JP2016061127A - 反応性金属を含有するダウンホールツール部材及び分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材を備えるダウンホールツール、並びに坑井掘削方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】反応性金属を含有するダウンホールツール部材、及び、反応性金属の分解を促進する分解性樹脂組成物、好ましくは、分解により酸を生成する分解性樹脂を含有する分解性樹脂組成物、或いは、分解性樹脂と反応性金属の分解を促進する無機物質または有機物質とを含有する分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材、並びに所望により更に分解性ゴム部材を備えることを特徴とするダウンホールツール;並びに、該ダウンホールツールを使用する坑井掘削方法。
【選択図】図1
Description
(3)前記分解性樹脂組成物は、脂肪族ポリエステルを含有する前記(1)または(2)のダウンホールツール。
(4)脂肪族ポリエステルは、ポリグリコール酸、ポリ乳酸及びグリコール酸・乳酸共重合体からなる群より選ばれる少なくとも1種である前記(3)のダウンホールツール。
(5)前記分解性樹脂組成物は、分解性樹脂と反応性金属の分解を促進する無機物質または有機物質とを含有する前記(1)〜(4)のいずれかのダウンホールツール。
(6)反応性金属の分解を促進する無機物質が、無機塩である前記(5)のダウンホールツール。
(7)無機塩が、塩化カリウムまたは塩化ナトリウムのいずれかを含有する前記(6)のダウンホールツール。
(8)前記分解性樹脂は、水溶性樹脂を含有する前記(5)〜(7)のいずれかのダウンホールツール。
(9)水溶性樹脂が、ポリビニルアルコール系重合体を含有する前記(8)のダウンホールツール。
(10)前記分解性樹脂は、分解性ゴムを含有する前記(5)〜(9)のいずれかのダウンホールツール。
(11)前記分解性樹脂組成物は、充填材を含有する前記(1)〜(10)のいずれかのダウンホールツール。
(12)前記分解性樹脂組成物は、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)〜(11)のいずれかのダウンホールツール。
(13)反応性金属が、マグネシウム、アルミニウム及びカルシウム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(1)〜(12)のいずれかのダウンホールツール。
(14)反応性金属と反応性金属の分解を促進する分解性樹脂組成物とを含有するダウンホールツール部材を備える、前記(1)〜(13)のいずれかのダウンホールツール。
(15)反応性金属と前記分解性樹脂組成物との両方を含有するダウンホールツール部材に含有される反応性金属と分解性樹脂組成物とが、いずれも粒状である前記(14)のダウンホールツール。
(16)反応性金属と前記分解性樹脂組成物との両方を含有するダウンホールツール部材に含有される反応性金属または前記分解性樹脂組成物である一方の成分が、他方の成分の中に分散する前記(14)または(15)のダウンホールツール。
(17)反応性金属と前記分解性樹脂組成物との両方を含有するダウンホールツール部材は、反応性金属を含有する層と前記分解性樹脂組成物を含有する層とを、別々の層として備える前記(14)〜(16)のいずれかのダウンホールツール。
(18)反応性金属と前記分解性樹脂組成物との両方を含有する層を備える前記(14)〜(17)のいずれかのダウンホールツール。
(19)組成が異なる複数の層を備える前記(17)または(18)のダウンホールツール。
(20)プラグである前記(1)〜(19)のいずれかのダウンホールツール。
(21)少なくとも坑井孔の内壁に当接する部分が反応性金属を主成分として含有するスリップ、及び、分解性樹脂組成物を主成分として含有する少なくとも一つのスリップ以外のダウンホールツール部材を備える前記(20)のプラグであるダウンホールツール。
(22)分解性ゴムからなる分解性ゴム部材、及び、反応性金属を主成分として含有するボールシーラーを備える前記(20)または(21)のプラグであるダウンホールツール。
(23)ボールシーラー及びボールシートを備えるスリーブシステムである前記(1)〜(19)のいずれかのダウンホールツール。
(24)ボールシートが反応性金属を主成分として含有し、ボールシーラーが分解性樹脂組成物を含有する前記(23)のスリーブシステムであるダウンホールツール。
(25)反応性金属を含有するダウンホールツール部材、反応性金属の分解を促進する分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材、及び分解性ゴム部材を備える前記(1)〜(24)のいずれかのダウンホールツール。
本発明の第1の側面によれば、反応性金属を含有するダウンホールツール部材、及び、反応性金属の分解を促進する分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材を備えることを特徴とするダウンホールツールが提供される。なお、先に説明したように、ダウンホールツールは、石油やガス等の生産が開始される段階では、通常、何らかの方法により除去することが必要なものである。
当業界において周知であるダウンホールツール及びダウンホールツール部材の具体例として、図1の模式的断面図に示すプラグについて説明する。ダウンホールツールであるプラグ(フラックプラグまたはブリッジプラグ等がある。)は、典型的な構造としては、ダウンホールの延在する方向に延びるダウンホールツール部材であるマンドレル1(中空の管状体であることが多いが、限定されるものではない。また、通常外径30〜200mm、長さ250〜2000mm程度である。)と、いずれも該マンドレル1の外周面上にマンドレル1の軸方向に離隔して周状に置かれるダウンホールツール部材である、環状のゴム部材2、スリップ3a、3b、ウエッジ4a、4b、及び1対のリング5a、5b等とを備えるものである。図1の模式的断面図に示すプラグにおいては更に、マンドレル1の中空部hに、いずれもダウンホールツール部材であるボールシーラー(ボール)10と、中心部に該ボールシーラー10より小径の円形状の空隙を有する略円環状のボールシート11とが備えられている。以下に、前記したプラグを使用してフラクチャリング(坑井処理操作の一つである。)を実施する場合について説明する。なお、ダウンホールツールであるプラグの構造は、先に説明した構造に限られない。
本発明のダウンホールツールは、該ダウンホールツールに備えられるダウンホールツール部材として、反応性金属を含有するダウンホールツール部材を備える。ダウンホールツールに備えられるダウンホールツール部材の内、例えば、マンドレルやスリップには、ダウンホールツールを坑井孔内に配置するときや、高水圧が負荷されるフラクチャリング等の坑井処理操作の際に、極めて大きな力(引張力、圧縮力、せん断力等)がかかるので、それに耐える強度が求められ、ダウンホールツール部材を形成する材料として金属が使用されることが多い。本発明のダウンホールツールに備えられるダウンホールツール部材(以下、「本発明のダウンホールツール部材」ということがある。)は、ダウンホールツール部材を形成する金属として、反応性金属を含有する点に特徴を有する。
本発明のダウンホールツール部材に含有される反応性金属とは、先に提示した特許文献3にも開示されるように、容易に酸素と結合して極めて安定な酸化物を形成したり、水と反応して二原子水素を生成したり、及び/または容易に酸素、水素、窒素、または他の非金属元素を吸収して脆化することにより、分解する金属元素である。より具体的には、反応性金属とは、ダウンホールツールが使用される坑井環境(以下、「ダウンホール環境」ということもある。)における所定の条件〔例えば、温度や圧力等の条件、水性流体(好ましくは酸性流体等)等の流体との接触など〕において、化学的変化に基づく分解反応によって分解し、当初のダウンホールツールまたはダウンホールツール部材の形状を容易に喪失することができるような、金属元素の単体及び該金属元素を主要成分とする合金を意味する。想定される坑井環境等の所定の条件に応じて、反応性金属の範囲は、当業者が適宜選択することができるが、多くの場合、周期表の第I族または第II族に属するアルカリ金属またはアルカリ土類金属や、アルミニウムなどが挙げられる。
本発明のダウンホールツールに備えられる反応性金属を含有するダウンホールツール部材は、先に説明した反応性金属及び所望により含有させる種々の配合材料を原材料として、それ自体公知の金属製のダウンホールツール部材の製造方法によって製造することができる。具体的には、粉末冶金、圧縮成形、押出成形、ダイキャスト等の成形方法によって、ダウンホールツール部材の形状に対応する棒状(丸棒状、角棒状、異形断面状等)、管状、板状(シート状)、球状、円柱状、角柱状、ペレット状、粒状等の成形品を製造し、更に必要に応じて、切削、切断、穿孔その他の機械加工を施すことによって、ダウンホールツール部材を得ることができる。
本発明のダウンホールツールは、該ダウンホールツールに備えられるダウンホールツール部材として、反応性金属を含有するダウンホールツール部材とともに、反応性金属の分解を促進する分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材(以下、単に「分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材」ということがある。)を備える。本発明のダウンホールツールに備えられる分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材としては、特に限定されるものではないが、例えば、スリップ以外のダウンホールツール部材やボールシーラーなどが、好ましく挙げられる。
本発明のダウンホールツールに備えられるダウンホールツール部材に含有される反応性金属の分解を促進する分解性樹脂組成物とは、樹脂組成物、すなわち樹脂(以下、「ポリマー」または「重合体」ということがある。)を含有する組成物であって、該樹脂組成物が分解、すなわち当初の組成等を喪失することによって、先に説明した反応性金属を含有するダウンホールツール部材に含有される反応性金属の分解を促進することができる樹脂組成物である。
上記の(1)に該当する場合の好ましい具体例として、分解性樹脂組成物は、分解により酸を生成する分解性樹脂を含有するものが挙げられる。すなわち、ダウンホールツール部材に含有される分解性樹脂組成物を形成する成分である樹脂が、所定の環境において、樹脂(重合体)の主鎖等の結合の一部または全部が破壊されて、遊離の酸(反応性を有する酸の誘導体を含む。)を生成するものである。生成した酸が、反応性金属を含有するダウンホールツール部材に含有される反応性金属の分解を促進する。分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材に含有される分解により酸を生成する分解性樹脂から生成された酸は、反応性金属を含有するダウンホールツール部材に含有される反応性金属に、ダウンホールツール内において、すなわち近接した距離で、かつ、高い酸濃度で接触することができるので、反応性金属の分解を促進する。また、一般に、反応性金属は、分解反応によって強アルカリ性となることが多いが、本発明によれば、生成された酸がアルカリを中和するので、ダウンホールツールの周囲近傍、より具体的には反応性金属を含有するダウンホールツール部材の周囲近傍の坑井環境がアルカリ性となることを防ぐことができ、また反応性金属の分解を更に促進する効果も期待できる。
分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材に好ましく含有される脂肪族ポリエステルは、分解性樹脂としても広く知られているものであって、ポリグリコール酸(PGA)、ポリ乳酸(PLA)、ポリ−ε−カプロラクトン等が挙げられる。上記した観点からより好ましくは、脂肪族ポリエステルが、PGA、PLA及びグリコール酸・乳酸共重合体(PGLA)からなる群より選ばれる少なくとも1種であるものであり、更に好ましい脂肪族ポリエステルはPGAである。
上記の(2)に該当する場合の好ましい具体例として、分解性樹脂組成物は、分解性樹脂と反応性金属の分解を促進する無機物質または有機物質とを含有するものが挙げられる。すなわち、ダウンホールツール部材に含有される分解性樹脂組成物を形成する成分である分解性樹脂が、所定の環境(具体的には水性流体が供給される坑井環境等である。)において、分解することにより消失することによって、該分解性樹脂組成物に含有されている反応性金属の分解を促進する無機物質または有機物質(以下、「分解トリガー」ということがある。)が、反応性金属を含有するダウンホールツール部材に含有される反応性金属に、ダウンホールツール内において、すなわち近接した距離で、かつ、高い無機物質または有機物質濃度で接触することができるので、反応性金属の分解を促進することができる。所定の環境において分解し消失する分解性樹脂としては、該所定の環境内に存在する水等の溶媒に溶出しまたは吸水して形状を失うことができる水溶性樹脂が好ましく挙げられ、また、該所定の環境内において、例えば水と接触することによって分解することができる分解性ゴムが好ましく挙げられる。なお、先に説明した「分解により酸を生成する分解性樹脂」も、分解性樹脂と分解トリガーとを含有する分解性樹脂組成物における分解性樹脂として使用することができる。
分解性樹脂と分解トリガーとを含有する分解性樹脂組成物に含有される分解性樹脂として好ましく使用される水溶性樹脂としては、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリアクリルアミド(N,N置換物でもよい。)、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸等が挙げられ、これらの樹脂を形成する単量体の共重合体、例えば、エチレン・ビニルアルコール共重合体(EVOH)、アクリルアミド・アクリル酸・メタクリル酸インターポリマー等が挙げられる。分解性の制御のしやすさ、強度、取扱い性等の観点から、水溶性樹脂は、好ましくはPVA、EVOH、ポリアクリル酸またはポリアクリルアミド等を含有し、より好ましくはPVAまたはEVOH等のポリビニルアルコール系重合体(PVA系重合体)を含有するものである。
PVA系重合体は、ビニルアルコール単位を有する重合体であり、具体的には酢酸ビニル単位を有する重合体をけん化することにより得られる重合体である。すなわち、酢酸ビニルを、必要に応じて酢酸ビニルと共重合可能な他の単量体(例えば、エチレン等のオレフィンなど)とともに、メタノール等のアルコール溶媒中で重合し、次いで、アルコール溶媒中でアルカリ触媒を使用して重合体中の酢酸ビニル単位の酢酸基を水酸基に置換することによって、ビニルアルコール単位を有する重合体(PVA)または共重合体(EVOH等)を得る。
分解性樹脂と分解トリガーとを含有する分解性樹脂組成物に含有される分解性樹脂として好ましく使用される分解性ゴムとしては、従来、ダウンホールツール用の分解性シール部材等を形成するために使用されていた分解性ゴムを含有するものを使用することができる。なお、分解性ゴムにおける分解性とは、生分解性や加水分解性等の何らかの方法により化学的に分解することができる分解性を意味するほか、例えば、重合度の低下等によりゴムが本来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り、分解性ゴムを含有する部材が簡単に崩壊して形状を失うこと(崩壊性)も意味する。なお、分解性ゴムを、先に説明した分解により酸を生成する分解性樹脂と併用すると、該分解により酸を生成する分解性樹脂から生成される酸によって、分解性ゴムの分解が一層促進される。分解性ゴムは、1種単体で使用してもよいが、2種以上の分解性ゴムを混合して使用してもよい。
分解性ゴムとしては、ウレタンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、スチレンゴム、アクリルゴム、脂肪族ポリエステルゴム、クロロプレンゴム、ポリエステル系熱可塑性エラストマー及びポリアミド系熱可塑性エラストマーからなる群より選ばれる少なくとも1種を含有する分解性ゴムが挙げられる。また、分解性や崩壊性の観点から、分解性ゴムは、加水分解性の官能基(例えば、ウレタン基、エステル基、アミド基、カルボキシル基、水酸基、シリル基、酸無水物、酸ハロゲン化物等)を有するゴムを含有する分解性ゴムも好ましく挙げられる。なお、ここで「官能基を有する」とは、ゴム分子の主鎖を形成する結合として有することや、例えば架橋点となるゴム分子の側鎖として有することを意味する。特に好ましい分解性ゴムとしては、ゴムの構造や硬度、架橋度等を調整したり、他の配合剤を選択したりすることによって、分解性や崩壊性の制御を容易に実施することができることから、ウレタンゴムが挙げられる。すなわち、特に好ましい分解性ゴムは、加水分解性のウレタン結合を有するウレタンゴムを含有するものである。また、同様に分解性ゴムは、ポリエステル系熱可塑性エラストマーまたはポリアミド系熱可塑性エラストマーを含有するものも好ましい。
分解性ゴムとして特に好ましく使用されるウレタンゴム(「ウレタンエラストマー」ということもある。)は、分子中にウレタン結合(−NH−CO−O−)を有するゴム材料であり、通常、イソシアネート化合物と水酸基を有する化合物とを縮合して得られる。イソシアネート化合物としては、芳香族(複数の芳香族環を有してもよい。)、脂肪族、脂環族系のジ、トリ、テトラ系のポリイソシアネート類、またはこれらの混合物が用いられる。水酸基を有する化合物として、その主鎖にエステル結合を有するポリエステル型ウレタンゴム(以下、「エステル型ウレタンゴム」ということがある。)とその主鎖にエーテル結合を有するポリエーテル型ウレタンゴム(以下、「エーテル型ウレタンゴム」ということがある。)とに大別され、分解性や崩壊性の制御がより容易であることから、エステル型ウレタンゴムが好ましい場合が多い。ウレタンゴムは合成ゴムの弾性(柔らかさ)とプラスチックの剛性(固さ)を併せ持った弾性体であり、一般に、耐摩耗性、耐薬品性、耐油性に優れ、機械的強度が大きく、耐荷重性が大きく、高弾性でエネルギー吸収性が高いことが知られている。ウレタンゴムとしては、成形方法の差異によって、i)混練(ミラブル)タイプ:一般のゴムと同じ加工方法で成形できる、ii)熱可塑性タイプ:熱可塑性樹脂と同じ加工方法で成形できる、及びiii)注型タイプ:液状の原料を使用して熱硬化する加工方法で成形できる、というタイプ区分がされるが、本発明の分解性樹脂組成物に含有される分解性ゴムを形成するウレタンゴムとしては、いずれのタイプのものも使用することができる。
分解性樹脂とともに分解性樹脂組成物に含有される反応性金属の分解を促進する無機物質または有機物質(分解トリガー)としては、反応性金属を含有するダウンホールツール部材に含有される反応性金属の分解を促進することができる限り特に限定されず、例えば、塩酸、硝酸、リン酸、硫酸、ホウ酸、フッ化水素酸等の無機酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等の無機塩基、塩化ナトリウム、塩化カリウム等の無機塩などの無機物質や、クエン酸、コハク酸、シュウ酸、グリコール酸、乳酸、リン酸、蟻酸、酢酸等の有機酸、アニリン、アンモニア、ピリジン、アミン類等の有機塩基、有機塩などの有機物質が挙げられる。該無機物質または有機物質の所定の坑井環境(例えば温度等)における形態(固体か、液体か等)、反応性金属に対する分解反応の促進効果、水性流体に対する溶解性等の観点から、最適のものを選択することができる。多くの場合、溶解性等の観点から、分解トリガーとしては、反応性金属の分解を促進する無機物質が、無機塩であることが好ましく、反応性金属の分解反応の促進効果及び取扱い性等の観点から、無機塩が、塩化カリウムまたは塩化ナトリウムのいずれかを含有するものがより好ましい。なお、反応性金属の分解を促進する効果に関しては、例えば、前記のマグネシウム合金〔商品名:IN−Tallic(登録商標)〕を、濃度4質量%の塩化ナトリウム水溶液に浸漬すると、直ちに気泡(H2ガス)を発生して溶解し、沈殿物を生成する。同時に、当初中性であった前記塩化ナトリウム水溶液がアルカリ性に変化したことにより、マグネシウム合金の分解が促進されたことが確認できる。
本発明のダウンホールツールに備えられる分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材に含有される反応性金属の分解を促進する分解性樹脂組成物としては、先に説明した分解により酸を生成する分解性樹脂、及び/または、分解性樹脂と反応性金属の分解を促進する無機物質または有機物質(分解トリガー)に加えて、本発明の目的を妨げない範囲で、所望により、更に他の重合体や、充填材、可塑剤、着色剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、加工安定剤、耐候安定剤、帯電防止剤、難燃剤、離型剤、防かび剤、防腐剤などの通常使用される更に他の添加剤を含有させることができる。これらの更に他の重合体または更に他の添加剤の含有割合は、それらの種類や、更には坑井環境に応じて最適範囲を選定すればよいが、前記の分解性樹脂組成物において、通常0〜80質量%であり、多くの場合0〜70質量%、更に他の添加剤の種類によっては、0〜10質量%である(0質量%とは、充填材を含有しないことを意味する。)。
例えば、前記の分解性樹脂組成物は、強度に優れるダウンホールツール部材を提供する観点から、充填材を含有してもよい。充填材としては、タルク、クレー、炭酸カルシウム、シリカ、マイカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、ガラス等の無機充填材や、尿素−ホルマリン系樹脂、メラミン−ホルマリン系樹脂等の有機充填材などが挙げられる。すなわち、分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材に含有される分解性樹脂組成物は、充填材を含有するものでもよく、充填材は、無機充填材または有機充填材の少なくとも1種を含有するものでもよい。また、充填材の形態としては、繊維状充填材や粒子状充填材を使用することができる。すなわち、充填材は、繊維状充填材または粒子状充填材の少なくとも1種を含有するものでもよい。充填材の含有量は特に制限はないが、前記の分解性樹脂組成物において、通常0〜70質量%であり、0〜50質量%が好ましい(0質量%とは、充填材を含有しないことを意味する。)。
分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材に含有される分解性樹脂組成物は、先に説明したとり、諸特性を改善する観点から、更に他の重合体を含有してもよい。前記の更に他の重合体としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ABS樹脂、ポリスチレン等の汎用樹脂を使用することもできる。しかし、例えば、高深度化など採掘条件が過酷かつ多様なものとなるもとで、ダウンホールツールに備えられるダウンホールツール部材を、坑井掘削に使用する諸部材と接触や衝突しても損傷しにくいという耐衝撃性を有するものとする観点から、更に他の重合体としては、衝撃吸収材として作用することができる重合体を含有させることが好ましいことがあり、具体的には、各種ゴム材料またはエラストマー材料を挙げることができる。より具体的には、天然ゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリウレタンゴム等の天然ゴムまたは合成ゴム;熱可塑性オレフィン系エラストマー(エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体等)、熱可塑性ポリエステルエラストマー(芳香族ポリエステル・脂肪族ポリエステルブロックコポリマー、ポリエステル・ポリエーテルブロックコポリマー等)、熱可塑性ポリウレタンエラストマー、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体、スチレン・エチレン/ブチレン・スチレンブロック共重合体(SEBS)等のスチレン系熱可塑性エラストマー、メタクリレート系樹脂の硬質成分相の中にゴム成分相のアクリルゴムを含有する、好ましくはコア−シェル構造を有するアクリルゴム含有メタクリレート樹脂等の熱可塑性エラストマー;などが挙げられる。更に他の重合体の含有量は、特に制限はないが、前記の分解性樹脂組成物において、通常0〜30質量%であり、0〜15質量%が好ましい(0質量%とは、更に他の重合体を含有しないことを意味する。)。
さらに、本発明のダウンホールツールに備えられる分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材としては、例えば種々の坑井環境において、確実に分解性を発揮する観点から好ましくは、前記分解性樹脂組成物は、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(以下、「150℃72時間質量減少率」ということがある。)が5〜100%であるものが挙げられる。
分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材に含有される分解性樹脂組成物の前記150℃72時間質量減少率とは、分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材から、厚み、長さ及び幅各20mmに切り出した試料を、温度150℃の水(脱イオン水等)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、当初質量に対する減少率(単位:%)を算出するものである。なお、温度150℃の水に浸漬中に、分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材から切り出した試料が、分解したり溶出したりして形状を失いまたは消失する場合は、前記の質量減少率を100%とする。
本発明のダウンホールツールに備えられる分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材は、先に説明した分解性樹脂組成物を形成する諸成分となる種々の配合材料を原材料として、それ自体公知の、樹脂を含有するダウンホールツール部材の形状や大きさに適合する成形方法によって製造することができる。典型的には、溶融成形により製造される分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材が提供される。溶融成形法としては、射出成形、圧縮成形、遠心成形、押出成形(Tダイ、棒状ダイまたは環状ダイを使用する押出成形、インフレーション成形などが採用でき、更に固化押出成形によることもできる。)等の汎用の溶融成形法を採用することができる。その他、ダウンホールツール部材の形状や大きさに応じて、溶液キャスト法、遠心成形、焼結成形など、それ自体公知の、樹脂成形方法を採用して、該部材を製造することもできる。分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材が、複数の部品部材の組み合わせによって形成されるものである場合は、いわゆるインサート成形やアウトサート成形によって、分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材を製造することができる。さらに、これらの溶融成形法によって得られる成形品を予備成形品(棒状、中空状または板状等の形状とすることができる。)として、切削、切断、穿孔その他の機械加工を行うことにより、所望の形状(ボール状、異形断面を有する棒状、中空状または板状体等の形状とすることができる。)のダウンホールツール部材を製造することができる。
反応性金属を含有するダウンホールツール部材、及び、分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材を備える本発明のダウンホールツールは、反応性金属と反応性金属の分解を促進する分解性樹脂組成物との両方を含有するダウンホールツール部材(以下、「反応性金属と分解性樹脂組成物とを含有するダウンホールツール部材」ということがある。)を備えるものとしてもよい。反応性金属と分解性樹脂組成物とを含有するダウンホールツール部材は、該ダウンホールツール部材中に、反応性金属と、反応性金属の分解を促進する分解性樹脂組成物とを併せて含有するものであることによって、より近接した距離において反応性金属と接触し、反応性金属の分解を促進することができるので、望ましい場合がある。
反応性金属と分解性樹脂組成物とを含有するダウンホールツール部材としては、該ダウンホールツール部材に含有される反応性金属と分解性樹脂組成物とが、いずれも粒状であるものとすることができる。例えば、反応性金属から形成した粒状物と分解性樹脂組成物から形成した粒状物(これらの粒状物は、それ自体公知の方法によって、調製することができる。)を、いわゆる粉末冶金に類似する方法によって、粒状物同士を焼結または溶着若しくは接着させるとともに所定の形状に成形することによって、粒子の集合体であるダウンホールツール部材を得ることができる。
反応性金属と分解性樹脂組成物とを含有するダウンホールツール部材としては、反応性金属または分解性樹脂組成物である一方の成分が、他方の成分の中に分散するダウンホールツール部材とすることができる。すなわち、分解性樹脂組成物をマトリックスとしてその内部に反応性金属が連続または不連続に分散しているダウンホールツール部材、または、反応性金属をマトリックスとしてその内部に分解性樹脂組成物が連続または不連続に分散しているダウンホールツール部材である。このダウンホールツール部材は、溶融成形(射出成形、押出成形、遠心成形等)、圧縮成形、溶媒キャスト法などそれ自体公知の成形方法によって、所望の形状に調製することができる。
また、反応性金属と分解性樹脂組成物とを含有するダウンホールツール部材としては、反応性金属を含有する層と分解性樹脂組成物を含有する層とを、別々の層として備えるものとすることができる。すなわち、このダウンホールツール部材は、反応性金属を含有する層と分解性樹脂組成物を含有する層とを、別々の層として隣接または接触して備える、または、他の層を介在させて備える広義の積層構造を有するダウンホールツール部材である。該広義の積層構造のダウンホールツール部材の積層構造や形状は特に限定されず、狭義の積層体(例えば、板状積層体、管状積層体等)や、表面被覆構造の積層体(コア−コーティング構造、コア−シース構造等)などを含む。また、表面被覆構造としては、不連続な表面被覆構造、例えば、反応性金属を含有する層及び分解性樹脂組成物である一方の成分からなるシート状の層の上に、他方の成分が粒状に配列されることにより層を形成するものでもよい。さらに、反応性金属を含有する層と分解性樹脂組成物を含有する層とを、接触して備えるダウンホールツール部材とは、いわゆるインサート成形品またはアウトサート成形品を含む意味で使用されている。
さらに、反応性金属と分解性樹脂組成物とを含有するダウンホールツール部材としては、例えば、前記の反応性金属を含有する層と分解性樹脂組成物を含有する層とを、別々の層として備えるダウンホールツール部材であって更に、または、該反応性金属を含有する層と分解性樹脂組成物を含有する層とを、別々の層として備えるダウンホールツール部材に代えて、反応性金属と分解性樹脂組成物とを含有する層を備えるダウンホールツール部材とすることができる。すなわち、反応性金属と分解性樹脂組成物とを含有する層を備えるダウンホールツール部材とは、典型的には、先に説明した反応性金属を含有する層または分解性樹脂組成物を含有する層の少なくとも1つの層が、反応性金属と分解性樹脂組成物とを含有する層であるダウンホールツール部材である。既に説明したように、反応性金属と分解性樹脂組成物とを含有する層は、反応性金属と分解性樹脂組成物とが、いずれも粒状である構造の層でもよいし、反応性金属または分解性樹脂組成物である一方の成分が、他方の成分の中に分散する構造の層でもよい。また、反応性金属と分解性樹脂組成物とを含有する層を備えるダウンホールツール部材は、例えば、反応性金属と分解性樹脂組成物とが、いずれも粒状であるコア層を、分解性樹脂組成物を含有する層で被覆(コーティング)した積層構造のダウンホールツール部材でもよい。
更にまた、反応性金属と前記分解性樹脂組成物とを含有するダウンホールツール部材としては、反応性金属を含有する層、分解性樹脂組成物を含有する層、更には反応性金属と分解性樹脂組成物とを含有する層との組み合わせとして、組成が異なる複数の層を備えるダウンホールツール部材とすることもできる。すなわち、組成が異なる複数の層を備えるダウンホールツール部材とすることによって、いわゆる傾斜材料を得ることにより、ダウンホールツール部材の強度や分解性などを多様な坑井環境に対応することができるようにより細かく調整することができる。
本発明のダウンホールツールは、反応性金属を含有するダウンホールツール部材、及び、反応性金属の分解を促進する分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材を備えることを特徴とし、所望によっては、反応性金属と前記分解性樹脂組成物とを含有するダウンホールツール部材を備えてもよい。本発明のダウンホールツールは、反応性金属を含有するダウンホールツール部材とともに、前記分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材を備えることにより、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、所定の期間(例えば数日間〜数か月間等)ダウンホールツール及びダウンホールツール部材に要求される形状や強度等の特性を維持して所期の機能を発揮し、その後所望の短期間(例えば数時間〜数週間等)で分解・除去が可能であるものとすることができる。
さらに、本発明のダウンホールツールは、反応性金属を含有するダウンホールツール部材、及び、反応性金属の分解を促進する分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材に加えて、分解性ゴムを含有する分解性ゴム部材(これ自体、ダウンホールツール部材に該当するものである。)を備えることによって、ダウンホールツール及びダウンホールツール部材の所望の短期間(例えば数時間〜数週間等)での分解・除去を一層容易とすることができる。本発明のダウンホールツールが、反応性金属を含有するダウンホールツール部材、反応性金属の分解を促進する分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材、及び分解性ゴム部材を備えるものである場合、分解性ゴム部材としては、先に説明した環状のゴム部材を始めとして、ダウンホールツールに備えられるダウンホールツール部材のうち、ゴムを主たる材料として形成されるものに適用することができる。例えば、環状のゴム部材を分解性ゴム部材に該当するものとする場合、環状のゴム部材のすべての部分を分解性ゴムから形成されるものとしてもよいし、環状のゴム部材の一部分を分解性ゴムから形成されるものとしてもよい。分解性ゴム部材に含有される分解性ゴムとしては、先に分解性樹脂及び反応性金属の分解を促進する無機物質または有機物質(反応性金属の分解を促進する分解性樹脂組成物に属するものである。)において説明し、具体例を示した分解性ゴム(すなわち、従来から使用されていた分解性ゴム)を使用することができる。また、分解性ゴム部材は、分解性ゴムのほか、先に説明した更に他の添加剤及び/または更に他の樹脂を含有するものとすることができる。
したがって、反応性金属を含有するダウンホールツール部材、及び、分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材を備える本発明のダウンホールツールは、環状のゴム部材などを含むすべてのダウンホールツール部材が坑井環境内で分解可能である完全分解性のダウンホールツールとすることができる。しかも、反応性金属の分解を促進させることができる酸や塩化カリウム等の無機物質または有機物質(分解トリガー)が、ダウンホールツールに備えられる他のまたは同一のダウンホールツール部材から供給されるため、従来、反応性金属を含有するダウンホールツール部材を分解・除去するために採用されていた、坑井内への酸の圧入等の特別の付加的な操作を不要とすることができるので、坑井掘削の経費節減及び工程短縮に寄与することができる。
本発明の反応性金属を含有するダウンホールツール部材、及び、前記分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材、並びに所望により更に分解性ゴム部材を備えることを特徴とするダウンホールツールとしては、特に限定されないが、多様な坑井環境条件下で、坑井処理を確実に行い、かつその除去を容易に行うことができる観点から好ましい具体例として、プラグであるダウンホールツールや、ボールシーラー(ボール)及びボールシートを備えるスリーブシステムであるダウンホールツールが挙げられる。
本発明の反応性金属を含有するダウンホールツール部材、及び、前記分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材を備えることを特徴とするダウンホールツールは、特に製造方法が限定されず、マンドレル、環状のゴム部材、スリップ、ウエッジ、リング、ボールシーラー、ボールシート等のダウンホールツール部材を常法に従って配置することにより製造することができる。また、ラチェット機構等、ダウンホールツール部材の一部分(部品等)を、反応性金属を含有するものとしたり、反応性金属の分解を促進する分解性樹脂組成物を含有するものとしたりすることによって、ダウンホールツールを得てもよい。
本発明の第2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を使用する坑井掘削方法が提供され、さらに、前記のダウンホールツールを使用してフラクチャリング等の坑井処理を実施した後に、前記の分解性樹脂組成物によって、反応性金属を分解し、消失させる坑井掘削方法が提供される。特に、前記のダウンホールツールを使用してフラクチャリング等の坑井処理を実施した後に、前記分解性樹脂組成物に含有される分解性樹脂が分解して、生成する酸或いは放出される反応性金属の分解を促進する無機物質または有機物質によって、反応性金属を分解し、消失させる坑井掘削方法、並びに、前記の更に分解性ゴム部材を備えるダウンホールツールを使用して坑井処理を実施した後に、前記分解性樹脂組成物に含有される分解性樹脂が分解して、生成する酸或いは放出される反応性金属の分解を促進する無機物質または有機物質によって、反応性金属を分解し、消失させるともに、並行して、分解性ゴム部材が分解により崩壊または消失する坑井掘削方法が提供される。そしてまた、反応性金属または前記分解性樹脂組成物の少なくとも一方を含有するボールシーラーを、反応性金属または前記分解性樹脂組成物の少なくとも他方(前記の一方ではない他方)を含有するボールシートと接触させて坑井処理を実施する坑井掘削方法が提供される。本発明のダウンホールツールを使用する坑井掘削方法によれば、従来、ダウンホールツールまたはダウンホールツール部材を除去するために、多くの経費と時間を費やして実施されていた破砕やドリル空け等の操作が不要となるばかりでなく、反応性金属を含有するダウンホールツール部材等を除去するために採用されていた坑井内への酸の圧入等の特別の付加的な操作も不要とすることができるので、坑井掘削の経費節減及び工程短縮に寄与することができる。
2 : 環状のゴム部材(分解性ゴム部材)
3a、3b : スリップ
4a、4b : ウエッジ
5a、5b : (1対の)リング
10 : ボールシーラー(ボール)
11 : ボールシート
H : ダウンホールの内壁
h : マンドレルの中空部
Claims (30)
- 反応性金属を含有するダウンホールツール部材、及び、反応性金属の分解を促進する分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材を備えることを特徴とするダウンホールツール。
- 前記分解性樹脂組成物は、分解により酸を生成する分解性樹脂を含有する請求項1記載のダウンホールツール。
- 前記分解性樹脂組成物は、脂肪族ポリエステルを含有する請求項1または2記載のダウンホールツール。
- 脂肪族ポリエステルは、ポリグリコール酸、ポリ乳酸及びグリコール酸・乳酸共重合体からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項3記載のダウンホールツール。
- 前記分解性樹脂組成物は、分解性樹脂と反応性金属の分解を促進する無機物質または有機物質とを含有する請求項1乃至4のいずれか1項に記載のダウンホールツール。
- 反応性金属の分解を促進する無機物質が、無機塩である請求項5記載のダウンホールツール。
- 無機塩が、塩化カリウムまたは塩化ナトリウムのいずれかを含有する請求項6記載のダウンホールツール。
- 前記分解性樹脂は、水溶性樹脂を含有する請求項5乃至7のいずれか1項に記載のダウンホールツール。
- 水溶性樹脂が、ポリビニルアルコール系重合体を含有する請求項8記載のダウンホールツール。
- 前記分解性樹脂は、分解性ゴムを含有する請求項5乃至9のいずれか1項に記載のダウンホールツール。
- 前記分解性樹脂組成物は、充填材を含有する請求項1乃至10のいずれか1項に記載のダウンホールツール。
- 前記分解性樹脂組成物は、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11のいずれか1項に記載のダウンホールツール。
- 反応性金属が、マグネシウム、アルミニウム及びカルシウム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1乃至12のいずれか1項に記載のダウンホールツール。
- 反応性金属と反応性金属の分解を促進する分解性樹脂組成物との両方を含有するダウンホールツール部材を備える、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。
- 反応性金属と前記分解性樹脂組成物との両方を含有するダウンホールツール部材に含有される反応性金属と分解性樹脂組成物とが、いずれも粒状である請求項14記載のダウンホールツール。
- 反応性金属と前記分解性樹脂組成物との両方を含有するダウンホールツール部材に含有される反応性金属または前記分解性樹脂組成物である一方の成分が、他方の成分の中に分散する請求項14または15記載のダウンホールツール。
- 反応性金属と前記分解性樹脂組成物との両方を含有するダウンホールツール部材は、反応性金属を含有する層と前記分解性樹脂組成物を含有する層とを、別々の層として備える請求項14乃至16のいずれか1項に記載のダウンホールツール。
- 反応性金属と前記分解性樹脂組成物との両方を含有する層を備える請求項14乃至17のいずれか1項に記載のダウンホールツール。
- 組成が異なる複数の層を備える請求項17または18記載のダウンホールツール。
- プラグである請求項1乃至19のいずれか1項に記載のダウンホールツール。
- 少なくとも坑井孔の内壁に当接する部分が反応性金属を主成分として含有するスリップ、及び、分解性樹脂組成物を主成分として含有する少なくとも一つのスリップ以外のダウンホールツール部材を備える請求項20記載のプラグであるダウンホールツール。
- 分解性ゴムからなる分解性ゴム部材、及び、反応性金属を主成分として含有するボールシーラーを備える請求項20または21記載のプラグであるダウンホールツール。
- ボールシーラー及びボールシートを備えるスリーブシステムである請求項1乃至19のいずれか1項に記載のダウンホールツール。
- ボールシートが反応性金属を主成分として含有し、ボールシーラーが分解性樹脂組成物を含有する請求項23記載のスリーブシステムであるダウンホールツール。
- 反応性金属を含有するダウンホールツール部材、反応性金属の分解を促進する分解性樹脂組成物を含有するダウンホールツール部材、及び分解性ゴム部材を備える請求項1乃至24のいずれか1項に記載のダウンホールツール。
- 請求項1乃至25のいずれか1項に記載のダウンホールツールを使用する坑井掘削方法。
- 請求項1乃至25のいずれか1項に記載のダウンホールツールを使用して坑井処理を実施した後に、前記分解性樹脂組成物によって、反応性金属を分解し、消失させる坑井掘削方法。
- 請求項1乃至25のいずれか1項に記載のダウンホールツールを使用して坑井処理を実施した後に、前記分解性樹脂組成物に含有される分解性樹脂が分解して、生成する酸或いは放出される反応性金属の分解を促進する無機物質または有機物質によって、反応性金属を分解し、消失させる坑井掘削方法。
- 請求項25記載のダウンホールツールを使用して坑井処理を実施した後に、前記分解性樹脂組成物に含有される分解性樹脂が分解して、生成する酸或いは放出される反応性金属の分解を促進する無機物質または有機物質によって、反応性金属を分解し、消失させるともに、並行して、分解性ゴム部材が分解により崩壊または消失する坑井掘削方法。
- 反応性金属または前記分解性樹脂組成物の少なくとも一方を含有するボールシーラーを、反応性金属または前記分解性樹脂組成物の少なくとも他方を含有するボールシートと接触させて坑井処理を実施する請求項26乃至29のいずれか1項に記載の坑井掘削方法。
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