JP5763831B2 - 掘削流体調整剤及びこれを用いた掘削流体 - Google Patents
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Description
(1)坑底から掘削くずを地上へ排出する。
(2)坑井内の圧力を制御することにより、地層流体の噴出を防止する。
(3)薄くて強靭な泥壁を作って、坑壁を保護し、地層の崩壊を防ぐ。
(4)坑井用の機器を冷却し、潤滑性を与える。
(5)循環を停止しても掘削くずが泥水中に沈降しないように保持する。
カリウムイオンは、モンモリロナイトに電気的に吸着され得る陽イオンの中でも、モンモリロナイトの膨潤抑制力に優れることが知られている。上記ポリマーは、ベントナイト泥水のセメント汚染に対する抵抗力を高めることができ、また掘削泥水の分散剤としての役割を果たすことで、掘削泥水の高粘性化を防止できることが知られている。
なかでも、共重合反応性および工業的な取り扱い性に優れるという点から、R1〜R6 が水素、Xが単結合、R7及びR8 がR9−CO−であり、R9 がアルキル基である、3,4−ジアシロキシ−1−ブテンが好ましく、さらにそのなかでも特にR9がメチル基である3,4−ジアセトキシ−1−ブテンが好ましく用いられる。かかる3,4−ジアセトキシ−1−ブテンは、その共重合体をケン化する際に発生する副生物が、ビニルエステル系モノマーとして多用される酢酸ビニルに由来する構造単位からケン化時に副生する化合物と同一であり、その後処理や溶剤回収系に敢えて特別な装置や工程を設ける必要がなく、従来からの設備を利用出来るという点も、工業的に大きな利点である。
高ケン化度の側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂を用いることは、次のような利点がある。掘削流体が強酸性、強アルカリ性の場合であっても部分ケン化物のようにケン化反応が進行することはないので、掘削流体の特性が安定しているという点、また海水等の塩水や添加剤として塩類を必要十分量含有させた掘削流体に側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂を溶解させる場合に、部分ケン化物と比べて、発泡が少なくて済むといった点である。一方、ケン化度が低くなりすぎると、モンモリロナイト等の層状化合物の膨潤抑制性が低下する傾向がある。
本発明の掘削流体は、液性媒体としての水または油に、無機系粘土鉱物を含有する掘削泥水または掘削泥油に、上記本発明の掘削流体調整剤を添加したものである。水については特に限定せず、地下水、海水も含む概念である。塩類の含有率が高い水を使用する場合には、掘削流体調整剤の組成で調節すればよい。
(1)膨潤率
PVA系樹脂1部を水99部に溶解し、1重量%PVA水溶液を得た。
方眼紙の上に、高さ20mm×直径90mmの透明の容器を置き、かかる容器の中に、縦×横×厚みが10〜25mm×10〜15mm×10〜15mmのモンモリロナイトペレット(産地サン・サルヴォ)を3個、均等に並べた。
その上から、調製したPVA水溶液を静かに流し入れ、モンモリロナイトがPVA水溶液に浸漬する状態で4時間静置した。
元のペレットの縦の長さL0(mm)、4時間浸漬後のペレットの縦の長さL4(mm)は、ペレットを載置した方眼紙の目盛から読み取り、下記式に基づいて、ペレット膨潤率(%)を算出した。3個のペレットの平均値を採用した。
膨潤率(%)=(L4/L0)×100
乾燥PVA系樹脂粒子約4g(S1g)を、三角フラスコ中のイオン交換水200mlに分散させた後、20℃で30分間撹拌し、PVA系樹脂粒子を溶解させた。このPVA溶解液を、予め秤量してある35μmの金網(A1g)で濾過した。三角フラスコ内に残存していたPVA未溶解分を、20℃の水400mlで洗浄し、洗浄液を金網上に移した。PVA未溶解分が付着した金網を、105℃の電気定温乾燥器で2時間乾燥を行い、その重量(B1g)を測定して、下記式により、未溶解分の割合(%)を求めた。算出された未溶解分率を、100%から差引いた値を、水溶解性(%)とした。
未溶解分率(%)=[(B1−A1)/S1]×100
乾燥PVA系樹脂粒子約4g(S2g)を、三角フラスコ中の4%塩化カリウム水溶液200mlに分散させた後、20℃で30分間撹拌し、PVA系樹脂粒子を溶解させ、PVA溶解液を得た。このPVA溶解液を、予め秤量してある35μmの金網(A2g)で濾過した。三角フラスコ内に残存していたPVA未溶解分を、20℃の水400mlで洗浄し、洗浄液を金網上に移した。PVA未溶解分が付着した金網を、105℃の電気定温乾燥器で2時間乾燥を行い、その重量(B2g)を測定して、下記式により、未溶解分の割合(%)を求めた。算出された未溶解分率を、100%から差引いた値を、塩水溶解性(%)とした。
未溶解分率(%)=[(B2−A2)/S2]×100
残存酢酸ビニル及び残存3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量から算出した。
JIS K6726に準じて測定した。
1H−NMR(内部標準:テトラメチルシラン、溶媒:DMSO−d6)で測定して算出した。
モノマー仕込み量から算出した。
還流冷却器、滴下漏斗、撹拌機を備えた反応缶に、酢酸ビニル3500部、メタノール520部、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン405部を仕込み、アセチルパーオキサイドを0.0320モル%(対仕込み酢酸ビニル)投入し、撹拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。酢酸ビニルの重合率が72.5%となった時点で、重合禁止剤としてメトキシフェノール100ppm(対仕込み酢酸ビニル)を加え、重合を終了した。続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液を得た。
次いで、該溶液をメタノールで希釈して濃度30%に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を40℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの2%メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル及び3,4−ジアセトキシ−1-ブテンの合計量1モルに対して12.6ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行すると共にケン化物が析出して、粒子状となった時点で濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂1を得た。
還流冷却器、滴下漏斗、撹拌機を備えた反応缶に、酢酸ビニル6500部、メタノール260部、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン268部を仕込み、アセチルパーオキサイドを0.0033モル%(対仕込み酢酸ビニル)投入し、撹拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。酢酸ビニルの重合率が52%となった時点で、重合禁止剤としてメトキシフェノール30ppm(対仕込み酢酸ビニル)を加え、重合を終了した。続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液を得た。
還流冷却器、滴下漏斗、撹拌機を備えた反応缶に、酢酸ビニル350部、メタノール12部、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン51部を仕込み、アセチルパーオキサイドを0.002モル%(対仕込み酢酸ビニル)投入し、撹拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。酢酸ビニルの重合率が65%となった時点で、重合禁止剤としてメトキシフェノール100ppm(対仕込み酢酸ビニル)を加え、重合を終了した。続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液を得た。
次いで、該溶液をメタノールで希釈して濃度35%に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を35℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの2%メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル及び3,4−ジアセトキシ−1-ブテンの合計量1モルに対して9ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行すると共にケン化物が析出して、粒子状となった時点で濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂3を得た。
重合缶にオキシエチレン基の平均鎖長(n)が10のポリオキシエチレンモノアリルエーテル15.0部と酢酸ビニル85部、メタノール10.0部を仕込み、還流状態になるまで昇温した後30分間還流させてから、アゾビスイソブチロニトリルを全仕込酢酸ビニル量に対して0.08モル%仕込んで重合を開始した。反応開始後2時間目と4時間目にアゾビスイソブチロニトリルを全仕込酢酸ビニル量に対して0.08モル%ずつ追加した。
次いで、重合反応開始後約8時間目で、冷却用メタノール20部と禁止剤としてm−ジニトロベンゼンを0.2部加え、反応缶ジャケットを冷却して重合反応を停止して、ポリオキシエチレン基含有酢酸ビニル重合体を得た。かかる重合体の重合率は約95%であった。
重合缶にオキシエチレン基の平均鎖長(n)が10のポリオキシエチレンモノアリルエーテル15.0部と酢酸ビニル85部、メタノール10.0部を仕込み、還流状態になるまで昇温した後30分間還流させてから、アゾビスイソブチロニトリルを全仕込酢酸ビニル量に対して0.08モル%仕込んで重合を開始した。反応開始後2時間目と4時間目にアゾビスイソブチロニトリルを全仕込酢酸ビニル量に対して0.08モル%ずつ追加した。
次いで、重合反応開始後約8時間目で、冷却用メタノール20部と禁止剤としてm−ジニトロベンゼンを0.2部加え、反応缶ジャケットを冷却して重合反応を停止して、ポリオキシエチレン基含有酢酸ビニル重合体を得た。かかる重合体の重合率は約95%であった。
ケン化度88モル%、重合度2100の未変性PVAを用いて、膨潤抑制性、水溶解性、塩水溶解性を測定評価した。結果を表1に示す。
未変性PVAを用いた場合(比較例3)、88%程度の部分ケン化物を用いても、膨潤抑制性は損なわれなかったが、塩水溶解性が80%と不十分なものであった。
Claims (7)
- 前記ポリビニルアルコール系樹脂(A)のケン化度は、80〜100%である請求項1に記載の掘削流体調整剤。
- 前記ポリビニルアルコール系樹脂(A)の平均重合度は、500〜4000である請求項1又は2に記載の掘削流体調整剤。
- 前記一般式(1)で表わされる1,2ジオール構造単位の含有率は、0.1〜20モル%である請求項1〜3のいずれか1項に記載の掘削流体調整剤。
- さらに塩類を含有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の掘削流体調整剤。
- 液性媒体、ベントナイト系化合物、及び請求項1〜5のいずれか1項に記載の掘削流体調整剤を含有する掘削流体。
- 前記液性媒体が水系媒体である請求項6に記載の掘削流体。
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