JP7342362B2 - ダイバーティングエージェント及びこれを用いた坑井の亀裂の閉塞方法 - Google Patents

ダイバーティングエージェント及びこれを用いた坑井の亀裂の閉塞方法 Download PDF

Info

Publication number
JP7342362B2
JP7342362B2 JP2018568998A JP2018568998A JP7342362B2 JP 7342362 B2 JP7342362 B2 JP 7342362B2 JP 2018568998 A JP2018568998 A JP 2018568998A JP 2018568998 A JP2018568998 A JP 2018568998A JP 7342362 B2 JP7342362 B2 JP 7342362B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pva
resin particles
resin
diverting agent
particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018568998A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2019131939A1 (ja
Inventor
智也 藤田
隆裕 坂
千津子 風呂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Publication of JPWO2019131939A1 publication Critical patent/JPWO2019131939A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7342362B2 publication Critical patent/JP7342362B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/50Compositions for plastering borehole walls, i.e. compositions for temporary consolidation of borehole walls
    • C09K8/504Compositions based on water or polar solvents
    • C09K8/506Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds
    • C09K8/508Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds macromolecular compounds
    • C09K8/5083Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/60Compositions for stimulating production by acting on the underground formation
    • C09K8/84Compositions based on water or polar solvents
    • C09K8/86Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds
    • C09K8/88Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds macromolecular compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L29/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal or ketal radical; Compositions of hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L29/02Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
    • C08L29/04Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/50Compositions for plastering borehole walls, i.e. compositions for temporary consolidation of borehole walls
    • C09K8/504Compositions based on water or polar solvents
    • C09K8/506Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds
    • C09K8/508Compositions based on water or polar solvents containing organic compounds macromolecular compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/50Compositions for plastering borehole walls, i.e. compositions for temporary consolidation of borehole walls
    • C09K8/516Compositions for plastering borehole walls, i.e. compositions for temporary consolidation of borehole walls characterised by their form or by the form of their components, e.g. encapsulated material
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/25Methods for stimulating production
    • E21B43/26Methods for stimulating production by forming crevices or fractures

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Description

本発明は、ダイバーティングエージェント(Diverting Agent)及びこれを用いた坑井の亀裂の閉塞方法に関し、更に詳しくは、水圧破砕法を用いる掘削工法の施工時に用いられるダイバーティングエージェント、及び該ダイバーティングエージェントを用いて坑井の亀裂を閉塞する方法に関する。
石油やその他の地下資源の採取のために、地下の頁岩(シェール)層に高圧の水を注入して亀裂を生じさせる水圧破砕法が広く採用されている。水圧破砕法では、まず、ドリルで垂直に地下数千メートルの縦孔(垂直坑井)を掘削し、頁岩層に達したところで水平に直径十から数十センチメートルの横孔(水平坑井)を掘削する。垂直坑井と水平坑井内を流体で満たし、この流体を加圧することにより、坑井から亀裂(フラクチャ、fracture)を生成させ、かかる亀裂から頁岩層にある天然ガスや石油(シェールガス・オイル)等が流出してくるので、それを回収する。このような手法によれば、亀裂の生成により、坑井の資源流入断面が増大し、効率よく地下資源の採取を行うことができる。
上記の水圧破砕法においては、流体加圧による亀裂の生成に先立って、水平坑井中でパーフォレーション(Perforation)と呼ばれる予備爆破が行われる。このような予備爆破により、坑井から生産層に穿孔を開ける。この後、この坑井内にフラクチュアリング流体を圧入することにより、これら穿孔に流体が流入し、これら穿孔に負荷が加えられることにより、これら穿孔に亀裂が生じ、資源の採取に好適な大きさの亀裂に成長していくこととなる。
水圧破砕法では、既に生成している亀裂をより大きく成長させたり、さらに多くの亀裂を生成させるために、既に生成している亀裂の一部をダイバーティングエージェントと呼ばれる添加剤を用いて一時的に塞ぐことがなされる。亀裂の一部をダイバーティングエージェントで一時的に閉塞し、この状態で坑井内に充填されたフラクチュアリング流体を加圧することにより、他の亀裂内に流体が浸入していき、これにより、他の亀裂を大きく成長させるあるいは新たな亀裂を発生させることができる。
ダイバーティングエージェントは、上記したように亀裂を一時的に閉塞するために用いられるものであるので、一定期間はその形状を維持でき、天然ガスや石油等を採取する際には加水分解して消失するものが使用される。例えば、ポリグリコール酸やポリ乳酸等の加水分解性樹脂をダイバーティングエージェントとして使用する技術が種々提案されている。
特許文献1では、生分解性脂肪族ポリエステル系樹脂の中でも生分解性の高いポリグリコール酸を含有する坑井掘削用一時目止め剤が提案されている。
また、特許文献2では、生分解性樹脂であるポリ乳酸の粒子からなり、目開き500μmの篩にかけた際にパスしない粒子が50質量%以上、且つ、51度以上の安息角を有する粉体が提案されている。
そして、特許文献3では、ポリ乳酸中に該ポリ乳酸の加水分解性を調整するための生分解性の高いポリオキサレートの微細粒子が分布している分散構造を有している加水分解性粒子であって、平均粒径(D50)が300~1000μmの範囲にあり、短径/長径比が0.8以上の真円度を有する加水分解性粒子が提案されている。
そしてまた、特許文献4では、平均粒径(D50)が300~1000μmの範囲にあり、短径/長径比が0.8以上の真円度を有しているポリオキサレート粒子が提案されている。
国際公開第2015/072317号 日本国特開2016-56272号公報 日本国特開2016-147971号公報 日本国特開2016-147972号公報
水圧破砕法で亀裂を大きく成長させたり新たな亀裂を発生させるには、既に生成している亀裂を隙間なく塞ぐことが必要であるが、従来のダイバーティングエージェントでは閉塞性が十分ではなかった。また、資源の採取場所によっては40~60℃の低温となる場所があるが、ポリグリコール酸やポリ乳酸等は前記のような低温域では生分解速度が遅いため、除去されるまでにかなりの時間を要することが問題であった。
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、水圧破砕法を用いる掘削工法において、坑井の亀裂に対して十分な閉塞性を発揮することができ、さらに、一定時間(30分~2週間程度)は溶解せず又は完溶せずに、一定時間経過後は速やかに溶解除去されるダイバーティングエージェントを提供することを課題とする。
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、ダイバーティングエージェントとしてポリビニルアルコール系樹脂の樹脂粒子を使用し、さらに、この樹脂粒子を、大きさ(粒子径)の異なる2種以上の樹脂粒子の粒子混合物として含有することにより、上記の課題を解決できることを見出した。
すなわち本発明は、以下の(1)~(6)を特徴とする。
(1)ポリビニルアルコール系樹脂の樹脂粒子を含有するダイバーティングエージェントであって、前記ポリビニルアルコール系樹脂の樹脂粒子は、粒子径の異なる樹脂粒子を2種以上含む粒子混合物であり、前記ダイバーティングエージェント中、粒子径1,700μm以上のポリビニルアルコール系樹脂の樹脂粒子Aを5~95質量%、且つ粒子径250~1,000μmのポリビニルアルコール系樹脂の樹脂粒子Bを5~95質量%の範囲で含有するダイバーティングエージェント。
(2)前記粒子混合物が、嵩密度が0.57~0.85g/mlであり、且つ安息角が40~70°である、前記(1)に記載のダイバーティングエージェント。
(3)前記粒子混合物が、形状の異なる樹脂粒子を2種以上含む、前記(1)又は(2)に記載のダイバーティングエージェント。
(4)前記ポリビニルアルコール系樹脂のケン化度が、90モル%以上である、前記(1)~(3)のいずれか1つに記載のダイバーティングエージェント。
(5)前記ポリビニルアルコール系樹脂が、側鎖に一級水酸基を有するポリビニルアルコール系樹脂である、前記(1)~(4)のいずれか1つに記載のダイバーティングエージェント。
(6)坑井に生成された亀裂を一時的に閉塞する方法であって、前記(1)~(5)のいずれか1つに記載のダイバーティングエージェントを、坑井内の流体の流れに乗せて閉塞したい亀裂に流入させる坑井の亀裂の閉塞方法。
本発明のダイバーティングエージェントは、水溶性のポリビニルアルコール系樹脂粒子を含有するので低温域での生分解性が良好であり、また、このポリビニルアルコール系樹脂粒子は特定範囲の粒子径を有する樹脂粒子の混合物であるので、粒子同士を隙間なく密に充填することができ、対象間隙への閉塞性を高めることができる。したがって、本発明のダイバーティングエージェントは、天然ガスや石油等の掘削作業で行われる水圧破砕法に好適に用いることができる。
以下、本発明について詳述するが、これらは望ましい実施形態の一例を示すものであり、本発明はこれらの内容に特定されるものではない。
なお、用語「ポリビニルアルコール」は、単に「PVA」ということがある。
また、本明細書において、(メタ)アリルとはアリル又はメタリル、(メタ)アクリルとはアクリル又はメタクリル、(メタ)アクリレートとはアクリレート又はメタクリレートをそれぞれ意味する。
また、本明細書において、「質量」は「重量」と同義である。
本発明のダイバーティングエージェントは、ポリビニルアルコール(PVA)系樹脂の樹脂粒子を含有し、当該樹脂粒子は、粒子径の異なる樹脂粒子を2種以上含む粒子混合物である。
〔PVA系樹脂粒子〕
本発明で使用するPVA系樹脂の樹脂粒子(以下、PVA系樹脂粒子ともいう。)は、少なくとも粒子径1,700μm以上のPVA系樹脂の樹脂粒子Aと粒子径250~1,000μmのPVA系樹脂の樹脂粒子Bを含有する。粒子径の異なる2種以上の樹脂粒子の混合物であることで、一方のPVA系樹脂粒子同士の隙間を他のPVA系樹脂粒子で埋めることができ、坑井の亀裂に対して十分な閉塞性を発揮することができる。
ダイバーティングエージェント中、粒子径1,700μm以上のPVA系樹脂の樹脂粒子Aは5~95質量%、粒子径250~1,000μmのPVA系樹脂の樹脂粒子Bは5~95質量%の範囲で含有される。ダイバーティングエージェント中に樹脂粒子Aと樹脂粒子Bが前記範囲で含有することにより、樹脂粒子Aが亀裂にブリッジをつくり、樹脂粒子Bが樹脂粒子Aの粒子間の隙間を埋めることとなり、閉塞性が向上し、本発明の効果を得ることができる。ダイバーティングエージェント中、樹脂粒子Aの含有量は7~90質量%であることが好ましく、10~80質量%がより好ましく、また、樹脂粒子Bの含有量は10~80質量%であることが好ましく、15~75質量%がより好ましい。
なお、粒子径250μm未満のPVA系樹脂の樹脂粒子は、多くなると溶解しやすくなり閉塞性が悪化する場合があるため、その含有量は、ダイバーティングエージェント中、0~30質量%の範囲であることが好ましく、0~20質量%であることがより好ましく、0~10質量%がさらに好ましい。また、粒子径1000μm超1,700μm未満のPVA系樹脂の樹脂粒子は、少なくなると溶解性しやすくなり閉塞性が悪化する場合があるため、その含有量は、ダイバーティングエージェント中、10~80質量%の範囲であることが好ましく、20~70質量%であることがより好ましく、30~60質量%がさらに好ましい。
本発明において、粒子混合物は、形状の異なるPVA系樹脂粒子を2種以上含むことが好ましい。形状の異なる2種以上の樹脂粒子を組み合せることで、一方のPVA系樹脂粒子同士の隙間を他のPVA系樹脂粒子で埋めやすくなるので、閉塞性を高めることができる。本発明で使用されるPVA系樹脂粒子の形状は、特に限定されず、例えば、球状、粉末状、楕円球状、円柱状(ペレット)、板状、立方体状、直方体状、角柱状、多角面体状等が挙げられる。本発明の効果がより高まるという観点から、円柱状粒子と粉体とを組み合わせた混合物であることが好ましい。
本発明において、PVA系樹脂粒子の平均粒子径は、坑井内の亀裂の大きさ、粒子の形状等を考慮して適宜調整され、通常は10μm~4mmの範囲のものが使用される。
PVA系樹脂粒子が円柱状(ペレット)粒子の場合、その平均粒子径は、軸方向と直交する断面の直径が500μm~5.0mmであることが好ましく、より好ましくは1.0mm~4.0mm、更に好ましくは1.85mm~3.0mmであり、厚み(軸方向の長さ)が500μm~5.0mmであることが好ましく、より好ましくは1.0mm~4.0mm、更に好ましくは1.85mm~3.0mmである。
PVA系樹脂粒子が球状粒子の場合、粉末状とすることが好ましく、その平均粒子径は、10μm~2000μmであり、好ましくは100μm~1500μmである。
かかる大きさ(直径、長さ、平均粒子径)が大きすぎると水溶解性が低下する傾向があり、小さすぎると目止効果が低下する傾向がある。
円柱状粒子と粉末状粒子とを組み合わせる場合、粒子混合物は、例えば、軸方向と直交する断面の直径が0.5~4.0mm、厚み(軸方向の長さ)が0.5~4.0mmの円柱状粒子と、平均粒子径が10~2000μmの粉末状粒子とを組み合わせた混合物とすることがより好ましい。
なお、円柱状粒子及び粉体の平均粒子径は、乾式ふるい分け試験方法(JIS8815参考)の方法により測定することができる。また、本明細書において、粒子径とは、篩上体積の合計が50%となる粒子径のことである。
本発明において、PVA系樹脂粒子の粒子混合物は、嵩密度が0.57~0.85g/mlであることが好ましく、より好ましくは0.60~0.82g/mlである。嵩密度は、ある容積の容器に粉体や粒子を充填し、その内容積を体積として算出した密度をいう。粒子混合物の嵩密度が大きすぎると亀裂を閉塞できず流れ出てしまう場合があり、また、小さすぎると粒子間の隙間が大きくなって本発明の効果が得られなくなる場合がある。
また、本発明において、PVA系樹脂粒子の粒子混合物は、安息角が40~70°であることが好ましく、より好ましくは45~65°である。安息角とは、粉体や粒子を積み上げた際に、崩れずに安定した状態を保つことができる角度であり、積み上げた斜面と水平面とのなす角である。粒子混合物の安息角が大きすぎるとダイバーティングエージョントとして使用した時の流動性が悪く扱いにくくなる場合があり、また、小さすぎると亀裂の閉塞ができず隙間から流れ出てしまう場合があるので、前記範囲とすることが好ましい。
なお、安息角の測定は、例えば、安息角測定装置の上部に試料を入れ、試料を落とし、山の最高時の高さを読み取り、山の底辺の長さと高さから安息角を算出することにより行うことができる。
本発明において、粒子混合物の嵩密度が0.57~0.85g/mlであり、且つ安息角が40~70°であることが好ましい。
粒子混合物の嵩密度と安息角を上記範囲とするには、PVA系樹脂粒子の大きさ(直径、長さ、平均粒子径等)や形状を適宜調整すればよい。
本発明で用いられるPVA系樹脂は、ケン化度相当のビニルアルコール構造単位と未ケン化部分の酢酸ビニル構造単位を有するものである。
本発明では、PVA系樹脂としては、未変性PVA系樹脂の他に、ビニルエステル系樹脂の製造時に各種モノマーを共重合させ、これをケン化して得られる変性PVA系樹脂や、未変性PVA系樹脂に後変性によって各種官能基を導入した各種の後変性PVA系樹脂等が挙げられる。かかる変性は、PVA系樹脂の水溶性が失われない範囲で行うことができる。また、場合によっては、変性PVA系樹脂を更に後変性させてもよい。
ビニルエステル系樹脂の製造時にビニルエステル系モノマーとの共重合に用いられるモノマーとしては、例えば、エチレン、プロピレン、イソブチレン、α-オクテン、α-ドデセン、α-オクタデセン等のオレフィン類;アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸等の不飽和酸類あるいはその塩、そのモノ又はジアルキルエステル等;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル類;アクリルアミド、メタクリルアミド等のアミド類;エチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸等のオレフィンスルホン酸あるいはその塩;アルキルビニルエーテル類;N-アクリルアミドメチルトリメチルアンモニウムクロライド;アリルトリメチルアンモニウムクロライド;ジメチルアリルビニルケトン;N-ビニルピロリドン;塩化ビニル;塩化ビニリデン;ポリオキシエチレン(メタ)アリルエーテル、ポリオキシプロピレン(メタ)アリルエーテル等のポリオキシアルキレン(メタ)アリルエーテル;ポリオキシエチレン(メタ)アクリレート、ポリオキシプロピレン(メタ)アクリレート等のポリオキシアルキレン(メタ)アクリレート;ポリオキシエチレン(メタ)アクリルアミド、ポリオキシプロピレン(メタ)アクリルアミド等のポリオキシアルキレン(メタ)アクリルアミド;ポリオキシエチレン[1-(メタ)アクリルアミド-1,1-ジメチルプロピル]エステル;ポリオキシエチレンビニルエーテル、ポリオキシプロピレンビニルエーテル等のポリオキシアルキレンビニルエーテル;ポリオキシエチレンアリルアミン、ポリオキシプロピレンアリルアミン等のポリオキシアルキレンアリルアミン;ポリオキシエチレンビニルアミン、ポリオキシプロピレンビニルアミン等のポリオキシアルキレンビニルアミン;3-ブテン-1-オール、4-ペンテン-1-オール、5-ヘキセン-1-オール等のヒドロキシ基含有α-オレフィン類あるいはそのアシル化物等の誘導体を挙げることができる。
また、前記ビニルエステル系モノマーとの共重合に用いられるモノマーとしては、上記の他に、3,4-ジヒドロキシ-1-ブテン、3,4-ジアシロキシ-1-ブテン、3-アシロキシ-4-ヒドロキシ-1-ブテン、4-アシロキシ-3-ヒドロキシ-1-ブテン、3,4-ジアシロキシ-2-メチル-1-ブテン、4,5-ジヒドロキシ-1-ペンテン、4,5-ジアシロキシ-1-ペンテン、4,5-ジヒドロキシ-3-メチル-1-ペンテン、4,5-ジアシロキシ-3-メチル-1-ペンテン、5,6-ジヒドロキシ-1-ヘキセン、5,6-ジアシロキシ-1-ヘキセン、グリセリンモノアリルエーテル、2,3-ジアセトキシ-1-アリルオキシプロパン、2-アセトキシ-1-アリルオキシ-3-ヒドロキシプロパン、3-アセトキシ-1-アリルオキシ-2-ヒドロキシプロパン、グリセリンモノビニルエーテル、グリセリンモノイソプロペニルエーテル、ビニルエチレンカーボネート、2,2-ジメチル-4-ビニル-1,3-ジオキソラン等のジオールを有する化合物などが挙げられる。
また、後反応によって官能基が導入された後変性PVA系樹脂としては、例えば、ジケテンとの反応によるアセトアセチル基を有するもの、エチレンオキサイドとの反応によるポリアルキレンオキサイド基を有するもの、エポキシ化合物等との反応によるヒドロキシアルキル基を有するもの、あるいは各種官能基を有するアルデヒド化合物をPVA系樹脂と反応させて得られたもの等を挙げることができる。
本発明においてPVA系樹脂は、ダイバーティングエージェントに含有させるために種々形状の粒子へ成形することを考慮して、溶融成形用PVA系樹脂であることが好ましい。
なかでも、溶融成形用PVA系樹脂としては、官能基が導入された変性PVA系樹脂が好ましく、例えば、側鎖に一級水酸基を有するPVA系樹脂や、エチレン変性PVA系樹脂が好ましく、特に、溶融成形性に優れる点で、側鎖に一級水酸基を有するPVA系樹脂が好ましい。側鎖に一級水酸基を有するPVA系樹脂における一級水酸基の数は、通常1~5個であり、好ましくは1~2個であり、特に好ましくは1個である。また、一級水酸基以外にも二級水酸基を有することが好ましい。
このような側鎖に一級水酸基を有するPVA系樹脂としては、例えば、側鎖に1,2-ジオール構造単位を有する変性PVA系樹脂、側鎖にヒドロキシアルキル基構造単位を有する変性PVA系樹脂等が挙げられる。中でも、特に下記一般式(1)で表される、側鎖に1,2-ジオール構造単位を含有する変性PVA系樹脂(以下、「側鎖1,2-ジオール構造単位含有変性PVA系樹脂」と称することがある。)を用いることが好ましい。
なお、1,2-ジオール構造単位以外の部分は、通常のPVA系樹脂と同様、ビニルアルコール構造単位と未ケン化部分のビニルエステル構造単位である。
Figure 0007342362000001
(式(1)中、R~Rはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を表し、Xは単結合又は結合鎖を表す。)
上記一般式(1)において、R~Rはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を表す。R~Rは、すべて水素原子であることが望ましいが、樹脂特性を大幅に損なわない程度の量であれば炭素数1~4のアルキル基であってもよい。当該アルキル基としては特に限定しないが、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基等が好ましく、当該アルキル基は必要に応じてハロゲノ基、水酸基、エステル基、カルボン酸基、スルホン酸基等の置換基を有していてもよい。
上記一般式(1)中、Xは単結合又は結合鎖であり、熱安定性の点や高温下や酸性条件下での安定性の点で、単結合であることが好ましいが、本発明の効果を阻害しない範囲であれば結合鎖であってもよい。
かかる結合鎖としては、特に限定されず、例えば、アルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、フェニレン基、ナフチレン基等の炭化水素基(これらの炭化水素基は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子等で置換されていてもよい。)の他、-O-、-(CHO)-、-(OCH-、-(CHO)CH-、-CO-、-COCO-、-CO(CHCO-、-CO(C)CO-、-S-、-CS-、-SO-、-SO-、-NR-、-CONR-、-NRCO-、-CSNR-、-NRCS-、-NRNR-、-HPO-、-Si(OR)-、-OSi(OR)-、-OSi(OR)O-、-Ti(OR)-、-OTi(OR)-、-OTi(OR)O-、-Al(OR)-、-OAl(OR)-、-OAl(OR)O-等が挙げられる。Rは各々独立して水素原子又は任意の置換基であり、水素原子又はアルキル基(特に炭素数1~4のアルキル基)が好ましい。また、mは自然数であり、好ましくは1~10、特に好ましくは1~5である。結合鎖は、これらのなかでも、製造時の粘度安定性や耐熱性等の点で、炭素数6以下のアルキレン基、特にメチレン基、あるいは-CHOCH-が好ましい。
上記一般式(1)で表される1,2-ジオール構造単位における特に好ましい構造は、R~Rがすべて水素原子であり、Xが単結合である。
本発明で用いられるPVA系樹脂のケン化度(JIS K 6726:1994に準拠して測定)は、通常60~100モル%である。ケン化度は、90モル%以上であることが好ましく、95モル%以上であることがより好ましい。かかるケン化度が低すぎると水溶性が低下する傾向がある。また、上限は99.8モル%以下がより好ましく、更に好ましくは99.5モル%以下である。
本発明で用いられるPVA系樹脂の平均重合度(JIS K 6726:1994に準拠して測定)は、通常、100~3500であり、好ましくは150~3000、より好ましくは200~2500、更に好ましくは300~2000である。かかる平均重合度が大きすぎると製造が困難となる傾向がある。
また、PVA系樹脂が変性PVA系樹脂である場合、かかる変性PVA系樹脂中の変性率、すなわち共重合体中の各種モノマーに由来する構造単位、あるいは後反応によって導入された官能基の含有量は、官能基の種類によって特性が大きく異なるため一概には言えないが、通常、0.1~20モル%である。
例えば、PVA系樹脂が側鎖1,2-ジオール構造単位含有変性PVA系樹脂である場合の変性率は、通常、0.1~20モル%であり、好ましくは0.5~10モル%、より好ましくは1~8モル%、特に好ましくは1~3モル%である。かかる変性率が高すぎると、一時的に閉塞できなくなり、低すぎると一定期間後の溶解性が悪化する。
なお、PVA系樹脂中の1,2-ジオール構造単位の含有率(変性率)は、ケン化度100モル%のPVA系樹脂のH-NMRスペクトル(溶媒:DMSO-d、内部標準:テトラメチルシラン)から求めることができる。具体的には1,2-ジオール構造単位中の水酸基プロトン、メチンプロトン、及びメチレンプロトン、主鎖のメチレンプロトン、主鎖に連結する水酸基のプロトンなどに由来するピーク面積から算出することができる。
PVA系樹脂がエチレン変性PVA系樹脂である場合の変性率は、通常、0.1~15モル%であり、好ましくは0.5~10モル%、更に好ましくは1~10モル%、特に好ましくは5~9モル%である。かかる変性率が高すぎると水溶性が低下する傾向があり、低すぎると溶融成形が困難となる傾向がある。
PVA系樹脂の融点は、通常、140~250℃であり、好ましくは150~245℃、特に好ましくは160~240℃、更に好ましくは170~230℃である。
なお、融点は、示差走査熱量計(DSC)で昇降温速度10℃/minで測定した値である。
本発明で用いられるPVA系樹脂の主鎖の結合様式は1,3-ジオール結合が主であり、1,2-ジオール結合の含有量は1.5~1.7モル%程度であるが、ビニルエステル系モノマーを重合する際の重合温度を高温にすることによって1,2-ジオール結合の含有量を増やすことができ、その含有量を1.8モル%以上、更には2.0~3.5モル%に増やすことができる。
本発明で用いられるPVA系樹脂の製造方法としては、例えば、酢酸ビニルなどのビニルエステル系モノマーを重合し、ケン化して製造する方法が挙げられる。
上記ビニルエステル系モノマーとしては、例えば、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、カプロン酸ビニル、カプリル酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ミリスチン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、シクロヘキサンカルボン酸ビニル、ピバリン酸ビニル、オクチル酸ビニル、モノクロロ酢酸ビニル、アジピン酸ビニル、メタクリル酸ビニル、クロトン酸ビニル、ソルビン酸ビニル、安息香酸ビニル、桂皮酸ビニル、トリフロロ酢酸ビニル等を用いることができるが、価格や入手の容易さの観点で、酢酸ビニルが好ましく用いられる。
ビニルエステル系モノマーの重合は、公知の任意の重合法、例えば、溶液重合、懸濁重合、エマルジョン重合などにより行うことができる。なかでも、反応熱を効率的に除去できる溶液重合を還流下で行うことが好ましい。溶液重合の溶媒としては、通常はアルコールが用いられ、好ましくは炭素数1~3の低級アルコールが用いられる。
得られた重合体のケン化についても、従来より行われている公知のケン化方法を採用することができる。すなわち、重合体をアルコール又は水/アルコール溶媒に溶解させた状態で、アルカリ触媒又は酸触媒を用いて行うことができる。
前記アルカリ触媒としては、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート、カリウムメチラート、リチウムメチラート等のアルカリ金属の水酸化物やアルコラートを用いることができる。
通常、無水アルコール系溶媒下、アルカリ触媒を用いたエステル交換反応が反応速度の点や脂肪酸塩等の不純物を低減できるなどの点で好適に用いられる。
ケン化反応の反応温度は、通常20~60℃である。反応温度が低すぎると、反応速度が小さくなり反応効率が低下する傾向があり、高すぎると反応溶媒の沸点以上となる場合があり、製造面における安全性が低下する傾向がある。なお、耐圧性の高い塔式連続ケン化塔などを用いて高圧下でケン化する場合には、より高温、例えば、80~150℃でケン化することが可能であり、少量のケン化触媒も短時間、高ケン化度のものを得ることが可能である。
また、側鎖1,2-ジオール構造単位含有変性PVA系樹脂は、公知の製造方法により製造することができる。例えば、日本国特開2002-284818号公報、日本国特開2004-285143号公報、日本国特開2006-95825号公報に記載されている方法により製造することができる。すなわち、(i)ビニルエステル系モノマーと下記一般式(2)で示される化合物との共重合体をケン化する方法、(ii)ビニルエステル系モノマーと下記一般式(3)で示されるビニルエチレンカーボネートとの共重合体をケン化及び脱炭酸する方法、(iii)ビニルエステル系モノマーと下記一般式(4)で示される2,2-ジアルキル-4-ビニル-1,3-ジオキソランとの共重合体をケン化及び脱ケタール化する方法などにより、製造することができる。
Figure 0007342362000002
(式(2)中、R~Rはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を表し、Xは単結合又は結合鎖を表し、R及びRは、それぞれ独立して水素原子又はR-CO-(式中、Rは炭素数1~4のアルキル基である。)を表す。)
Figure 0007342362000003
(式(3)中、R~Rはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を表し、Xは単結合又は結合鎖を表す。)
Figure 0007342362000004
(式(4)中、R~Rはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を表し、Xは単結合又は結合鎖を表し、R10及びR11は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を表す。)
式(2)~式(4)中のR~R及びXの具体例、好ましい例示は、上記式(1)の場合と同様であり、また、R~R11の炭素数1~4のアルキル基の具体例、好ましい例示も式(1)の場合と同様である。
上記方法のうち、共重合反応性及び工業的な取扱いにおいて優れるという点で、(i)の方法が好ましく、特に、上記一般式(2)で示される化合物は、R~Rが水素原子、Xが単結合、R、RがR-CO-であり、Rが炭素数1~4のアルキル基である3,4-ジアシロキシ-1-ブテンが好ましく、その中でも特にR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。
本発明で用いられるPVA系樹脂は、一種類であっても、二種類以上の混合物であってもよい。PVA系樹脂を二種類以上用いる場合としては、例えば、ケン化度、粘度平均重合度、融点などが異なる二種以上の未変性PVA系樹脂の組み合わせ;未変性PVA系樹脂と変性PVA系樹脂との組み合わせ;ケン化度、粘度平均重合度、融点、官能基の種類や変性率などが異なる二種以上の変性PVA系樹脂の組み合わせ;溶融成形により製造したPVAと溶融成形せずに得られたPVAの組み合わせ等が挙げられるが、ケン化度、粘度平均重合度、変性率などの平均値は本発明の好ましい範囲内であることが好ましい。
〔ダイバーティングエージェント〕
本発明のダイバーティングエージェントは、上記したPVA系樹脂粒子(粒子混合物)を含有する。
PVA系樹脂粒子の含有量は、ダイバーティングエージェント全体に対して、50~100質量%であることが好ましく、より好ましくは80~100質量%、更に好ましくは90~100質量%である。かかる含有量が少なすぎると、本発明の効果が得られにくくなる傾向がある。
本発明のダイバーティングエージェントには、本発明の効果を阻害しない範囲で、PVA系樹脂粒子以外に、例えば、砂、鉄、セラミック、その他の生分解性樹脂などの添加材(剤)を配合することができる。
かかる添加材(剤)の配合量は、ダイバーティングエージェント全体に対して、50質量%以下であることが好ましく、より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。
ダイバーティングエージェントは、本発明のPVA系樹脂粒子と他の添加材(剤)を均一に混合することにより作製することができる。
本発明のダイバーティングエージェントは、石油や天然ガスなどの掘削において、水圧破砕法を用いる場合に、坑井に生成された亀裂や割れ目の中に入り、その亀裂や割れ目を一時的に閉塞することにより、新たな亀裂や割れ目を形成することができる。亀裂や割れ目の閉塞方法としては、本発明のダイバーティングエージェントを坑井内の流体の流れに乗せて閉塞したい亀裂に流入させればよい。
また、本発明のダイバーティングエージェントは水溶性で、かつ生分解性であるため、使用後は速やかに水に溶解し除去され、その後生分解されるため、環境負荷が小さく、非常に有用である。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例及び比較例において「部」及び「%」は、特に断りのない限り質量を基準とする。
実施例又は比較例で用いたポリビニルアルコール(PVA)系樹脂粒子(PVA-1~PVA-7)の製造方法は以下のとおりである。
〔製造例1:円柱状PVA系樹脂粒子(PVA-1)の製造〕
還流冷却器、滴下装置、及び撹拌機を備えた反応缶に、酢酸ビニル20部(全体の20%を初期仕込みに使用)、メタノール32.5部、及び3,4-ジアセトキシ-1-ブテン0.8部(全体の20%を初期仕込みに使用)を仕込み、撹拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、沸点に到達した後、アセチルパーオキサイドを0.093部投入し、重合を開始した。
さらに、重合開始から0.4時間後に酢酸ビニル80部と3,4-ジアセトキシ-1-ブテン3.2部を11時間かけて等速で滴下した。酢酸ビニルの重合率が91%となった時点で、m-ジニトロベンゼンを所定量添加して重合を終了し、続いて、メタノール蒸気を吹き込みつつ蒸留することで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。
ついで、上記溶液をメタノールで希釈し、固形分濃度を50%に調整して、かかるメタノール溶液をニーダーに仕込み、溶液温度を35℃に保ちながら、水酸化ナトリウム2%メタノール溶液(ナトリウム換算)を共重合体中の酢酸ビニル構造単位及び3,4-ジアセトキシ-1-ブテン構造単位の合計量1モルに対して4.8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、粒子状となった時点で、さらに水酸化ナトリウム2%メタノール溶液(ナトリウム換算)を酢酸ビニル構造単位及び3,4-ジアセトキシ-1-ブテン構造単位の合計量1モルに対して7.5ミリモル追加しケン化を行った。その後、中和用の酢酸を水酸化ナトリウムの0.8当量添加し、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-ジオール構造単位含有変性PVAを得た。
得られた側鎖1,2-ジオール構造単位含有変性PVAのケン化度は、樹脂中の残存酢酸ビニル及び3,4-ジアセトキシ-1-ブテンの構造単位の加水分解に要するアルカリ消費量にて分析したところ、99モル%であった。また、粘度平均重合度は、JIS K6726に準じて分析を行ったところ、530であった。
また、側鎖1,2-ジオール構造単位含有変性PVA中の前記式(1)で表される1,2-ジオール構造単位の含有量(変性量)は、H-NMR(300MHz プロトンNMR、d-DMSO溶液、内部標準物質;テトラメチルシラン、50℃)にて測定した積分値より算出したところ、2モル%であった。
上記で得られた側鎖1,2-ジオール構造単位含有変性PVAを押出機に投入し、さらにステアリン酸マグネシウム500ppmと12-ヒドロキシステアリン酸マグネシウム500ppmを混合し下記の条件で溶融混練し、空冷させることにより凝固させた後、カッターを用いてカッティングした(ストランドカッティング方式)。その後、乾燥し、直径2.6mm、軸方向長さ3mmの円柱状のPVA系樹脂粒子(PVA-1)を得た。
(溶融混練条件)
押出機:テクノベル社製 15mmφ L/D=60
回転数:200rpm
吐出量:1.2~1.5kg/h
押出温度:C1/C2/C3/C4/C5/C6/C7/C8/D=90/170/200/215/215/220/225/225/225℃
〔製造例2:粉末状PVA系樹脂粒子(PVA-2)の製造〕
上記製造例1において、酢酸ビニルを100部、メタノール23部、及び3,4-ジアセトキシ-1-ブテン2部を初期一括で仕込み、重合率が58%となった時点で重合を終了した以外は製造例1と同様にして、側鎖1,2-ジオール構造単位含有変性PVA(PVA-2)を得た。得られた側鎖1,2-ジオール構造単位含有変性PVA(PVA-2)は球状粒子(粉末状)であり、乾式ふるい分け試験法による積算値が50%になる径を算出した平均粒子径が、429μmであった。
側鎖1,2-ジオール構造単位含有変性PVA(PVA-2)のケン化度は、樹脂中の残存酢酸ビニル及び3,4-ジアセトキシ-1-ブテンの構造単位の加水分解に要するアルカリ消費量にて分析したところ、99モル%であった。また、粘度平均重合度は、JIS K6726に準じて分析を行ったところ、1800であった。
また、側鎖1,2-ジオール構造単位含有変性PVA(PVA-2)中の前記式(1)で表される1,2-ジオール構造単位の含有量(変性量)は、H-NMR(300MHz プロトンNMR、d-DMSO溶液、内部標準物質;テトラメチルシラン、50℃)にて測定した積分値より算出したところ、1モル%であった。
〔製造例3:粉末状PVA系樹脂粒子(PVA-3)の製造〕
還流冷却器、滴下装置、撹拌機を備えた反応缶に、酢酸ビニル20部(全体の20%を初期仕込みに使用)、メタノール34.5部を仕込み、撹拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、沸点に到達した後、アセチルパーオキサイドを0.068部投入し、重合を開始した。
さらに、重合開始から0.4時間後に酢酸ビニル80部を9.5時間かけて等速滴下した。酢酸ビニルの重合率が89%となった時点で、ヒドロキノンモノメチルエーテルを所定量添加して重合を終了し、続いて、メタノール蒸気を吹き込みつつ蒸留することで未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し酢酸ビニル重合体のメタノール溶液を得た。
ついで、上記溶液をメタノールで希釈し、固形分濃度を50%に調整して、かかるメタノール溶液をニーダーに仕込み、溶液温度を35℃に保ちながら、水酸化ナトリウム2%メタノール溶液(ナトリウム換算)を酢酸ビニル構造単位1モルに対して4.8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、粒子状となった時点で、さらに水酸化ナトリウム2%メタノール溶液(ナトリウム換算)を酢酸ビニル構造単位1モルに対して7.5ミリモル追加しケン化を行った。その後、中和用の酢酸を水酸化ナトリウムの0.8当量を添加し、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、未変性PVA(PVA-3)を得た。得られた未変性PVA(PVA-3)は、平均粒子径が612μmの球状粒子(粉末状)であった。
未変性PVA(PVA-3)のケン化度は、樹脂中の残存酢酸ビニルの構造単位の加水分解に要するアルカリ消費量にて分析したところ、99モル%であった。また、粘度平均重合度は、JIS K6726に準じて分析を行ったところ、500であった。
〔製造例4:円柱状PVA系樹脂粒子(PVA-4)の製造〕
上記製造例3で得られた未変性PVA(PVA-3)を用い、製造例1と同様に、ステアリン酸マグネシウム500ppmと12-ヒドロキシステアリン酸マグネシウム500ppmを加えて押出機で溶融混練し、直径2.6mm、軸方向長さ3mmの円柱状のPVA系樹脂粒子(PVA-4)を得た。
〔製造例5:粉末状PVA系樹脂粒子(PVA-5)の製造〕
上記製造例1において、酢酸ビニルを100部、メタノール32.5部、及び3,4-ジアセトキシ-1-ブテン2部を使用した以外は製造例1と同様にして、側鎖1,2-ジオール構造単位含有変性PVA(PVA-5)を得た。得られた側鎖1,2-ジオール構造単位含有変性PVA(PVA-5)は、平均粒子径が745μmの球状粒子(粉末状)であった。
側鎖1,2-ジオール構造単位含有変性PVA(PVA-5)のケン化度は、樹脂中の残存酢酸ビニル及び3,4-ジアセトキシ-1-ブテンの構造単位の加水分解に要するアルカリ消費量にて分析したところ、99モル%であった。また、粘度平均重合度は、JIS K6726に準じて分析を行ったところ、450であった。
また、側鎖1,2-ジオール構造単位含有変性PVA(PVA-5)中の前記式(1)で表される1,2-ジオール構造単位の含有量(変性量)は、H-NMR(300MHz プロトンNMR、d-DMSO溶液、内部標準物質;テトラメチルシラン、50℃)にて測定した積分値より算出したところ、1モル%であった。
〔製造例6:粉末状PVA系樹脂粒子(PVA-6)の製造〕
上記製造例1において、酢酸ビニルを100部、メタノール18部、及び3,4-ジアセトキシ-1-ブテン3部を使用し、重合率が96%となった時点で重合を終了した以外は製造例1と同様にして、側鎖1,2-ジオール構造単位含有変性PVA(PVA-6)を得た。得られた側鎖1,2-ジオール構造単位含有変性PVA(PVA-6)は、平均粒子径が1113μmの球状粒子(粉末状)であった。
側鎖1,2-ジオール構造単位含有変性PVA(PVA-6)のケン化度は、樹脂中の残存酢酸ビニル及び3,4-ジアセトキシ-1-ブテンの構造単位の加水分解に要するアルカリ消費量にて分析したところ、99モル%であった。また、粘度平均重合度は、JIS K6726に準じて分析を行ったところ、600であった。
また、側鎖1,2-ジオール構造単位含有変性PVA(PVA-6)中の前記式(1)で表される1,2-ジオール構造単位の含有量(変性量)は、H-NMR(300MHz プロトンNMR、d-DMSO溶液、内部標準物質;テトラメチルシラン、50℃)にて測定した積分値より算出したところ、1.5モル%であった。
〔製造例7:円柱状PVA系樹脂粒子(PVA-7)の製造〕
製造例1において、押出機の押出し口の直径とカッティングの長さを調整して、直径3.6mm、軸方向長さ(厚み)1.1mmの円柱状のPVA系樹脂粒子とした以外は製造例1と同様にして、PVA系樹脂粒子(PVA-7)を得た。
<試験例1>
(実施例1)
PVA-1を80%、PVA-2を20%の割合で均一に混合して、PVA系樹脂粒子(粒子混合物)を作製した。
(実施例2)
PVA-1を50%、PVA-2を50%の割合で均一に混合して、PVA系樹脂粒子(粒子混合物)を作製した。
(実施例3)
PVA-1を10%、PVA-2を90%の割合で均一に混合して、PVA系樹脂粒子(粒子混合物)を作製した。
(比較例1)
PVA-1のみからなるPVA系樹脂粒子を得た。
(比較例2)
PVA-2のみからなるPVA系樹脂粒子を得た。
実施例1~3、比較例1~2のPVA系樹脂粒子について、以下の評価を行った。結果を表1に示す。
〔PVA系樹脂粒子の構成:粒子径〕
乾式ふるい分け試験法によりPVA系樹脂粒子の粒子径を測定し、粒子径1,700μm以上の樹脂粒子と粒子径250~1,000μmの樹脂粒子の含有割合を測定した。
〔嵩密度の測定〕
メスシリンダーに約10gのPVA系樹脂粒子を投入し、目盛を読み正確な体積(ml)を読み取るとともに、重量(g)を測定した。以下の式により、嵩密度を求めた。
嵩密度(g/ml)=重量(g)/体積(ml)
〔安息角の測定〕
安息角測定装置の上部にPVA系樹脂粒子500gを入れ、そこからPVA系樹脂粒子を落とし、山の最高時の高さを読み取り、山の底辺の長さと山の高さから安息角(°)を算出した。
〔閉塞性評価:透水量の測定〕
ビーカーに23℃の水20gとPVA系樹脂粒子5gを投入し、1分間撹拌した後、シリンジ(テルモ株式会社製「S-20ESz」(商品名、筒先の開口:約2mm))に入れて、筒先を下側に向けて立てた状態で4分間静置した。その後、シリンジのプランジャーを2kgの荷重をかけて30秒間押し、筒先から流出する水を回収し、水の流出量を秤量した。
Figure 0007342362000005
表1の結果より、比較例1、2は4分静置後の透水量がそれぞれ18.2g、22.3gであったのに対し、実施例1~3は4分静置後の透水量が2g以下であり、優れた一時目止効果があることが分かった。
<試験例2>
(実施例4)
PVA-1を10%、PVA-5を90%の割合で均一に混合して、PVA系樹脂粒子(粒子混合物)を作製した。
(実施例5)
PVA-1を30%、PVA-5を70%の割合で均一に混合して、PVA系樹脂粒子(粒子混合物)を作製した。
(実施例6)
PVA-1を50%、PVA-5を50%の割合で均一に混合して、PVA系樹脂粒子(粒子混合物)を作製した。
(実施例7)
PVA-1を30%、PVA-6を70%の割合で均一に混合して、PVA系樹脂粒子(粒子混合物)を作製した。
(実施例8)
PVA-3を70%、PVA-4を30%の割合で均一に混合して、PVA系樹脂粒子(粒子混合物)を作製した。
(実施例9)
PVA-5を70%、PVA-7を30%の割合で均一に混合して、PVA系樹脂粒子(粒子混合物)を作製した。
実施例4~9のPVA系樹脂粒子の混合物について、試験例1と同様に、粒子径1,700μm以上の樹脂粒子と粒子径250~1,000μmの樹脂粒子の含有割合、嵩密度、安息角、及び透水量を測定した。結果を表2に示す。
Figure 0007342362000006
表2の結果より、実施例8が透水量13.5gでありやや多かったが、試験例1の比較例1、2に比べると少ないものであり、一次目止め効果が得られ、実施例4~7、9については優れた一次目止め効果が得られた。
<試験例3>
実施例1~4、7、9のPVA系樹脂粒子(粒子混合物)について、40℃の水溶液に1週間浸漬させたときの残存率を測定した。参考例1として、従来よりダイバーティングエージェントとして使用されているポリ乳酸(ネイチャーワークス社製、「Ingeo4032D」)を用いて同様に残存率を測定した。
〔残存率の測定〕
100gの水が入った140mLの蓋付きガラス容器を恒温機に入れ、水温を23℃とした。ナイロン製の120メッシュ(目開き125μm、10cm×7cm)の長辺を二つ折りにし、両端をヒートシールし袋状メッシュ(5cm×7cm)を得た。
得られた袋状メッシュに樹脂粒子1gを入れ、開口部をヒートシールし、樹脂粒子入りの袋状メッシュを得て、質量を測定した。上記ガラス容器中に樹脂粒子入りの袋状メッシュを浸漬させ、1時間撹拌を行った後、40℃の恒温機内で1週間静置した。1週間後、樹脂粒子入りの袋状メッシュをガラス容器から取り出し、140℃で3時間乾燥させ、かかる樹脂粒子入りの袋状メッシュの質量を測定した。浸漬前の質量から袋状メッシュ中に残存した樹脂粒子の質量を算出し、下記式によって樹脂粒子の残存率を算出した。結果を表3に示す。
なお、下記式中、樹脂粒子の固形分率(質量%)は、樹脂を105℃で3時間乾燥させ、乾燥前後の樹脂の質量を測定することにより算出できる。
Figure 0007342362000007
Figure 0007342362000008
表3の結果より、参考例1は、40℃で1週間静置後では全く溶解しなかったのに対し、実施例1~4、7、9は50%以上が溶解し、優れた溶解性を有することがわかった。
本発明を詳細にまた特定の実施形態を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は、2017年12月28日出願の日本特許出願(特願2017-254844)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

Claims (4)

  1. ポリビニルアルコール系樹脂の樹脂粒子を含有するダイバーティングエージェントであって、
    前記ポリビニルアルコール系樹脂の樹脂粒子は、粒子径の異なる樹脂粒子を2種以上含む粒子混合物であり、
    前記ダイバーティングエージェント中、粒子径1,700μm以上のポリビニルアルコール系樹脂の樹脂粒子Aを5~95質量%、且つ粒子径250~1,000μmのポリビニルアルコール系樹脂の樹脂粒子Bを5~95質量%の範囲で含有し、
    前記ポリビニルアルコール系樹脂は、側鎖に一級水酸基を有するポリビニルアルコール系樹脂であり、その変性率が1~8モル%であり、
    前記粒子混合物が、嵩密度が0.57~0.85g/mlであり、且つ安息角が40~70°であるダイバーティングエージェント。
  2. 前記粒子混合物が、形状の異なる樹脂粒子を2種以上含む、請求項1に記載のダイバーティングエージェント。
  3. 前記ポリビニルアルコール系樹脂のケン化度が、90モル%以上である、請求項1又は2に記載のダイバーティングエージェント。
  4. 坑井に生成された亀裂を一時的に閉塞する方法であって、
    請求項1~のいずれか1項に記載のダイバーティングエージェントを、坑井内の流体の流れに乗せて閉塞したい亀裂に流入させる坑井の亀裂の閉塞方法。
JP2018568998A 2017-12-28 2018-12-27 ダイバーティングエージェント及びこれを用いた坑井の亀裂の閉塞方法 Active JP7342362B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017254844 2017-12-28
JP2017254844 2017-12-28
PCT/JP2018/048310 WO2019131939A1 (ja) 2017-12-28 2018-12-27 ダイバーティングエージェント及びこれを用いた坑井の亀裂の閉塞方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019131939A1 JPWO2019131939A1 (ja) 2020-11-19
JP7342362B2 true JP7342362B2 (ja) 2023-09-12

Family

ID=67067645

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018568998A Active JP7342362B2 (ja) 2017-12-28 2018-12-27 ダイバーティングエージェント及びこれを用いた坑井の亀裂の閉塞方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11384274B2 (ja)
EP (1) EP3733811A4 (ja)
JP (1) JP7342362B2 (ja)
CN (1) CN111527182B (ja)
WO (1) WO2019131939A1 (ja)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3904396A4 (en) * 2018-12-27 2022-02-23 Mitsubishi Chemical Corporation DEVIATION AGENT, AND WELL CRACK PLUGGING METHOD IMPLEMENTING THE SAME
CN113195553A (zh) * 2018-12-27 2021-07-30 三菱化学株式会社 转向剂和使用了其的坑井的龟裂的堵塞方法
CN113227168A (zh) * 2018-12-27 2021-08-06 三菱化学株式会社 转向剂和使用了其的坑井的龟裂的堵塞方法
CN113423741A (zh) * 2019-02-13 2021-09-21 三菱化学株式会社 转向剂及使用其的坑井的龟裂的堵塞方法
JPWO2020166598A1 (ja) * 2019-02-13 2021-12-09 三菱ケミカル株式会社 ダイバーティングエージェント及びこれを用いた坑井の亀裂の閉塞方法
WO2020166595A1 (ja) * 2019-02-13 2020-08-20 三菱ケミカル株式会社 ダイバーティングエージェント及びこれを用いた坑井の亀裂の閉塞方法
WO2021002471A1 (ja) * 2019-07-03 2021-01-07 三菱ケミカル株式会社 ダイバーティングエージェント及びこれを用いた坑井の亀裂の閉塞方法
JP7471859B2 (ja) 2020-02-27 2024-04-22 株式会社クラレ ポリビニルアルコール系樹脂及び地下処理用目止め剤
US11384276B2 (en) * 2020-02-27 2022-07-12 Kuraray Co., Ltd. Particulate plugging agent based on hydrophobically-modified vinyl alcohol polymers
BR112023001183A2 (pt) 2020-08-12 2023-03-07 Kuraray Co Polímero de álcool vinílico e uso do mesmo
JP2023171981A (ja) 2020-10-23 2023-12-06 三菱ケミカル株式会社 ダイバーティングエージェント、これを用いた坑井の亀裂の一時閉塞方法、及びさらなる亀裂の形成方法
JPWO2022230962A1 (ja) * 2021-04-28 2022-11-03
CN113773816B (zh) * 2021-10-20 2023-01-20 中国海洋石油集团有限公司 一种防漏失钻井液材料及其使用方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014196474A1 (ja) 2013-06-03 2014-12-11 株式会社クレハ 坑井処理流体用分解性繊維、その製造方法、及び坑井処理方法
WO2015072317A1 (ja) 2013-11-15 2015-05-21 株式会社クレハ 坑井掘削用一時目止め剤
WO2015099131A1 (ja) 2013-12-26 2015-07-02 日本合成化学工業株式会社 掘削流体調整剤及びこれを用いた掘削流体
JP2016056272A (ja) 2014-09-09 2016-04-21 東洋製罐グループホールディングス株式会社 加水分解性樹脂粒子からなる粉体
US20160177693A1 (en) 2014-12-17 2016-06-23 Baker Hughes Incorporated Compositions and methods of improving hydraulic fracture network

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3916941B2 (ja) 2000-12-15 2007-05-23 日本合成化学工業株式会社 新規ビニルアルコール系樹脂及びその用途
JP4079806B2 (ja) 2003-03-20 2008-04-23 日本合成化学工業株式会社 側鎖に1,2−グリコール結合を有するポリビニルアルコール系樹脂およびその製造方法
JP4694812B2 (ja) 2004-09-29 2011-06-08 日本合成化学工業株式会社 記録用媒体
US7273099B2 (en) * 2004-12-03 2007-09-25 Halliburton Energy Services, Inc. Methods of stimulating a subterranean formation comprising multiple production intervals
CN102695727B (zh) * 2010-03-24 2014-09-03 日本瓦姆&珀巴尔株式会社 聚乙烯醇类树脂及其制备方法
US8613314B2 (en) * 2010-11-08 2013-12-24 Schlumberger Technology Corporation Methods to enhance the productivity of a well
EP3258058A4 (en) 2015-02-12 2018-10-10 Toyo Seikan Group Holdings, Ltd. Method for mining underground resources using hydrolyzable particles
JP6834117B2 (ja) 2015-02-12 2021-02-24 東洋製罐グループホールディングス株式会社 加水分解性粒子
JP2016147972A (ja) 2015-02-12 2016-08-18 東洋製罐グループホールディングス株式会社 ポリオキサレート粒子
CN106867487A (zh) * 2015-12-10 2017-06-20 中国石油天然气股份有限公司 一种用于储层改造的暂堵转向剂及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014196474A1 (ja) 2013-06-03 2014-12-11 株式会社クレハ 坑井処理流体用分解性繊維、その製造方法、及び坑井処理方法
WO2015072317A1 (ja) 2013-11-15 2015-05-21 株式会社クレハ 坑井掘削用一時目止め剤
WO2015099131A1 (ja) 2013-12-26 2015-07-02 日本合成化学工業株式会社 掘削流体調整剤及びこれを用いた掘削流体
JP2016056272A (ja) 2014-09-09 2016-04-21 東洋製罐グループホールディングス株式会社 加水分解性樹脂粒子からなる粉体
US20160177693A1 (en) 2014-12-17 2016-06-23 Baker Hughes Incorporated Compositions and methods of improving hydraulic fracture network

Also Published As

Publication number Publication date
CN111527182B (zh) 2022-12-13
US11384274B2 (en) 2022-07-12
WO2019131939A1 (ja) 2019-07-04
JPWO2019131939A1 (ja) 2020-11-19
US20200317985A1 (en) 2020-10-08
CN111527182A (zh) 2020-08-11
EP3733811A4 (en) 2021-03-10
EP3733811A1 (en) 2020-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7342362B2 (ja) ダイバーティングエージェント及びこれを用いた坑井の亀裂の閉塞方法
US11597870B2 (en) Diverting agent and method of filling fracture in well using the same
US11898090B2 (en) Diverting agent and method of filling fracture in well using the same
US11674073B2 (en) Diverting agent and method of filling fracture in well using same
US20210309910A1 (en) Diverting agent and method of filling fracture in well using same
WO2020138251A1 (ja) ダイバーティングエージェント及びこれを用いた坑井の亀裂の閉塞方法
US11891569B2 (en) Diverting agent and method of filling fracture in well using the same
WO2022085796A1 (ja) ダイバーティングエージェント、これを用いた坑井の亀裂の一時閉塞方法、及びさらなる亀裂の形成方法
WO2020166597A1 (ja) ダイバーティングエージェント及びこれを用いた坑井の亀裂の閉塞方法

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20190515

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211126

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221220

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20230213

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230418

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230801

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230814

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7342362

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151