JP2015143333A - ダウンホールツール用分解性シール部材、ダウンホールツール、及び坑井掘削方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(3)温度23℃における曲げ弾性率が0.05〜6GPaの範囲である前記(2)のダウンホールツール用分解性シール部材。
(4)ドライ環境下では安定状態を維持し、温度66℃以上の流体中で分解可能である前記(1)〜(3)のいずれかのダウンホールツール用分解性シール部材。
(5)分解性を有する高分子材料は、温度150℃の水に24時間浸漬後の50%ひずみ圧縮応力の、浸漬前の50%ひずみ圧縮応力に対する減少率が5%以上である前記(1)〜(4)のいずれかのダウンホールツール用分解性シール部材。
(6)分解性を有する高分子材料は、温度150℃の水に72時間浸漬後の質量の、浸漬前の質量に対する減少率が5〜100%である前記(1)〜(5)のいずれかのダウンホールツール用分解性シール部材。
(7)分解性を有する高分子材料が、熱可塑性高分子材料を含有する前記(1)〜(6)のいずれかのダウンホールツール用分解性シール部材。
(8)分解性を有する高分子材料が、2種以上の分解性を有する高分子材料を含有する前記(1)〜(7)のいずれかのダウンホールツール用分解性シール部材。
(9)分解性を有する高分子材料が、エステル結合、アミド結合またはウレタン結合の少なくとも1つの結合を有する高分子材料を含有する前記(1)〜(8)のいずれかのダウンホールツール用分解性シール部材。
(10)分解性を有する高分子材料が、脂肪族ポリエステルを含有する前記(1)〜(9)のいずれかのダウンホールツール用分解性シール部材。
(11)脂肪族ポリエステルが、共重合体である前記(10)のダウンホールツール用分解性シール部材。
(12)脂肪族ポリエステルが、ポリ乳酸、ステレオコンプレックス型ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンアジペート/テレフタレート、及びポリブチレンサクシネート/アジペートからなる群より選ばれる少なくとも1種を含有する前記(10)または(11)のダウンホールツール用分解性シール部材。
(13)分解性を有する高分子材料が、酸性物質(酸生成物質でもよい。)を含有する前記(1)〜(12)のいずれかのダウンホールツール用分解性シール部材。
(14)分解性を有する高分子材料が、強化材を含有する前記(1)〜(13)のいずれかのダウンホールツール用分解性シール部材。
(15)引張破断ひずみが20%以上である前記(1)〜(14)のいずれかのダウンホールツール用分解性シール部材。
(16)環状の成形体である前記(1)〜(15)のいずれかのダウンホールツール用分解性シール部材。
(17)環状の成形体が、ダウンホールツールに備えられるマンドレルの軸方向と直交する外周面上に置かれるものである前記(16)のダウンホールツール用分解性シール部材。
(18)坑井掘削用プラグに備えられる前記(1)〜(17)のいずれかのダウンホールツール用分解性シール部材。
(21)前記(1)〜(18)のいずれかのダウンホールツール用分解性シール部材を使用して、ダウンホールツールとケーシングとの間の流体をシールする坑井掘削方法。
(22)前記(1)〜(18)のいずれかのダウンホールツール用分解性シール部材を使用して、坑井孔の目止め処理を行った後に、ダウンホールツールが分解される坑井掘削方法。
(23)分解性を有する高分子材料から形成され、温度23℃における曲げ弾性率が0.01〜8GPaの範囲であって、ドライ環境下では安定状態を維持し、温度66℃以上の流体中で分解可能であるダウンホールツール用分解性シール部材を備えるダウンホールツールを使用して、坑井孔をシールした後に、坑井孔内で該ダウンホールツール用分解性シール部材が分解されることを特徴とする坑井掘削方法。
(24)分解性を有する高分子材料から形成され、温度23℃における曲げ弾性率が0.01〜8GPaの範囲であって、ドライ環境下では安定状態を維持し、温度66℃以上の流体中で分解可能であるダウンホールツール用分解性シール部材を備え、
さらに分解性材料を含有する他のダウンホールツール用部材を備えるダウンホールツールを使用して、坑井孔をシールした後に、坑井孔内で該ダウンホールツール用分解性シール部材が分解されることを特徴とする坑井掘削方法。
(25)他のダウンホールツール用部材に含有される分解性材料がポリグリコール酸である前記(24)の坑井掘削方法。
(26)分解性を有する高分子材料から形成され、温度23℃における曲げ弾性率が0.01〜8GPaの範囲であって、ドライ環境下では安定状態を維持し、温度66℃以上の流体中で分解可能であるダウンホールツール用分解性シール部材を備え、該ダウンホールツール用分解性シール部材が、他のダウンホールツール用部材に接するダウンホールツールを使用して、坑井処理を行った後に、坑井孔内で該ダウンホールツール用分解性シール部材が分解されることを特徴とする坑井掘削方法。
本発明の第1の側面であるダウンホールツール用分解性シール部材は、分解性を有する高分子材料から形成されることを特徴とする。
〔分解性〕
本発明のダウンホールツール用分解性シール部材を形成する分解性を有する高分子材料において、分解性とは、例えば、フラクチャリング流体が使用される土壌中の微生物によって分解される生分解性、または、フラクチャリング流体中の溶媒、特に、水によって、更に所望により酸またはアルカリによって分解する加水分解性などであり、更に他の何らかの方法によって化学的に分解することができる分解性であってもよい。好ましくは、所定温度以上の水によって分解する加水分解性である。なお、従来坑井掘削用プラグに備えられるマンドレルとして汎用されているアルミニウム等の金属材料のように、大きな機械的な力を加えることによって、破壊、崩壊等物理的に形状を失う性質は、前記の分解性には該当しない。ただし、高分子材料が、重合度の低下等により本来の樹脂材料が有した強度が低下して脆くなる結果、極めて小さい機械的力を加えることによって簡単に崩壊し、当初の形状を失う(以下、「崩壊性」ということがある。)性質も、分解性に該当する。
本発明のダウンホールツール用分解性シール部材を形成する分解性を有する高分子材料としては、高深度化など採掘条件が過酷かつ多様となっているもとで、確実にダウンホールツールとケーシングとの間の流体をシールすることにより、穿孔やフラクチャリングなどの操作を容易にするとともに、かつ、必要に応じて、その除去や流路の確保を容易にすることにより坑井掘削の経費軽減や工程短縮ができるダウンホールツール用分解性シール部材を得ることができる限り、特に限定されない。所望の形状や大きさのダウンホールツール用分解性シール部材を調製することが容易である観点から、分解性を有する高分子材料が、熱可塑性高分子材料を含有する前記のダウンホールツール用分解性シール部材が好ましい。また、ダウンホール環境内におけるダウンホールツール用分解性シール部材の分解性とシール性を調整することが容易となることから、分解性を有する高分子材料が、2種以上の分解性を有する高分子材料を含有する前記のダウンホールツール用分解性シール部材を好ましく使用することができる。さらに、先に説明した温度23℃における曲げ弾性率、更に所望によっては引張破断ひずみ等のダウンホールツール用分解性シール部材として好ましい特性を有するものとすることが容易であること、並びに、分解性としては所定温度以上の水によって分解する加水分解性が望まれることがあることから、分解性を有する高分子材料が、高分子の主鎖にエステル結合、アミド結合またはウレタン結合の少なくとも1つの結合を有する高分子材料を含有する前記のダウンホールツール用分解性シール部材が好ましい。したがって、本発明のダウンホールツール用分解性シール部材を形成する分解性を有する高分子材料としては、ポリエステル、ポリアミドまたはポリウレタンに属する重合体(ホモ重合体または共重合体)からなる高分子材料を含有することが好ましく、ダウンホールツール用分解性シール部材により適合する特性を有するものとすることが容易である観点から、分解性を有する高分子材料が、脂肪族ポリエステルを含有することがより好ましい。なお、従来シール部材として広く使用されてきた形状復元性を有する弾性体(ゴム、エラストマー)を、本発明のダウンホールツール用分解性シール部材を形成する分解性を有する高分子材料として使用することもできるが、フラクチャリング等を実施するために該シール部材に負荷される高荷重に抗した後、炭化水素資源の生産を開始するときに、該シール部材の形状が復元する必要はないので、ダウンホールツール用分解性シール部材を形成する分解性を有する高分子材料が、弾性体である必要はない。
本発明のダウンホールツール用分解性シール部材を形成する分解性を有する高分子材料は、ダウンホール環境において、確実に分解性を発現する観点から、温度150℃の水に24時間浸漬後の50%ひずみ圧縮応力の、浸漬前の50%ひずみ圧縮応力に対する減少率(以下、「150℃24時間圧縮応力減少率」ということがある。)が5%以上であることが好ましい。ダウンホールツール用分解性シール部材を形成する分解性を有する高分子材料の150℃24時間圧縮応力減少率の測定方法は以下のとおりである。すなわち、分解性を有する高分子材料から調製した所定形状の試料(例えば、分解性を有する高分子材料から形成したシール部材から、厚み、長さ及び幅各5mmに切り出して調製した試料を使用することができる。)を、温度150℃の水(脱イオン水等)400mL中に浸漬し、24時間経過後に取り出して、JIS K7181(ISO604準拠)に従って、常温で圧縮応力を測定し、50%ひずみ圧縮応力(「圧縮ひずみ50%における圧縮応力」をいう。以下同様である。単位:MPa)を求める。予め温度150℃の水に浸漬する前に測定した50%ひずみ圧縮応力(「当初の圧縮応力」)の値と比較して、当初の圧縮応力に対する減少率(単位:%)を算出する。なお、温度150℃の水に浸漬中に、ダウンホールツール用分解性シール部材を形成する分解性を有する高分子材料が、分解したり溶出したりして形状を失ったり消失したりする場合、または、圧縮応力を測定しているときに50%ひずみ到達前にダウンホールツール用分解性シール部材が崩壊する場合は、前記の減少率を100%とする。
本発明のダウンホールツール用分解性シール部材を形成する分解性を有する高分子材料は、また、ダウンホール環境において、確実に分解性を発揮する観点から、温度150℃の水に72時間浸漬後の質量の、浸漬前の質量に対する減少率(以下、「150℃72時間質量減少率」ということがある。)が5〜100%であることが好ましい。ダウンホールツール用分解性シール部材を形成する分解性を有する高分子材料の150℃72時間質量減少率は、分解性を有する高分子材料から調製した所定形状の試料(分解性を有する高分子材料から形成したシール部材から、厚み、長さ及び幅各20mmに切り出して調製した試料を使用することができる。)を、温度150℃の水400mL中に浸漬し、72時間経過後に取り出した後に測定した試料の質量と、予め温度150℃の水に浸漬する前に測定した試料の質量(以下、「当初質量」ということがある。)とを比較して、算出するものである。ダウンホールツール用分解性シール部材を形成する分解性を有する高分子材料は、150℃72時間質量減少率が5〜100%であることにより、ダウンホール環境において、数時間〜数週間以内で、所定量の分解性を有する高分子材料を含有する高分子材料から形成されるダウンホールツール用分解性シール部材が分解または崩壊、更に望ましくは消失することにより、ダウンホールツール用分解性シール部材によるシール機能が喪失されるので坑井掘削のための経費軽減や工程短縮に寄与することができる。ダウンホールツール用分解性シール部材には、種々のダウンホールの温度等の環境や当該環境において実施する工程に応じて、多様なシール機能の機能維持時間及び機能喪失時間が求められるが、本発明のダウンホールツール用分解性シール部材は、150℃72時間質量減少率が、より好ましくは10〜100%、更に好ましくは50〜100%、特に好ましくは80〜100%、最も好ましくは90〜100%であることにより、例えば、温度177℃、163℃、149℃、121℃、93℃、80℃または66℃、更には25〜40℃などの種々のダウンホールの温度環境において、一定時間シール機能を発揮し、その後シール機能を喪失してシールを解除する特性を有するものとすることができる。ダウンホールツール用分解性シール部材を形成する分解性を有する高分子材料の150℃72時間質量減少率を制御する因子や制御できる程度は、先に150℃24時間圧縮応力減少率について説明したと同様である。
本発明のダウンホールツール用分解性シール部材を形成する分解性を有する高分子材料としてより好ましい重合体である脂肪族ポリエステルは、例えば、オキシカルボン酸及び/またはラクトンの単独重合または共重合、脂肪族ジカルボン酸と脂肪族ジオールとのエステル化反応、脂肪族ジカルボン酸と、脂肪族ジオールと、オキシカルボン酸及び/またはラクトンとの共重合により得られる脂肪族ポリエステルであり、温度20〜100℃程度の水に速やかに溶解するものが好ましい。
分解性を有する高分子材料、特に好ましくは脂肪族ポリエステルを含有する高分子材料、中でも脂肪族ポリエステル共重合体を含有する高分子材料には、本発明の目的を阻害しない範囲で、更に他の配合成分として、他の樹脂材料や、安定剤、分解促進剤または分解抑制剤、強化材等の各種添加剤を含有させ、または配合してもよい。
分解性を有する高分子材料は、分解促進剤を含有するものでもよい。分解性を有する高分子材料に含有される分解促進剤とは、ダウンホールツール用分解性シール部材が使用されるダウンホール環境下において、分解性を有する高分子材料の分解や崩壊を促進することができる配合剤であり、特に、分解性を有する高分子材料の分解、中でも加水分解を促進することができる高分子材料に含有される配合剤である。分解性を有する高分子材料の分解を確実に果たす効果が期待できることから、分解促進剤としては、分解性を有する高分子材料の重合体分子の主鎖の結合を切断する機能または分解性を有する高分子材料を可塑化する機能を有する配合剤であることが好ましく、したがって、分解促進剤として好ましくは、酸性物質が挙げられる。
すなわち、酸性物質が、ダウンホールツール用分解性シール部材を形成する分解性を有する高分子材料に含有される重合体分子の主鎖の結合を切断することによって、該高分子材料の分解を促進し、その結果、ダウンホールツール用分解性シール部材の分解が促進される。ダウンホールツール用分解性シール部材が、酸性物質を含有する分解性を有する高分子材料から形成される場合には、該高分子材料の内部に、通常は均質に分散して酸性物質が存在することにより、酸性物質が重合体分子の多くに接触することができるので、例えば、分解性を有する高分子材料から形成されるダウンホールツール用分解性シール部材を水(酸性物質を含有してもよい。)に浸漬する場合のように、該シール部材の表面から分解が進行する場合と比較して、より大きな速度で分解性シール部材の分解が進行するものと推察されるため、酸性物質は好ましい分解促進剤である。
分解性を有する高分子材料は、強化材を含有するものでもよい。強化材としては、従来、機械的強度や耐熱性の向上を目的として樹脂材料等の強化材として使用されている材料を使用することができ、繊維状強化材や、粒状または粉末状強化材を使用することができる。強化材は、分解性を有する高分子材料100質量部に対して、通常150質量部以下、好ましくは10〜100質量部の範囲で含有させることができる。本発明のダウンホールツール用分解性シール部材を形成する分解性を有する高分子材料が、強化材を含有するものであると、ダウンホール環境が分解性を有する高分子材料の融点に近い環境であっても、処理に必要な期間、シールを行うことが可能となることがある。
本発明のダウンホールツール用分解性シール部材を形成する分解性を有する高分子材料において、分解時間や分解速度等を制御する因子や制御が可能である程度は、高分子材料の種類によっても異なるが、例えば、分子量の調整、共重合割合の調整、結晶化度の調整、酸性物質等の分解促進剤及び/または加水分解抑制剤等の配合剤や充填材(強化材等)の種類と量の調整による分解速度の制御、成形条件やエージング条件の変更による分解速度の制御ができる。また、加水分解性または生分解性を有する分解性の高分子材料においては、共重合度の調整、分解促進剤及び/または加水分解抑制剤の添加など複数の手法により調整可能である。
本発明のダウンホールツール用分解性シール部材は、上記したような組成や特性を有する分解性を有する高分子材料から形成されるものから選択することにより、既に説明したダウンホール環境内において、数時間〜数週間以内で、該ダウンホールツール用分解性シール部材が分解または崩壊して消失したり、強度を失ったりすることによりシール機能を喪失するものとすることができる。したがって、ダウンホールツール用分解性シール部材を形成する分解性を有する高分子材料は、坑井掘削用プラグ等のダウンホールツールとケーシングとの間の空間の閉塞を解除することを目的として、ダウンホールツール用の部材を回収したり物理的に破壊するなどのために、多くの経費と時間を費やす必要がなく、炭化水素資源の回収のための経費軽減や工程短縮に寄与することができるものである。
〔温度23℃における曲げ弾性率〕
本発明のダウンホールツール用分解性シール部材は、ダウンホール環境内においてシール機能を確実に発揮する観点から、温度23℃における曲げ弾性率が0.01〜8GPaの範囲であることが好ましい。本発明のダウンホールツール用分解性シール部材の温度23℃における曲げ弾性率が0.01〜8GPaの範囲であれば、ダウンホール環境、例えば、温度177℃、163℃、149℃、121℃、93℃、80℃または66℃、更には25〜40℃などの環境内において坑井孔の閉塞を行う、例えば、ダウンホールツールとケーシングとの間の流体をシールしようとする場合、該ダウンホール環境内ではダウンホールツール用分解性シール部材の曲げ弾性率が適度に低下するため、ダウンホールツール用分解性シール部材が、ダウンホールツールの形状及びケーシングの形状に確実に係合するように変形することができる。したがって、ダウンホールツール用分解性シール部材とケーシングとの当接面積が大きくなり、閉塞が確実となる。さらに、例えばフラクチャリング等のシールが必要とされる処理を実施するために、流体による極めて高い圧力が負荷されても、先に説明した大きな当接面積にも由来して、流体のシールが破壊されにくい効果がある。温度23℃における曲げ弾性率は、JIS7113(ISO178に相当)に準拠して測定する。すなわち、一軸のフルフライトスクリューを有する射出成形機を使用して、分解性を有する高分子材料が結晶性である場合はその融点以上に加熱し、結晶化温度近傍の温度に設定した金型で成形・冷却することにより、JIS K7113に規定される形状の試験片(1号試験片)を調製し、また分解性を有する高分子材料が非晶性である場合はそのガラス転移温度以上に加熱し、ガラス転移温度以下の温度に設定した金型で成形・冷却することにより、同形状の試験片を調製する。いずれも、ゲートは試験片の長手方向に対する端部とする。調整された試験片について、常温(温度23℃±1℃)において、速度50mm/分で引張試験を行い、試験片が破断したときの引張応力を測定して、温度23℃における曲げ弾性率を算出する(n=5の平均値。単位:GPa)。
本発明のダウンホールツール用分解性シール部材は、所望により、ドライ環境下では安定状態を維持し、温度66℃以上の流体中で分解可能である(以下、「ドライ安定性」ということがある。)ことにより、フラクチャリング等の坑井処理を行うのに要する期間、ダウンホールツール用分解性シール部材の形状及びシール性能が維持され、ダウンホールの閉塞をより確実に実施することができるので好ましい。すなわち、坑井掘削のための採掘条件が多様なものとなっているもとで、本発明のダウンホールツール用分解性シール部材を備えるダウンホールツールを坑井孔内に配置し、フラクチャリング等の坑井処理を行うに至る前段階において、シール機能を喪失することがなく、かつ、該坑井処理の終了後には、温度66℃以上の流体に接触することにより、所望の短時間でダウンホールツール用分解性シール部材を分解させることを可能とすることができる。なお、本発明のダウンホールツール用分解性シール部材について、「ドライ環境下では安定」とは、温度23℃相対湿度50%の環境下において168時間(7日間)以上、圧縮応力の減少が生じないことをいう。また、「温度66℃以上の流体中で分解可能」とは、温度66℃の水(脱イオン水等)に168時間(7日間)浸漬後の圧縮応力の、浸漬前の圧縮応力に対する減少率が5%以上、好ましくは20%以上、より好ましくは50%以上、更に好ましくは100%であることをいう。
本発明のダウンホールツール用分解性シール部材は、好ましくは、ダウンホール環境内においてシール機能を確実に発揮する観点から、ダウンホール環境内における引張破断ひずみが20%以上であるものとすることができる。本発明のダウンホールツール用分解性シール部材の引張破断ひずみが20%以上であれば、坑井孔の閉塞を行う、例えば、ダウンホールツールとケーシングとの間の流体をシールしようとする場合に、ダウンホールツール用分解性シール部材が、ダウンホールツールの形状及びケーシングの形状に確実に係合するように変形、具体的には大きな引張力または圧縮力を受けながら変形しても、破断するおそれがないので、ダウンホールツール用分解性シール部材とケーシングとの当接面積が大きくなり、閉塞が確実となる。さらに、例えばフラクチャリング等のシールが必要とされる処理を実施するために、流体による極めて高い圧力が負荷されることで大きな引張力または圧縮力を受けることがあっても、先に説明した大きな当接面積にも由来して、流体のシールが破壊されにくい効果がある。引張破断ひずみは、先に曲げ弾性率の測定方法について説明した方法によって調製した試料を使用して、ISO527に準拠して、所望のダウンホール環境、例えば、温度177℃、163℃、149℃、121℃、93℃、80℃または66℃、更には25〜40℃などに対応する所定の温度で測定する(n=5の平均値。単位:%)。
本発明のダウンホールツール用分解性シール部材の形状及び大きさは、特に限定されず、ダウンホールツール用分解性シール部材を備えるダウンホールツールの種類、形状や大きさに適合するように調製することができる。例えば、シート状(薄いフィルム状、厚板状等)、棒状(丸棒状、角柱状等)、直方体状(立方状を含む)、塊状(定形、不定形等)などの形状でもよいし、所定の形状を有する成形体でもよい。ダウンホールツール用分解性シール部材がシート状であったり、シーリング材またはパッキング材(詰め物様)であったりする場合は、所定の形状を有する成形体である必要はない。ダウンホールツール用分解性シール部材を備えるダウンホールツールが、坑井掘削用プラグ等である場合は、環状の成形体であるダウンホールツール用分解性シール部材とすることができ、更に具体的には、環状の成形体がマンドレルの軸方向と直交する外周面上に置かれるものであるダウンホールツール用分解性シール部材などとすることができ、フラックプラグまたはブリッジプラグ等の坑井掘削用プラグに備えられるダウンホールツール用分解性シール部材とすることができる。
本発明のダウンホールツール用分解性シール部材は、製造方法は限定されない。例えば、射出成形、押出成形(固化押出成形を含む。)、遠心成形、圧縮成形その他の公知の成形方法により、所定形状の成形品を成形し、または予備成形品を成形した後、必要に応じて切削加工や穿孔等の機械加工した後に、それ自体公知の方法によって組み合わせて、ダウンホールツール用分解性シール部材を得ることができる。
本発明の他の側面によれば、先に説明した本発明のダウンホールツール用分解性シール部材を備えるダウンホールツールが提供される。ダウンホールツールの種類、形状や大きさは、特に限定されない。例えば、本発明のダウンホールツール用分解性シール部材は、スリーブシステム(フラックスリーブ)におけるシール部材、ダウンホールツール内におけるボールバルブ、フラッパーバルブ等のシール部材、ダウンホールツールとケーシングの間の開口部に配置されることで一時的に流体を遮断できるシール部材、さらに金属等のダウンホールツール部材を覆う形で存在し、これら金属部分等が拡径することで坑井孔をシールするなどの他の多くのシール用途におけるシール部材として使用することができる。本発明のダウンホールツール用分解性シール部材の特性をより有効に発揮することができる観点から、好ましいダウンホールツールとしては、坑井掘削用プラグが挙げられ、より好ましくはフラックプラグまたはブリッジプラグが挙げられる。
本発明のダウンホールツール用分解性シール部材を備えるダウンホールツール(以下、「本発明のダウンホールツール」ということがある。)として、より好ましい坑井掘削用プラグは、通常、マンドレル(中実でも中空部を有するものでもよい。)と、マンドレルの軸方向に直交する外周面上に置かれる種々のダウンホールツール部材とを備える、それ自体周知の構造を備えるものが適合する。ダウンホールツール部材としては、拡径してダウンホールツール(坑井掘削用プラグ)とケーシングとの間の空間を閉塞して流体をシールすることができる拡径可能な環状のシール部材、及び/または、拡径してダウンホールツール(坑井掘削用プラグ)とケーシングとを相互に固定するスリップや、ウエッジ、リングその他の部材が挙げられ、それ自体周知の部材を備えるものとすることができる。
ダウンホールツールのシールを確実なものとするために、本発明のダウンホールツール用分解性シール部材は、環状の成形体、好ましくはダウンホールツールに備えられるマンドレルの軸方向と直交する外周面上に置かれる環状の成形体が、軸方向に圧縮されて縮径することに伴い軸方向と直交する方向に拡径して、坑井孔のケーシングとダウンホールツールとの間の空間を閉塞し、流体をシールすることができる。
本発明の更に別の側面によれば、先に説明した本発明のダウンホールツール用分解性シール部材を使用して、具体的にはダウンホールツール用分解性シール部材を備える坑井掘削用プラグ等のダウンホールツールを使用して、ダウンホールツールとケーシングとの間の流体をシールする坑井掘削方法によって、並びに、先に説明した本発明のダウンホールツール用分解性シール部材を使用して、具体的にはダウンホールツール用分解性シール部材を備える坑井掘削用プラグ等のダウンホールツールを使用して、坑井孔の目止め処理を行った後に、該ダウンホールツール用分解性シール部材が、好ましくはダウンホールツール用分解性シール部材を備える坑井掘削用プラグ等のダウンホールツールの一部または全部が分解される坑井掘削方法によって、所定の諸区画のフラクチャリング等の坑井処理が終了し、または、坑井の掘削が終了して坑井が完成し、石油や天然ガス等の生産を開始するときには、生分解、加水分解または更に他の何らかの方法による化学的な分解により、坑井孔を閉塞しているダウンホールツール用分解性シール部材を、容易に分解して除去することができる。この結果、本発明の坑井掘削方法によれば、従来、坑井処理の終了後または坑井完成後に、坑井内に残置されていた多数の坑井掘削用プラグまたはシール部材等のその部材を除去、回収したり、破砕、穿孔その他の方法によって、破壊したり、小片化したりするために要していた多くの経費と時間が不要となるので、坑井掘削の経費軽減や工程短縮ができる。
すなわち、本発明のダウンホールツールは、ダウンホールツール用分解性シール部材に対して、例えば、1対のリングにマンドレルの軸方向の力を加えることにより、ダウンホールツール用分解性シール部材が、軸方向への圧縮により縮径することに伴い、マンドレルの軸方向に直交する方向に拡径して、軸方向に直交する方向の外方部がダウンホールの内壁と当接するとともに、軸方向に直交する方向の内方部がマンドレルの外周面に当接することにより、ダウンホールツールと、ダウンホールとの間の空間を閉塞し、流体をシールすることができる。なお、ダウンホールツール用分解性シール部材が短時間で分解してしまうような高温環境にあるダウンホール内において、上記した閉塞(シール)を行う場合には、地上から流体を注入して(cooldown injection)、ダウンホールツール用分解性シール部材の周辺温度を低下させた状態にコントロールすることによって、所望の時間、シール性能(強度等)を維持するような処理方法を採用することができる。
本発明の坑井掘削用プラグ等のダウンホールツールは、所定の諸区画のフラクチャリング等の坑井処理が終了した後、通常は、坑井の掘削が終了して坑井が完成し、石油や天然ガス等の生産を開始するときに、生分解、加水分解または更に他の何らかの方法による化学的な分解によって、ダウンホールツール用分解性シール部材を、所望によっては、分解性を有するマンドレルやスリップ、リング等を、容易に分解して除去することができる。本発明のダウンホールツール用分解性シール部材を使用して坑井孔の目止め処理を行った後に、ダウンホールツールが分解されることによって、(i)シール部が分解されるので、坑井内において流体の移動を妨げるためのシールが解除できる、(ii)生産を妨げる不要なダウンホールツールの除去が容易である、(iii)ダウンホールツールに備えられる他の部材をPGAやPLA等の分解性材料、より好ましくはPGAから形成することにより、生産開始前に破砕処理が全く不要なダウンホールツールを得ることができる、(iv)フラクチャリング工程に使用されるダウンホールツールに限られることなく、何らかのシールが必要とされる多様な工程において使用される種々のダウンホールツールに適用することができる、などの利点がある。なお、坑井処理が終了した後に残存するダウンホールツール用分解性シール部材は、生産を開始するまでに完全に消失していることが好ましいが、完全に消失していないとしても、強度が低下してダウンホール中の水流等の刺激により崩壊するような状態となれば、崩壊したダウンホールツール用分解性シール部材は、フローバックなどにより容易に回収することができ、ダウンホールやフラクチャに目詰まりを生じさせることがないので、石油や天然ガス等の生産障害となることがない。また通常、ダウンホールの温度が高い方が、短時間でダウンホールツール用分解性シール部材の分解や強度低下が進行する。なお、坑井によっては地層中の含水量が低いことがあり、その場合にはフラクチャリング時に使用した水ベースの流体を、フラクチャリング後に回収することなく坑井中に残留させることで、ダウンホールツールの分解を促進させることができる。
Claims (26)
- 分解性を有する高分子材料から形成されることを特徴とするダウンホールツール用分解性シール部材。
- 温度23℃における曲げ弾性率が0.01〜8GPaの範囲である請求項1記載のダウンホールツール用分解性シール部材。
- 温度23℃における曲げ弾性率が0.05〜6GPaの範囲である請求項2記載のダウンホールツール用分解性シール部材。
- ドライ環境下では安定状態を維持し、温度66℃以上の流体中で分解可能である請求項1乃至3のいずれか1項に記載のダウンホールツール用分解性シール部材。
- 分解性を有する高分子材料は、温度150℃の水に24時間浸漬後の50%ひずみ圧縮応力の、浸漬前の50%ひずみ圧縮応力に対する減少率が5%以上である請求項1乃至4のいずれか1項に記載のダウンホールツール用分解性シール部材。
- 分解性を有する高分子材料は、温度150℃の水に72時間浸漬後の質量の、浸漬前の質量に対する減少率が5〜100%である請求項1乃至5のいずれか1項に記載のダウンホールツール用分解性シール部材。
- 分解性を有する高分子材料が、熱可塑性高分子材料を含有する請求項1乃至6のいずれか1項に記載のダウンホールツール用分解性シール部材。
- 分解性を有する高分子材料が、2種以上の分解性を有する高分子材料を含有する請求項1乃至7のいずれか1項に記載のダウンホールツール用分解性シール部材。
- 分解性を有する高分子材料が、エステル結合、アミド結合またはウレタン結合の少なくとも1つの結合を有する高分子材料を含有する請求項1乃至8のいずれか1項に記載のダウンホールツール用分解性シール部材。
- 分解性を有する高分子材料が、脂肪族ポリエステルを含有する請求項1乃至9のいずれか1項に記載のダウンホールツール用分解性シール部材。
- 脂肪族ポリエステルが、共重合体である請求項10記載のダウンホールツール用分解性シール部材。
- 脂肪族ポリエステルが、ポリ乳酸、ステレオコンプレックス型ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンアジペート/テレフタレート、及びポリブチレンサクシネート/アジペートからなる群より選ばれる少なくとも1種を含有する請求項10または11記載のダウンホールツール用分解性シール部材。
- 分解性を有する高分子材料が、酸性物質(酸生成物質でもよい。)を含有する請求項1乃至12のいずれか1項に記載のダウンホールツール用分解性シール部材。
- 分解性を有する高分子材料が、強化材を含有する請求項1乃至13のいずれか1項に記載のダウンホールツール用分解性シール部材。
- 引張破断ひずみが20%以上である請求項1乃至14のいずれか1項に記載のダウンホールツール用分解性シール部材。
- 環状の成形体である請求項1乃至15のいずれか1項に記載のダウンホールツール用分解性シール部材。
- 環状の成形体が、ダウンホールツールに備えられるマンドレルの軸方向と直交する外周面上に置かれるものである請求項16記載のダウンホールツール用分解性シール部材。
- 坑井掘削用プラグに備えられる請求項1乃至17のいずれか1項に記載のダウンホールツール用分解性シール部材。
- 請求項1乃至18のいずれか1項に記載のダウンホールツール用分解性シール部材を備えるダウンホールツール。
- 坑井掘削用プラグである請求項19記載のダウンホールツール。
- 請求項1乃至18のいずれか1項に記載のダウンホールツール用分解性シール部材を使用して、ダウンホールツールとケーシングとの間の流体をシールする坑井掘削方法。
- 請求項1乃至18のいずれか1項に記載のダウンホールツール用分解性シール部材を使用して、坑井孔の目止め処理を行った後に、ダウンホールツールが分解される坑井掘削方法。
- 分解性を有する高分子材料から形成され、温度23℃における曲げ弾性率が0.01〜8GPaの範囲であって、ドライ環境下では安定状態を維持し、温度66℃以上の流体中で分解可能であるダウンホールツール用分解性シール部材を備えるダウンホールツールを使用して、坑井孔をシールした後に、坑井孔内で該ダウンホールツール用分解性シール部材が分解されることを特徴とする坑井掘削方法。
- 分解性を有する高分子材料から形成され、温度23℃における曲げ弾性率が0.01〜8GPaの範囲であって、ドライ環境下では安定状態を維持し、温度66℃以上の流体中で分解可能であるダウンホールツール用分解性シール部材を備え、
さらに分解性材料を含有する他のダウンホールツール用部材を備えるダウンホールツールを使用して、坑井孔をシールした後に、坑井孔内で該ダウンホールツール用分解性シール部材が分解されることを特徴とする坑井掘削方法。 - 他のダウンホールツール用部材に含有される分解性材料がポリグリコール酸である請求項24記載の坑井掘削方法。
- 分解性を有する高分子材料から形成され、温度23℃における曲げ弾性率が0.01〜8GPaの範囲であって、ドライ環境下では安定状態を維持し、温度66℃以上の流体中で分解可能であるダウンホールツール用分解性シール部材を備え、該ダウンホールツール用分解性シール部材が、他のダウンホールツール用部材に接するダウンホールツールを使用して、坑井処理を行った後に、坑井孔内で該ダウンホールツール用分解性シール部材が分解されることを特徴とする坑井掘削方法。
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