1:2008)，在室温下测定了各剪切速度下的剪切应力及粘度。根据该剪切应力及粘度进行了流变特性的评价。在通过作为非牛顿流体的一般性流动方程式的上述数学式(2)幂律(也称为power law模型)进行近似时，基于n值及K值评价了流变特性。n值及K值按照API标准RP13D，分为剪切速度511(1/s)以上及340(1/s)以下的情况而求得。将使用了平均纤维长度15mm的生物可分解纤维的挖掘流体的测定结果示于表4、表5及表6，将使用了平均纤维长度5mm的生物可分解纤维的挖掘流体的测定结果示于表7及表8，并且将使用了平均纤维长度30mm的生物可分解纤维的挖掘流体的测定结果示于表9。
对于含有2.5g/L的生物分解性多糖类、以及0g/L、0.5g/L及1.0g/L的平均纤维长度15mm的生物可分解纤维的挖掘流体(比较例1-1、实施例1-1及实施例1-2)，将分别使各剪切速度下的剪切应力(Pa)及粘度(mPa·s)绘制于双对数图而得到的结果示于图1及图2。另外，在通过上述数学式(2)幂律(也称为power law模型)对该结果进行近似时，也将近似直线示于图1及图2。
Figure BDA0003383729770000151
Figure BDA0003383729770000161
Figure BDA0003383729770000171
Figure BDA0003383729770000181
Figure BDA0003383729770000191
Figure BDA0003383729770000201
结果表明，在实施例中，在高剪切速度区域的170.23、340.46、510.69及1021.38(1/s)的剪切速度下，具有与比较例的各基础流体同等的剪切应力及粘度，同时，在低剪切速度区域的5.11及10.21(1/s)的剪切速度下，具有高于比较例的各基础流体的高剪切应力及粘度。
另外，将剪切速度为5.11(1/s)及10.21(1/s)下的行为与170.23、340.46、510.69及1021.38(1/s)下的行为进行比较，示出了不同的行为(近似直线不同的斜率)(参照图1及图2)。作为结果，从各图的形状可以明确地判断，在非牛顿流体中有效地表现出作为挖掘流体的特性有用的假塑性(pseudoplastic)的特性(参考：流变学概要(レオロジー要論)1968、小野木重治著)。
根据以上所述，实际上，在利用实施例的挖掘流体使用钻杆进行了坑井挖掘的情况下，显示出能够在将位于钻头的附近等高剪切速度区域的挖掘流体的粘度保持得很低(换言之，在保持了流动性的状态下)的状态下提高位于低剪切速度区域的挖掘流体的粘度(及剪切应力)，即，显示出具有优异的岩屑输送及井眼清洁的能力。
另一方面，比较例的挖掘流体即使配合生物可分解纤维，高剪切速度区域及低剪切速度区域均没有发生剪切应力及粘度的变化。换言之，基本上没有对流变特性造成影响。
＜实验2＞
(含有增粘剂的基础流体)
作为生物分解性多糖类，将聚阴离子纤维素类聚合物(TELPOLYMER H(主成分：聚阴离子纤维素系聚合物)、TELNITE公司制)加入水中，作为试验用的挖掘流体制备用混合器，利用通常的Hamilton Beach公司制的混合器充分进行搅拌、溶解，分别制备了生物分解性多糖类的浓度为0.00g/L及1.0g/L的基础流体。
(生物可分解纤维)
作为生物可分解纤维，准备了将由聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基己酸酯)形成的纤维切断成平均纤维长度14mm的纤维。
该由聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基己酸酯)形成的纤维的纤度为10.1dtex，拉伸强度为1.01cN/dtex，伸长率为95.2％，杨氏模量为2.0Gpa。
(挖掘流体)
将各生物可分解纤维加入各基础流体，同样地用Hamilton Beach公司制的混合器充分搅拌，分别制备了表10所示的生物可分解纤维及生物分解性多糖类的浓度的试样。
[表10]
Figure BDA0003383729770000221
(流变特性的评价)
使用作为双圆筒型旋转粘度计的VG计(model 35、Fann Instrument Company制)，按照API(American Petroleum Institute)标准的挖掘流体的标准试验法API RP13B(ISO10414-1:2008)，在室温下测定了各剪切速度下的剪切应力及粘度。根据该剪切应力及粘度进行了流变特性的评价。在通过作为非牛顿流体的一般性流动方程式的上述数学式(2)幂律(也称为power law模型)进行近似时，基于n值及K值评价了流变特性。n值及K值按照API标准RP13D，分为剪切速度511(1/s)以上及340(1/s)以下的情况而求得。将结果示于表11。
将分别使各剪切速度下的剪切应力(Pa)及粘度(mPa·s)绘制于双对数图而得到的结果示于图3及图4。
[表11]
Figure BDA0003383729770000222
结果表明，实施例A-1的挖掘流体在高剪切速度区域的170.23、340.46、510.69及1021.38(1/s)的剪切速度下，具有与不含生物可分解纤维的比较例A-2的基础流体同等或稍高的剪切应力及粘度，同时，在低剪切速度区域的5.11及10.21(1/s)的剪切速度下，具有特别高于比较例A-2的基础流体的剪切应力及粘度。
(岩屑运送状况、岩屑行为及岩屑运送速度)
岩屑运送状况、岩屑行为及岩屑运送速度使用流动回路试验机进行了评价。参照附图进行说明。图5是流动回路试验机1的示意图。将挖掘流体(试样)2从泥浆罐3送至回流罐4，用回流罐4内的加热器4a加热至挖掘流体(试样)的温度达到30℃，进一步使用泥浆泵5送出至环形区段6。此时，环形区段6设置为从其下部(坑底)6a朝向上部(坑口)6b的方向为竖直朝上(钻杆10的倾斜角为0°)的朝向。
在位于从回流罐4送至环形区段6的途中的岩屑过滤器7，将挖掘流体(试样)2和位于岩屑储存槽8的岩屑9混合。将与岩屑9混合后的挖掘流体(试样)2从环形区段6的下部(坑底)6a注入，观察岩屑运送状况及岩屑行为，计算出岩屑运送速度。
环形区段6模仿了坑井，在模仿了全长9m、坑径(内径)0.127m(＝5英寸)的环空部的圆筒的内侧配置有0.0524m(＝2.063英寸)的钻杆10。
岩屑9使用了直径3mm陶瓷制岩屑(红白2种)。为了提高视觉辨认性，在白色的岩屑中少量混入了红色的岩屑。
图6是对环形区段6中岩屑运送状况、岩屑行为及岩屑运送速度的观察区段11进行说明的附图。在环形区段6中，用摄像机12(Sony公司制、FDR-X3000R、记录像素数：1920×1080、帧速率：120fps、录像记录格式：XAVC S HD、视角设定：广角)拍摄中央部分1m的观察区段11，对于流过的岩屑9，使用数值分析软件MATLAB对岩屑9的行为、速度进行了分析。以利用颜色的阈值从目标帧中提取出的红色要素为对象进行了分析。
在挖掘流体(试样)2的流量为50、40、30、25及20m3/h；岩屑9的注入量为相当于掘进速度10m/h的2.1L/min；以及钻杆10的转速为0rpm(不旋转)及60rpm的条件下进行了观察。需要说明的是，在钻杆10的转速为0rpm(不旋转)下观察了3分钟，随后在60rpm下观察了3分钟。
分析岩屑运送状况，将评价的结果示于表12。评价基准如下所述。
×：全部岩屑滞留或沉降。
△：一部分岩屑滞留或沉降。
○：全部岩屑顺畅地运送而没有滞留或沉降。
[表12]
Figure BDA0003383729770000241
如表12所示，在使用了实施例的挖掘流体的情况下，在所有的流量下全部岩屑被顺畅地运送而没有滞留或沉降。另一方面，在使用了比较例的挖掘流体的情况下，虽然流量多时具有较顺畅地运送的倾向，但在流量少时一部分岩屑滞留或沉降。
分析岩屑行为，将评价的结果示于表13。评价基准如下所述。
×：岩屑的位移方向(垂直方向及水平方向)及流速不均匀且不稳定。
○：岩屑的位移方向(垂直方向及水平方向)及流速一致且稳定。
[表13]
Figure BDA0003383729770000242
如表13所示，在使用了实施例的挖掘流体的情况下，在流量20m3/h下变得不稳定，但在流量25～50m3/h下全部岩屑稳定地沿垂直方向运送。另一方面，在使用了比较例的挖掘流体的情况下，在流量30或25m3/h以下处于不稳定的状态。需要说明的是，在本发明中，垂直方向是指竖直朝上，如上所述，环形区段6沿竖直朝上(钻杆10的倾斜角为0°)地设置，也是从环形区段6的下部(坑底)6a朝向上部(坑口)6b的方向。水平方向是与上述垂直方向成直角的方向。
根据每单位时间的垂直方向的位移量计算出钻杆10在转速0rpm(不旋转)及60rpm下各自的岩屑运送速度。结果示于表14及表15。
[表14]
Figure BDA0003383729770000251
[表15]
Figure BDA0003383729770000252
如表14及表15所示，在使用了实施例的挖掘流体的情况下，在钻杆10的转速0rpm(不旋转)及60rpm的任意条件下与使用了比较例A-2的挖掘流体的情况相比，在所有的流量下岩屑的运送速度均快。另外，如实施例A-1的运送速度相对于比较例A-2的运送速度的比率(增加率(％))所示可知，特别是在流量少的情况下，增加率高，具有实施例的挖掘流体所带来的优异的运送速度。需要说明的是，比较例A-1及比较例A-3由于行为不稳定而无法计算出运送速度。
这里，对于挖掘流体的流量与剪切速度的关系进行说明。管内的流量及剪切速度分别沿半径方向分布，在牛顿流体的情况下，在没有钻杆的管内，剪切速度在流路的中心附近为0(最小)，管壁部位最大。在挖掘流体的代表性的非牛顿流体(宾汉塑性)的情况下，牛顿流体的分布虽然严格来说是不同的，但剪切速度在流路的中心附近最小、在管壁部位最大的倾向与牛顿流体相同，因此，以简化计算为目的，可以使用牛顿流体模型作为管内流动的简易分析模型。
此外，通过使用牛顿流体模型，在使用了图5所示的流动回路试验机1的情况下，挖掘流体的流量与流速分布的关系可以通过下述数学式(4)表示，挖掘流体的流量与剪切速度的最大值的关系可以通过下述数学式(5)表示。基于下述数学式(5)，在实验2的岩屑运送状况、岩屑行为及岩屑运送速度的评价条件下，挖掘流体(试样)2的流量50、40、30、25及20(m3/h)分别相当于管内的剪切速度的分布范围为0～145、0～116、0～87、0～72.5、0～58(1/s)。需要说明的是，坑井挖掘中环空部的剪切速度设为10～100(1/s)左右(参考：冲野文吉、钻头用泥水(ボーリング用泥水)<新版>、1981年5月25日、第26页)。
[数学式4]
Figure BDA0003383729770000261
v(r)：流速分布(m/s)
Q：流体流量(m3/s)
D：圆管的内径(m)
r：圆管的半径方向的任意位置(m)
[数学式5]
Figure BDA0003383729770000271
Figure BDA0003383729770000272
剪切速度的最大值(s-1)
D2：环空部的坑径(内径)(m)
D1：钻杆的外径(m)
Q：流体流量(m3/s)
如表11、12、13及14所示，实施例的挖掘流体特别是在低流量的条件(即，接近于低剪切速度区域的条件的程度)下显示出优异的岩屑运送状况、岩屑行为、以及岩屑运送速度。该倾向表明在低剪切速度及高剪切速度区域中均能够顺畅地运送岩屑，可知，根据实施例的挖掘流体，具有优异的岩屑输送及井眼清洁的能力。

Claims (15)

1.一种挖掘流体，其是含有水、生物可分解纤维、以及增粘剂的挖掘流体，其中，
所述增粘剂包含生物分解性多糖类，
所述挖掘流体中包含0.01g/L以上且5g/L以下的所述生物分解性多糖类。
2.根据权利要求1所述的挖掘流体，其中，
所述增粘剂为所述生物分解性多糖类。
3.根据权利要求1或2所述的挖掘流体，其中，
所述生物可分解纤维是由聚羟基烷酸酯形成的纤维。
4.根据权利要求3所述的挖掘流体，其中，
所述聚羟基烷酸酯包含下述通式(1)所示的3-羟基烷酸，
[-CHR-CH2-CO-O-] (1)
通式(1)中，R表示以CpH2p+1表示的烷基，p表示1～15的整数。
5.根据权利要求3所述的挖掘流体，其中，
所述聚羟基烷酸酯为聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基己酸酯)。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的挖掘流体，其中，
所述生物可分解纤维的纤维长度为3mm以上且100mm以下。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的挖掘流体，其中，
相对于所述增粘剂100重量份，所述生物可分解纤维的含量为5重量份以上且500重量份以下。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的挖掘流体，其中，
所述生物分解性多糖类为选自羧甲基纤维素、聚阴离子纤维素、黄原胶及瓜尔胶中的至少一种。
9.一种挖掘方法，该方法包括：
一边将挖掘流体送入坑井，一边挖掘所述坑井，并将产生的挖掘碎屑排出至坑井外的工序，
所述挖掘流体含有水、生物可分解纤维、以及增粘剂，
所述增粘剂包含生物分解性多糖类，
所述挖掘流体中包含0.01g/L以上且5g/L以下的所述生物分解性多糖类。
10.根据权利要求9所述的挖掘方法，其中，
所述增粘剂为所述生物分解性多糖类。
11.根据权利要求9或10所述的挖掘方法，其中，
所述挖掘为海洋环境中的隔水管挖掘或无隔水管挖掘。
12.根据权利要求9或10所述的挖掘方法，其中，
所述挖掘为海洋环境中的无隔水管挖掘。
13.一种挖掘流体添加剂，其含有由聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基己酸酯)形成的纤维。
14.根据权利要求13所述的挖掘流体添加剂，其中，
所述挖掘为海洋环境中的隔水管挖掘或无隔水管挖掘。
15.根据权利要求13所述的挖掘流体添加剂，其中，
所述挖掘为海洋环境中的无隔水管挖掘。
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