JPWO2015072317A1 - 坑井掘削用一時目止め剤 - Google Patents
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Abstract
Description
地表面から垂直方向及び必要により更に水平方向に、ドリルを使用して坑井孔を掘削(drill)する掘削工程、坑井孔の崩壊を防止し、坑井孔の内壁(坑井壁)を通して流体が漏洩することを防止するケーシング(casing)工程、及び、坑井壁を仕上げるセメンティング(cementing)工程、並びに、生産層〔石油等を産出する地層。例えば、シェールガス等を産出するシェール層(頁岩層)など〕に石油等を回収するために坑井壁を穿孔(perforation)する穿孔工程、穿孔内に高圧の流体を圧入して坑井壁に亀裂(fracture)を形成拡大するフラクチャリング(fracturing)工程等を含む仕上げ(completing)工程、などの諸工程を経て、坑井の敷設が完成する。なお、既に敷設された坑井の改修も、新規の坑井の敷設とほぼ同様の工程を経て実施される。
(3)合成樹脂は、温度93℃(200度F)〜204℃(400度F)において、40日以下の期間の経過後に、圧縮強度が、期間開始前の圧縮強度に対して20%以上低下するものである前記(1)または(2)の坑井掘削用一時目止め剤。
(4)合成樹脂は、温度80℃の脱イオン水中における質量減少速度が、ポリグリコール酸の該質量減少速度に対して0.001以上1未満の比率である前記(1)〜(3)のいずれかの坑井掘削用一時目止め剤。
(5)合成樹脂が、ポリウレタン、ポリ乳酸、芳香族ポリエステル、脂肪族ポリアミド、及びポリカーボネ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(3)または(4)の坑井掘削用一時目止め剤。
(6)合成樹脂が、熱可塑性ポリウレタン、ステレオコンプレックス型ポリ乳酸、加水分解抑制剤を含有するポリ乳酸及び芳香族ポリエステル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(3)〜(5)のいずれかの坑井掘削用一時目止め剤。
(7)合成樹脂が、ポリブチレンアジペートテレフタレートランダム共重合体または不飽和ポリエステルの少なくとも一方を含有する前記(3)〜(6)のいずれかの坑井掘削用一時目止め剤。
(8)合成樹脂が、ポリグリコール酸系樹脂を含有する前記(3)〜(7)のいずれかの坑井掘削用一時目止め剤。
(9)2種以上の坑井掘削用目止め剤から形成される前記(1)〜(8)のいずれかの坑井掘削用一時目止め剤。
(10)2種以上の坑井掘削用目止め剤が、いずれも温度93℃(200度F)〜204℃(400度F)において、40日以下の期間の目止め機能を有する合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤である前記(9)の坑井掘削用一時目止め剤。
(11)2種以上の坑井掘削用目止め剤が、異なる合成樹脂を含有する前記(9)または(10)の坑井掘削用一時目止め剤。
(12)2種以上の坑井掘削用目止め剤が、形状または大きさの少なくとも一方において異なる前記(9)〜(11)のいずれかの坑井掘削用一時目止め剤。
(13)坑井から産出される炭化水素資源と接触することにより、溶解または分解して消失する前記(1)〜(12)のいずれかの坑井掘削用一時目止め剤。
(14)掘削工程、セメンティング工程、穿孔工程、フラクチャリング工程または仕上げ工程の1または複数の工程において使用される前記(1)〜(13)のいずれかの坑井掘削用一時目止め剤。
(15)逸泥防止剤または転換剤である前記(1)〜(14)のいずれかの坑井掘削用一時目止め剤。
(19)掘削工程、穿孔工程、フラクチャリング工程または仕上げ工程の1または複数の工程において前記(1)〜(15)のいずれかの坑井掘削用一時目止め剤を使用する前記(18)の坑井掘削方法。
(20)前記(1)〜(15)のいずれかの坑井掘削用一時目止め剤とともに、温度93℃(200度F)〜204℃(400度F)において、40日を超える期間の目止め機能を有する坑井掘削用目止め剤を使用する前記(18)または(19)の坑井掘削方法。
(21)前記(1)〜(15)のいずれかの坑井掘削用一時目止め剤を使用して一時目止めを行った後に、該坑井掘削用一時目止め剤を分解させることができる材料と接触させることにより目止めを解除する前記(18)〜(20)のいずれかの坑井掘削方法。
本発明の第1の側面による坑井掘削用一時目止め剤は、温度93〜204℃において、40日以下、多くの場合2日以上40日以下の期間の目止め機能を有する合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤、特に、温度93〜204℃において、40日以下の期間の目止め機能を有する合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤であって、好ましくは、含有される合成樹脂は、温度80℃の脱イオン水中における質量減少速度がポリグリコール酸の該質量減少速度に対して0.001以上1未満の比率であり、及び/または、温度93〜204℃において、40日以下の期間の経過後に、圧縮強度が、期間開始前の圧縮強度に対して20%以上低下することを特徴とする前記の坑井掘削用一時目止め剤である。したがって、後に詳述するように、温度93〜204℃において、40日以下の期間内に目止め機能を喪失する性質を有する分解性合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤である。いいかえると、本発明の坑井掘削用一時目止め剤は、温度93〜204℃において、40日以下の期間、目止め機能を有し、かつ、当該期間内に目止め機能を喪失する分解性合成樹脂を含有する坑井掘削用一時目止め剤である。温度93〜204℃において、目止め機能を有する期間は、多くの場合2日以上40日以下であるが、例えばフラクチャリング工程によっては、温度93〜204℃の環境において、30分間〜1時間で一時目止め機能を解除したいという要求もあり、本発明の合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤は、そうした要求にも応えることができるものである。
本発明において、坑井掘削用一時目止め剤(temporary plug)とは、坑井掘削(坑井の敷設)の諸工程、具体的には、掘削工程、セメンティング工程、穿孔工程、フラクチャリング工程または仕上げ工程等において、坑井壁を一時的に目止めする目的で、坑井処理流体に含有される配合剤として使用される材料をいう。例えば、逸泥防止剤(LCM)、穿孔プラグ剤、フラクチャリング用一時プラグ剤〔転換剤(diverting agent)〕、ブリッジ剤(「仕上げ目止め剤」ということもある。)等と称される配合剤材料などを意味する。
本発明の坑井掘削用一時目止め剤は、合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤である。すなわち、従来、逸泥防止剤等の一時目止め剤としては、杉皮、サトウキビの繊維、鉱物繊維等の繊維状物;石灰岩、大理石、木、クルミの殻、綿の実の殻、トウモロコシの穂軸、合成樹脂等の粒状物;雲母片、樹脂フィルム片、セロファン小片等の薄片状物;など、種々の無機物質及び有機物質が使用されていたが、本発明の坑井掘削用一時目止め剤は、合成樹脂を含有することを特徴の一つとする。合成樹脂としては、高温環境において所期の期間、目止め機能を有し、次いで目止め機能を喪失するものとすることができる分解性の樹脂である限り、特に限定されないが、高温環境において溶融しないものであることが好ましい。好ましい分解性の合成樹脂としては、ポリウレタン、ポリ乳酸、脂肪族ポリエステル、芳香族ポリエステル、脂肪族ポリアミド、及びポリカーボネートなどが挙げられ、これらの合成樹脂の内から、高温環境において所期の期間、目止め機能を有するものを選択すればよい。
本発明の合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤において、前記した目止め機能を喪失するものとすることができる分解性の合成樹脂とは、i)例えば、ポリグリコール酸(以下、「PGA」ということがある。)等のように、樹脂の分子構造が分解して、二酸化炭素と水のレベルまで分解する狭義の分解性樹脂のほか、ii)樹脂の分子鎖切断等による分子量低下などによって、強度が低下して分解し、目止め機能を喪失するもの(この場合、材料の質量は減少しないこともある。)、iii)樹脂を含有する材料が、初期の形状に対して微粉・微細化することにより、水等の媒体中に分散して強度を失い、目止め機能を喪失するもの(この場合、材料の質量は減少しないこともある。)、iv)材料に含有される樹脂が、水等の媒体に溶解することにより、強度を失い、目止め機能を喪失するもの、など、を意味する。本発明の坑井掘削用一時目止め剤に含有される合成樹脂としては、温度93〜204℃において、40日以下、多くの場合2日以上40日以下の期間の経過後に、圧縮強度が、期間開始前の圧縮強度に対して20%以上低下する合成樹脂が、好ましい分解性の合成樹脂である。圧縮強度が低下する比率は、より好ましくは25%以上、更に好ましくは30%以上である。圧縮強度は、JIS K7181(ISO604準拠)に従って、温度93〜204℃の範囲内の所定の温度(目的に応じてあらかじめ定める温度)で測定することにより求めることができる。なお、前記の圧縮強度が低下する比率の上限は100%であり、温度93〜204℃において、40日の期間が経過する前に、合成樹脂が、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、圧縮強度の測定が不可能となる場合は、前記の圧縮強度が低下する比率を100%とする。
また、高温環境において所期の期間、目止め機能を有するものを選択する有効な指標の一つとして、温度80℃の脱イオン水中における質量減少速度が、PGAの該質量減少速度に対して0.001以上1未満の比率である合成樹脂を選択することが好ましい。PGAは、比較的低温環境においても優れた分解性を有することが知られている合成樹脂である。PGAの温度80℃の脱イオン水中における質量減少速度(以下、「80℃水中質量減少速度」ということがある。)に対する、当該合成樹脂の80℃水中質量減少速度の比率(以下、「PGA相対質量減少速度比率」ということがある。)が0.001以上1未満の比率である合成樹脂であれば、後に詳述するように、合成樹脂の物性(分子量、架橋度、結晶構造や結晶化度等)や組成、更に、形状や大きさの組み合わせを調整することによって、温度93〜204℃において、40日以下、多くの場合2日以上40日以下の期間の目止め機能を有する、本発明の合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤を容易に得ることができる。また、用途に応じて必要とされる一時目止め期間、例えば、3、5、7、14、21または35日等の期間に適合する一時目止め期間の実現を容易に行うことができる。
前記の圧縮強度が低下する比率が20%以上である合成樹脂、好ましくは更にPGA相対質量減少速度比率が0.001以上1未満である合成樹脂は、特に限定されないが、ポリウレタン、PLA、芳香族ポリエステル、脂肪族ポリアミド、及びポリカーボネートからなる群より選ばれる少なくとも1種を含有する合成樹脂や、PBATまたは不飽和ポリエステルの少なくとも一方を含有する合成樹脂などが挙げられる。これらの合成樹脂のPGA相対質量減少速度比率としては、以下のものが知られている。すなわち、ポリウレタンとしては、熱硬化性ポリウレタン:0.35〜1未満、熱可塑性ポリウレタン:0.005〜0.1、PLAとしては、ポリ−L−乳酸:0.1〜0.3、ステレオコンプレックス型ポリ乳酸:0.02〜0.06、芳香族ポリエステルとしては、ポリブチレンテレフタレート:0.005〜0.05、脂肪族ポリアミドとしては、ナイロン66:0.002〜0.01が知られている。また、ポリカーボネートとしてはPGA相対質量減少速度比率が0.002〜0.01であるものが知られている。また、PBATとしてはPGA相対質量減少速度比率が0.008〜0.08であるものが知られており、不飽和ポリエステルとしては、PGA相対質量減少速度比率が0.002〜0.05であり、温度100℃の水中において40日経過後の質量減少率が20%以上である無水マレイン酸由来の不飽和ポリエステルが知られている。これらの合成樹脂としては、先に説明した温度93〜204℃における圧縮強度の低下の割合を充足するものが含まれる。例えば、熱硬化性ポリウレタンは、PGA相対質量減少速度比率は必ずしも小さくはないが、温度93〜204℃において、40日以下の期間の経過後に、圧縮強度が、期間開始前の圧縮強度に対して20%以上低下する。
ポリウレタン、中でも熱可塑性ポリウレタンは、先に説明したように、PGA相対質量減少速度比率が0.005〜0.1であることにより、一時目止め性、及び、それに対応する分解性や崩壊性の制御が容易であることから、本発明の合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤に特に好ましい合成樹脂である。合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤に特に好ましく含有される熱可塑性ポリウレタンは、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、分子中にウレタン結合(−NH−CO−O−)を有するポリウレタンである。熱可塑性ポリウレタンは、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ポリウレタンと、その主鎖にエーテル結合を有するポリエーテル型ポリウレタン、に大別され、そのいずれを使用することもできる。また、架橋タイプ及び未架橋タイプのいずれも使用することができるが、架橋度や硬度の調整により、一時目止め性、及び、それに対応する分解性や崩壊性の制御をすることが一層容易であることから、ポリエステル型ポリウレタンがより好ましい場合が多い。また、熱可塑性ポリウレタンとしては、ゴム弾性を有する熱可塑性ポリウレタンエラストマーとゴム弾性を有しない熱可塑性ポリウレタンのいずれも使用することができる。熱可塑性ポリウレタンエラストマーは多くの場合、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、耐油性に優れ、機械的強度(圧縮強度等)が大きく、かつ、高弾性でエネルギー吸収性が高いことが知られており、本発明の坑井掘削用一時目止め剤に適合することがある。さらに、熱可塑性ポリウレタンエラストマーは、そのゴム弾性に基づく変形等によって、目止め性がより長期間維持されるので、一時目止め性の調整をより容易とすることができる場合がある。また、ポリウレタンとしては、熱硬化性ポリウレタンも、その材料や組成の選択等により、本発明の坑井掘削用一時目止め剤として好ましく使用することができる。
(i)一般的に、熱可塑性ポリウレタンは、熱硬化性ポリウレタンと比較して、PGA相対質量減少速度比率を減少させやすい傾向がある、
(ii)熱可塑性ポリウレタンについては、硬度を上げることにより、PGA相対質量減少速度比率を小さくすることができる、
(iii)熱可塑性ポリウレタンについては、重合工程における架橋または加工工程での架橋剤添加等によって架橋構造を形成することにより、PGA相対質量減少速度比率を更に小さくすることができる、
(iv)架橋剤の添加量については、ポリウレタン100質量部に対して10質量部程度までは添加量の増加に応じてPGA相対質量減少速度比率が減少し、また、10質量部を超える架橋剤の添加(通常30質量部以下、多くの場合25質量部以下である。)により、PGA相対質量減少速度比率を更に減少させることができる、
(v)架橋方法としては、多官能イソシアネート化合物、多官能アミン化合物または多官能エポキシ化合物等の架橋剤を使用して溶融混練する方法などが挙げられる。例えば、多官能イソシアネート化合物としては、ヘキサメチレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート等が挙げられる。多官能アミン化合物としては、3,3’−ジクロロベンジジン、4,4’−メチレンビス−2−クロロアニリン、トリメチレンビス(4−アミノベンゾアート)等が挙げられる。多官能エポキシ化合物としては、トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレート、ポリ(メタクリル酸グリシジル)等が挙げられる。
(vi)架橋方法としてはまた、多官能の不飽和基含有架橋剤(例えば、分子内にエチレン性不飽和結合を2個以上有する(メタ)アクリレート等の多官能性(メタ)アクリレート系モノマー等が挙げられる。具体的には、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等が例示できる。)を使用する等して、電子線架橋(通常加速電圧10〜300kVの範囲であり、多くの場合15〜200kVの範囲である。)等のエネルギー線架橋をすることにより、PGA相対質量減少速度比率を更に減少させることができる。
これらの観点の1つまたは複数の組み合わせに基づき、例えばPGA相対質量減少速度比率が0.005〜0.1の範囲において所望の範囲のポリウレタンを得ることができる。
PGA相対質量減少速度比率が0.005以上0.1以下である合成樹脂は、本発明の合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤に含有される特に好ましい合成樹脂である。具体的には、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸とを混合することにより、それぞれの分子鎖が好適に噛み合ってステレオコンプレックスを形成して得られ、耐熱性が高まることが知られているステレオコンプレックス型ポリ乳酸や、カルボジイミド、好ましくは環状カルボジイミド等の加水分解抑制剤を含有するポリ乳酸(耐熱性の向上が知られている。)が挙げられる。また、芳香族ポリエステルとしては、ポリブチレンテレフタレートが挙げられるが、更に、芳香族ポリエステルの共重合体(脂肪族ポリエステルとの共重合体でもよい。)も挙げられ、具体的には、ポリブチレンアジペートテレフタレートランダム共重合体(PBAT)等が特に好ましい合成樹脂である(PBATを温度93℃または107℃の脱イオン水に浸漬し所定時間経過したときの圧縮強度低下率を表4に示す。)。
不飽和ポリエステルは、本発明の合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤に含有される他の好ましい合成樹脂の一つである。不飽和ポリエステルは、少なくとも一方が不飽和基を有する多価カルボン酸と多価アルコールとの縮合反応によって得られるビニル基含有ポリエステルを、ビニル系モノマーで架橋してなる樹脂である。多価カルボン酸としては、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸、ナジン酸(3,6−エンドメチレン・テトラヒドロフタル酸)等の不飽和ジカルボン酸またはそれらの無水物を用いることができ、無水フマル酸または無水マレイン酸の使用が好ましい。また、テレフタル酸、イソフタル酸、スルホイソフタル酸等の飽和ジカルボン酸またはそれらの塩(アンモニウム塩等)や無水物などを併用することができる。多価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、2,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール等のアルキレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等のポリオキシアルキレングリコール、ビスフェノールA等のビスフェノール類などを用いることができる。また三価以上のアルコール類としてトリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエルスリトール等を併用することができる。多価アルコールとしてはエチレングリコール、プロピレングリコールまたは2,3−ブタンジオールの使用が好ましい。架橋剤となるビニルモノマーとしては、スチレンまたはそのアルキル置換体、メチルメタクリレート、メタクリル酸、アクリルアミド等の不飽和モノカルボン酸またはその誘導体、ジアリルフタレート、トリアリルイソシヌレート等のアリル化合物等が挙げられ、スチレンまたはメチルメタクリレートが好ましい。不飽和ポリエステルは、不飽和ジカルボン酸またはそれらの無水物等の多価カルボン酸、多価アルコール、及び、架橋剤の種類や含有量の選択、並びに、形状や大きさ(例えば、粒子における粒径等)の選択により、多様な坑井環境内における目止め性と分解性とを調整することができるので、坑井掘削用一時目止め剤を形成するために設計性が高い合成樹脂であるということができる。なお、不飽和ポリエステルは、分解により、ポリスチレン等の水に不溶の成分が形成され、これが残存することがあるが、ポリスチレンは、坑井掘削終了後に坑井から産出される石油や天然ガス等の炭化水素資源と接触することにより、溶解するものであるので、生産の妨げになるおそれはない。
(他の合成樹脂)
本発明の合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤には、先に好ましい合成樹脂として具体的に挙げたもののほか、本発明の目的を阻害しない範囲で、更に他の合成樹脂を含有させることができ、これにより坑井掘削用一時目止め剤が、温度93〜204℃において有する目止め機能の期間を、40日以下、多くの場合2日以上40日以下の期間の範囲内において、所望により調整することができる。他の合成樹脂としては、特に限定されず、他の種類のゴム材料(例えば、ニトリルゴム、ポリイソプレン、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、スチレン・ブタジエンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴムなどの非分解性のゴム材料など)や他の種類の樹脂を選択することができる。好ましい樹脂として、生分解性、加水分解性、熱分解性等の分解性樹脂を使用することができる。特に好ましくは、PGA、PLA(合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤に含有される合成樹脂に該当しない場合。また、ステレオコンプレックス型ポリ乳酸を除く。)、グリコール酸・乳酸共重合体等の公知の分解性樹脂、またはそれらの混合物が挙げられる。特に、ポリグリコール酸やグリコール酸・乳酸共重合体等のポリグリコール酸系樹脂を含有させることにより、温度93〜204℃において有する目止め機能の期間を、40日以下の期間の範囲内において、所望により調整することが容易にできる。ポリグリコール酸系樹脂の含有量は、合成樹脂成分において、好ましくは1〜30質量%、より好ましくは3〜25質量%、更に好ましくは5〜20質量%である。
本発明の合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤には、本発明の目的を阻害しない範囲で、坑井掘削用一時目止め剤において通常添加される種々の配合剤を更に含有させることができ、例えば、強化材、安定剤、分解促進剤または分解抑制剤等の各種の添加剤が挙げられる。これら各種の添加剤は、それぞれ単独で、または2種以上を組み合わせて使用することができる。
例えば、強化材としては、有機または無機の繊維状強化材や、粒状または粉末状強化材等が挙げられ、単独で、または2種以上を組み合わせて使用することができる。繊維状強化材としては、ガラス繊維、炭素繊維、アスベスト繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化硼素繊維、窒化珪素繊維、硼素繊維、チタン酸カリ繊維等の無機繊維状物;ステンレス、アルミニウム、チタン、鋼、真鍮等の金属繊維状物;アラミド繊維、ケナフ繊維、ポリアミド、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等の高融点有機質繊維状物質;などが例示される。粒状または粉末状強化材としては、マイカ、シリカ、タルク、アルミナ、カオリン、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、フェライト、クレー、ガラス粉、酸化亜鉛、炭酸ニッケル、酸化鉄、石英粉末、炭酸マグネシウム、硫酸バリウムなどが例示される。強化材の大きさ(径及び長さや粒径等)は適宜選択することができる。強化材は、必要に応じて、集束剤または表面処理剤により処理されていてもよい。
また、分解促進剤としては、酸または酸前駆体が挙げられ、本発明の合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤に含有される合成樹脂の化学構造に影響を与えない観点から、酸前駆体が好ましく用いられる。具体的には、グリコリド、ラクチド等のラクトン類、酸無水物〔3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)等が挙げられる。〕、アルキルエステル類、スルホン酸エステル類、リン酸エステル類などが挙げられる。さらに、PGAやPLA等の脂肪族ポリエステル類も、これらが合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤に含有される合成樹脂に該当しない場合には、分解促進剤として使用することができる。
(1)温度93〜204℃において、40日以下の期間、目止め機能を有する
本発明の坑井掘削用一時目止め剤は、温度93〜204℃において、40日以下、多くの場合2日以上40日以下の期間、目止め機能を有する、合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤である。すなわち、本発明の坑井掘削用一時目止め剤は、温度93℃〜204℃において、40日以下、多くの場合2日以上40日以下の期間、目止め機能を有し、当該期間内に目止め機能を喪失する合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤である。本発明の坑井掘削用一時目止め剤は、温度93〜204℃において、40日以下、多くの場合2日以上40日以下の期間、目止め機能を有し、当該期間内に目止め機能を喪失することによって、高温環境における使用に適合する一時目止め機能を有するものである。好ましくは、温度93〜204℃において、40日以下の期間の経過後に、圧縮強度が、期間開始前の圧縮強度に対して20%以上低下するものである合成樹脂を含有することによって、前記の坑井掘削用一時目止め剤を得ることができる。坑井掘削において求められる一時目止め機能は、工程によって必要とされる期間が異なるが、工程の安全性等の観点から、例えば、30分間〜1時間未満、多くの場合2日未満のような期間で目止め機能が不要となることは少なく、一方、工程短縮等の観点から40日を超えて目止め機能が必要であることも極めて少ない。本発明の坑井掘削用一時目止め剤は、温度93〜204℃において、40日以下、多くの場合2日以上40日以下の期間の範囲内の所望の期間、目止め機能を有するように選択することが可能な一時目止め剤である。具体的には、用途に応じて必要とされる一時目止め期間、例えば、3、5、7、14、21または35日等の期間に適合する一時目止め期間の実現を容易に行うことができる。
目止め機能は、市販のHP−HTフィルタープレス(HP-HT Filter Press)試験機を使用し、幅3mm長さ20mmのスリットを設けた厚み5mmのSUS製の円盤状ディスクを用いて、該スリットに坑井掘削用一時目止め剤を充填し、水を圧力媒体として、温度121℃で、1,000psi(7MPa)まで昇圧した後、その温度と圧力を維持して、スリットから水の漏出が生じる(円盤状ディスクの反対側面から坑井掘削用一時目止め剤が漏出する)までの時間を測定し、40日以下の間であることによって確認する。すなわち、当該坑井掘削用一時目止め剤は、温度121℃において、1,000psi(7MPa)の圧力で、40日以下の期間、前記した試験装置の目止め機能を有することにより、温度93〜204℃において、40日以下の期間、目止め機能を有するといえ、高温環境における使用に適合する一時目止め機能を有すると評価することができる。
本発明の温度93〜204℃において、40日以下、多くの場合2日以上40日以下の期間、目止め機能を有する、合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤は、いうまでもなく固形物であって、好ましくは、温度93〜204℃において、40日以下の期間の経過後に、圧縮強度が、期間開始前の圧縮強度に対して20%以上低下するものである合成樹脂、及び/または、温度80℃の脱イオン水中における上記の質量減少速度を有する合成樹脂から形成した種々の形状及び種々の大きさを有する材料の1種または複数を使用して調製することができる。一時目止め剤を形成する材料の形状としては、例えば、ペレット状、粉体状または粒体状、繊維状(短繊維、ウイスカー、不織布、編織布等)、フィルム片(フィルムを裁断または粉砕等して得られる小片)等の形状が挙げられ、また、目止め機能を有する限り、小孔を有する多孔質のものでもよい。種々の形状及び大きさの材料は、それ自体公知の方法によって得ることができる。また、同種の合成樹脂から得られた異なる形状及び/または大きさの材料を混合して使用してもよいし、異なる合成樹脂から得られた異なる形状及び/または大きさの材料を混合して使用してもよい。本発明の合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤は、通常、種々の形状及び種々の大きさを有する材料の混合物であり、合成樹脂の種類や物性(分子量等)、組成、材料の形状及び大きさの組み合わせによって、温度93〜204℃において、40日以下、多くの場合2日以上40日以下の期間の範囲内において、更に所望の期間、目止め機能を有するように調製することができる。
〔熱可塑性ポリウレタンの目止め機能〕
熱可塑性ポリウレタンとして、デュロメータータイプD硬度74°のラクトン系ポリエステル型ポリウレタン(架橋タイプであり、エラストマーである。)のペレット状成形物を得て、更にこれをゴム用粉砕機にかけて粉体状成形物を得た。ペレット状成形物と粉体状成形物を混合して、先に述べた目止め機能の試験を行ったところ、11日目までスリットの目止め機能が継続し、その後目止め機能を喪失したことが確認できた。上記熱可塑性ポリウレタンについて、架橋剤の使用量を増加し、または電子線架橋を行って、更に架橋度を高めた熱可塑性ポリウレタンを得て、同様の目止め機能の試験を行うことにより、16日目までスリットの目止め機能が継続し、その後目止め機能を喪失したことが確認できる。
合成樹脂が、高温環境下において一時目止め機能を実現することができるかどうかを推認し判定する方法として、高温環境の温度条件の水中における種々の合成樹脂の質量減少を確認した。具体的には、質量減少率が20%以上となるまでの時間を確認したところ、以下のとおりであった。すなわち、温度93℃の下では、PGA:10時間〜1.5日、ポリL−乳酸:3〜8日、熱硬化性ポリウレタン(ポリエステル型ポリウレタン):20時間〜3日であった。温度121℃の下では、熱可塑性ポリウレタン(ポリエステル型ポリウレタン、架橋タイプ):3〜44日、熱可塑性ポリウレタン(ポリエステル型ポリウレタン、非架橋タイプ):3〜18日、芳香族ポリエステル(ポリブチレンテレフタレート):4〜40日、ステレオコンプレックス型ポリ乳酸:3〜11日であった。更に温度177℃の下では、熱可塑性ポリウレタン(ポリエステル型ポリウレタン、架橋タイプ):6時間〜6日、脂肪族ポリアミド:2〜6日、ポリカーボネート:3〜13日などであった。また、不飽和ポリエステルについては、温度149℃の下で約2日で質量減少率が20%以上となったが、温度100℃の下で3日間経過後には、表面がひび割れて極めて脆い状態になっていることが確認された。これらの結果から、上記の合成樹脂を含有する坑井掘削用一時目止め剤においては、それぞれの温度条件において、確認された日数経過後には、目止め機能が消失することが推認される。また、温度121℃の下で、例えば5〜30日の期間の目止め機能を有することが確認された坑井掘削用一時目止め剤を、温度177℃等のより高い温度の下で使用することにより、更に短時間で目止め機能の喪失を可能とするように使用することもできる。なお、これらの質量減少の期間に幅があるのは、例えば、ポリウレタンについては、架橋度、硬度、構造の違い、また加水分解抑制剤や可塑剤等の添加剤の有無等の組成の如何により、ある程度の範囲内で変動が生じたものと推測される。また、その他の合成樹脂については、分子量、構造、結晶化度、更に添加剤の有無との組成の如何により、ある程度の範囲内で変動が生じたものと推測される。すなわち、合成樹脂の種類、物性や組成を選択する、例えば、先に説明したように、架橋度や硬度を調整したり、添加剤の有無や配合量を調整することにより、温度93〜204℃の坑井環境において、40日以下、多くの場合2日以上40日以下の期間の範囲内で目止め機能を制御することができ、その用途に応じて、例えば3、5、7、14、21または35日など、異なる一時目止めが必要な期間に応じて、これらの合成樹脂を選択することができることが推認された。
本発明の合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤は、温度93〜204℃の高温の坑井環境において、40日以下の期間の目止め機能を有する。中でも、温度149〜191℃のような、より高い温度領域の温度環境(以下、「高高温度環境」ということがある。)において使用する坑井掘削用一時目止め剤が求められることもある。高高温度環境で使用する坑井掘削用一時目止め剤に含有するのに適合する合成樹脂は、例えば以下の方法によって、評価し選択することができる。すなわち、温度149℃の脱イオン水に3時間浸漬した後に形状を維持しており(または質量減少率10%以下)、温度191℃の脱イオン水に3時間浸漬した後には形状を喪失したり質量減少する(例えば、質量減少率50%以上)ような合成樹脂は、高高温度環境における一時目止め機能を有しているといえることが多い。表5に、種々の合成樹脂について、温度149℃または191℃の水に3時間浸漬したときの質量減少率(単位:%)と形状等に関する外観を、高高温度領域での適合性の評価(暫定的な評価である。)等とともに示す。
本発明によれば、先に説明した温度93〜204℃において、40日以下、多くの場合2日以上40日以下の期間、目止め機能を有する、本発明の合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤を含有する坑井処理流体が提供される。坑井処理流体としては、特に限定されないが、掘削流体、セメンティング流体、フラクチャリング流体及び仕上げ流体からなる群より選ばれる少なくとも1種が挙げられる。
本発明によれば、先に説明した温度93〜204℃において、40日以下、多くの場合2日以上40日以下の期間、目止め機能を有する、本発明の合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤、特に、温度93〜204℃において、40日以下の期間の目止め機能を有する合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤であって、好ましくは、含有される合成樹脂は、温度80℃の脱イオン水中における質量減少速度がポリグリコール酸の該質量減少速度に対して0.001以上1未満の比率であり、及び/または、温度93〜204℃において、40日以下の期間の経過後に、圧縮強度が、期間開始前の圧縮強度に対して20%以上低下することを特徴とする前記の坑井掘削用一時目止め剤を使用して一時目止めを行う坑井掘削方法が提供される。坑井掘削方法において、本発明の合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤を使用する工程は特に限定されないが、本発明によれば、掘削工程、穿孔工程、フラクチャリング工程または仕上げ工程の1または複数の工程において本発明の合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤を使用する坑井掘削方法とすることができる。さらに、本発明の合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤を含有する一時目止め用の流体を、坑井処理流体を坑井孔内に流入させるのに先立って、坑井孔内に流入させる坑井掘削方法とすることもできる。
Claims (21)
- 温度93℃(200度F)〜204℃(400度F)において、40日以下の期間の目止め機能を有する合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤。
- 2日以上40日以下の期間の目止め機能を有する請求項1記載の坑井掘削用一時目止め剤。
- 合成樹脂は、温度93℃(200度F)〜204℃(400度F)において、40日以下の期間の経過後に、圧縮強度が、期間開始前の圧縮強度に対して20%以上低下するものである請求項1または2記載の坑井掘削用一時目止め剤。
- 合成樹脂は、温度80℃の脱イオン水中における質量減少速度が、ポリグリコール酸の該質量減少速度に対して0.001以上1未満の比率である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の坑井掘削用一時目止め剤。
- 合成樹脂が、ポリウレタン、ポリ乳酸、芳香族ポリエステル、脂肪族ポリアミド、及びポリカーボネ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3または4記載の坑井掘削用一時目止め剤。
- 合成樹脂が、熱可塑性ポリウレタン、ステレオコンプレックス型ポリ乳酸、加水分解抑制剤を含有するポリ乳酸及び芳香族ポリエステル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3乃至5のいずれか1項に記載の坑井掘削用一時目止め剤。
- 合成樹脂が、ポリブチレンアジペートテレフタレートランダム共重合体または不飽和ポリエステルの少なくとも一方を含有する請求項3乃至6のいずれか1項に記載の坑井掘削用一時目止め剤。
- 合成樹脂が、ポリグリコール酸系樹脂を含有する請求項3乃至7のいずれか1項に記載の坑井掘削用一時目止め剤。
- 2種以上の坑井掘削用目止め剤から形成される請求項1乃至8のいずれか1項に記載の坑井掘削用一時目止め剤。
- 2種以上の坑井掘削用目止め剤が、いずれも温度93℃(200度F)〜204℃(400度F)において、40日以下の期間の目止め機能を有する合成樹脂含有の坑井掘削用一時目止め剤である請求項9記載の坑井掘削用一時目止め剤。
- 2種以上の坑井掘削用目止め剤が、異なる合成樹脂を含有する請求項9または10記載の坑井掘削用一時目止め剤。
- 2種以上の坑井掘削用目止め剤が、形状または大きさの少なくとも一方において異なる請求項9乃至11のいずれか1項に記載の坑井掘削用一時目止め剤。
- 坑井から産出される炭化水素資源と接触することにより、溶解または分解して消失する請求項1乃至12のいずれか1項に記載の坑井掘削用一時目止め剤。
- 掘削工程、セメンティング工程、穿孔工程、フラクチャリング工程または仕上げ工程の1または複数の工程において使用される請求項1乃至13のいずれか1項に記載の坑井掘削用一時目止め剤。
- 逸泥防止剤または転換剤である請求項1乃至14のいずれか1項に記載の坑井掘削用一時目止め剤。
- 請求項1乃至15のいずれか1項に記載の坑井掘削用一時目止め剤を含有する坑井処理流体。
- 掘削流体、セメンティング流体、フラクチャリング流体及び仕上げ流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16記載の坑井処理流体。
- 請求項1乃至15のいずれか1項に記載の坑井掘削用一時目止め剤を使用して一時目止めを行う坑井掘削方法。
- 掘削工程、穿孔工程、フラクチャリング工程または仕上げ工程の1または複数の工程において請求項1乃至15のいずれか1項に記載の坑井掘削用一時目止め剤を使用する請求項18記載の坑井掘削方法。
- 請求項1乃至15のいずれか1項に記載の坑井掘削用一時目止め剤とともに、温度93℃(200度F)〜204℃(400度F)において、40日を超える期間の目止め機能を有する坑井掘削用目止め剤を使用する請求項18または19記載の坑井掘削方法。
- 請求項1乃至15のいずれか1項に記載の坑井掘削用一時目止め剤を使用して一時目止めを行った後に、該坑井掘削用一時目止め剤を分解させることができる材料と接触させることにより目止めを解除する請求項18乃至20のいずれか1項に記載の坑井掘削方法。
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