WO2019058743A1 - ダウンホールツール部材及びその製造方法 - Google Patents

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WO2019058743A1
WO2019058743A1 PCT/JP2018/027527 JP2018027527W WO2019058743A1 WO 2019058743 A1 WO2019058743 A1 WO 2019058743A1 JP 2018027527 W JP2018027527 W JP 2018027527W WO 2019058743 A1 WO2019058743 A1 WO 2019058743A1
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WO
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polyglycolic acid
resin composition
acid resin
downhole tool
tool member
Prior art date
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PCT/JP2018/027527
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English (en)
French (fr)
Inventor
卓磨 小林
小林 史典
光 西條
瑞輝 斎藤
吉田 博明
Original Assignee
株式会社クレハ
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L67/00Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L67/04Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids, e.g. lactones
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/10Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
    • E21B33/12Packers; Plugs

Definitions

  • the present invention relates mainly to a polyglycolic acid resin composition suitable for forming a downhole tool member, a molding thereof, and a method of manufacturing the same.
  • Polyglycolic acid resin compositions are known as materials for downhole tool members.
  • high strength is required for downhole tool members such as flak plugs used for hydraulic fracturing, high strength is also required for the members.
  • Patent Document 1 discloses a high molecular weight and high melt viscosity polyglycolic acid resin composition as a material capable of obtaining such a high strength downhole tool member. There is.
  • machine parts including downhole tool members generally have a three-dimensional shape and a complex shape.
  • machine parts including downhole tool members When manufacturing molded articles of three-dimensional shape and complex shape from resin materials, they are often manufactured by injection molding. However, it has been found that distortion and cracking occur when a three-dimensional molded article using the above-mentioned high molecular weight and high melt viscosity polyglycolic acid resin composition is directly molded by injection molding. Therefore, in WO 2014/092067 (patent document 2), a molding material of a polyglycolic acid resin composition having a simple shape is produced by a solidifying extrusion method, and the polyglycolic acid resin composition is cut by cutting it. Form a downhole tool member.
  • a downhole tool member including: and a method of manufacturing the same.
  • the present inventors are the weight average molecular weights Mw 150,000-3, 000 or less, and temperature Molding is easy by using a polyglycolic acid resin composition in which the melt viscosity Mv (Pa ⁇ s) measured at 270 ° C. and shear rate of 122 sec ⁇ 1 satisfies Mv ⁇ 6.2 ⁇ 10 ⁇ 15 ⁇ Mw 3.2
  • the present invention has been accomplished by finding that a downhole tool member having high strength can be obtained.
  • one aspect of the method for manufacturing the downhole tool member according to the present invention includes the step of injection molding the polyglycolic acid resin composition.
  • the melt viscosity Mv (Pa ⁇ s) measured at a temperature of 270 ° C. and a shear rate of 122 sec ⁇ 1 and having a weight average molecular weight Mw of 150,000 to 300,000 is Mv ⁇ 6.2 ⁇
  • a downhole tool member formed of a resin material containing polyglycolic acid satisfying 10 -15 ⁇ Mw 3.2 processing at the time of extrusion molding or injection molding is easy, and at the time of cutting and transportation
  • the effect of being able to reduce the cracking can be enhanced, and the effect of being able to increase the reliability of well processing can be achieved by having sufficient strength in the high temperature environment well.
  • a hole tool member can be provided.
  • the polyglycolic acid resin composition according to the present embodiment has a weight average molecular weight Mw of 150,000 to 300,000.
  • Mw weight average molecular weight of the polyglycolic acid resin composition
  • the strength of the downhole tool member can be sufficiently maintained, and when it is 300,000 or less, molding at the time of extrusion molding or injection molding It becomes easy.
  • the weight average molecular weight of the polyglycolic acid resin composition is measured by the following method. That is, 10 mg of a sample is dissolved in hexafluoroisopropanol (HFIP) in which sodium trifluoroacetate is dissolved at a concentration of 5 mM to make it 10 mL, and then filtered through a membrane filter to obtain a sample solution. 10 ⁇ L of this sample solution is injected into a gel permeation chromatography (GPC) apparatus, and the molecular weight is measured under the following conditions. The sample solution is injected into the GPC device within 30 minutes after dissolution.
  • HFIP hexafluoroisopropanol
  • GPC gel permeation chromatography
  • ⁇ GPC measurement conditions Device: Shimadzu Corporation LC-9A Column: Showa Denko HFIP-606M 2 pieces (series connection) Pre-column: HFIP-G 1 Column temperature: 40 ° C Eluent: HFIP solution in which sodium trifluoroacetate is dissolved at a concentration of 5 mM Flow rate: 1 mL / min Detector: Differential refractometer Molecular weight calibration: Five kinds of polymethyl methacrylate of standard molecular weight different in molecular weight (POLYMER LABORATORIES Ltd. Use calibration curve data of molecular weight created using).
  • melt viscosity Mv (Pa ⁇ s) of the polyglycolic acid resin composition in this embodiment measured at a temperature of 270 ° C. and a shear rate of 122 sec ⁇ 1 is Mv ⁇ 6.2 * 10 ⁇ -15 > * Mw 3.2 (Formula 1)
  • Mw satisfies the weight average molecular weight of the polyglycolic acid resin composition.
  • melt viscosity Mv (Pa ⁇ s) is Mv ⁇ 5.4 ⁇ 10 -15 ⁇ Mw 3.2 (Expression 2)
  • the polyglycolic acid resin composition satisfying the above is more preferable. This makes it easier to process the polyglycolic acid resin composition by extrusion molding or injection molding.
  • the melt viscosity is preferably 100 Pa ⁇ s or more from the viewpoint of obtaining sufficient strength of a molded product after extrusion molding or injection molding.
  • the polyglycolic acid used for the polyglycolic acid resin composition in the present embodiment is a polymer containing a repeating unit represented by-(-O-CH 2 -CO-)-.
  • the polyglycolic acid may be a homopolymer of glycolic acid or a copolymer of glycolic acid and another monomer component.
  • hydroxycarboxylic acids such as 3-hydroxybutanoic acid and 1-hydroxyhexanoic acid
  • 1,4-butanediol and succinic acid An ester compound composed of a diol and a dicarboxylic acid such as a condensate and a condensate of 1,4-butanediol and adipic acid, cyclic esters and lactones formed by intramolecular condensation of the other monomer components described above, and And cyclic carbonates such as trimethylene carbonate.
  • melt viscosity of the copolymer is lower than the melt viscosity of a glycolic acid homopolymer having the same molecular weight as the copolymer Is preferred.
  • a copolymer having such a melt viscosity does not need to have a high melting temperature in the case of solidifying extrusion molding or injection molding using a polyglycolic acid resin composition, and a targeted high strength down Hole tool members can be obtained well.
  • the polyglycolic acid used in the present embodiment is preferably a high molecular weight polymer. That is, the weight average molecular weight of polyglycolic acid used in the present embodiment is 150,000 to 300,000, preferably 160,000 to 290,000, more preferably 170,000 to 280,000, further preferably Is from 180,000 to 270,000, particularly preferably from 185,000 to 260,000.
  • a phosphorus compound can be contained in the polyglycolic acid resin composition in this embodiment. 700 ppm or more is preferable with respect to polyglycolic acid resin, and, as for content of the phosphorus compound in a polyglycolic acid resin composition, 800 ppm or more is more preferable. When the content of the phosphorus compound is in this range, the melt viscosity at a temperature of 270 ° C. and a shear rate of 122 sec ⁇ 1 of the polyglycolic acid resin composition is reduced to facilitate molding by extrusion molding or injection molding. be able to.
  • the content of the phosphorus compound in the polyglycolic acid resin composition is preferably 3,000 ppm or less with respect to the polyglycolic acid resin, from the viewpoint of preventing the bleed out of the phosphorus compound from the polyglycolic acid resin composition. Or less is more preferable.
  • a phosphorus compound can be uniformly disperse
  • the phosphorus compound is not particularly limited, but organic phosphorus compounds such as phosphoric acid ester and phosphorous acid ester are preferable, and among them, long-chain alkyl group having 8 to 24 carbon atoms, aromatic ring and pentaerythritol skeleton More preferred are organophosphorus compounds having at least one selected structure. These phosphorus compounds may be used alone or in combination of two or more.
  • the phosphoric ester having a long-chain alkyl group having 8 to 24 carbon atoms includes mono- or di-stearyl acid phosphate or a mixture thereof, and di-2-ethylhexyl acid phosphate.
  • a phosphite ester having an aromatic ring tris (nonylphenyl) phosphite and the like can be mentioned.
  • phosphite ester having a pentaerythritol skeleton structure As the phosphite ester having a pentaerythritol skeleton structure, cyclic neopentanetetrayl bis (2,6-di-tert-butyl-4-methylphenyl) phosphite, cyclic neopentane tetrayl bis (2,4 Di-tert-butylphenyl) phosphite, cyclic neopentanetetrayl bis (octadecyl) phosphite and the like.
  • the melt viscosity of the polyglycolic acid resin composition can be reduced by adding the phosphorus compound.
  • the melt viscosity at a temperature of 270 ° C. and a shear rate of 122 sec ⁇ 1 of the polyglycolic acid resin composition can satisfy the above (formula 1). That is, although it is a high molecular weight product, low melt viscosity can be realized.
  • the polyglycolic acid resin composition in the present embodiment can contain a degradation accelerator.
  • the decomposition accelerator is a carboxylic acid anhydride or the above-mentioned phosphorus compound, and these can be used in combination as needed.
  • a carboxylic acid anhydride and a phosphorus compound as a decomposition accelerator, it is possible to obtain a polyglycolic acid resin composition excellent in degradability even at low temperatures (for example, less than 60 ° C., preferably 50 ° C. or less).
  • the polyglycolic acid resin composition is excellent in storage stability.
  • the degradability tends to be further improved by using a carboxylic acid anhydride and a phosphorus compound in combination.
  • carboxylic acid anhydride there is no particular limitation on the carboxylic acid anhydride used in the present embodiment, but in view of the heat resistance capable of withstanding the temperature at which the polyglycolic acid resin composition in the present embodiment is molded and processed, and the polyglycolic acid resin composition From the viewpoint of compatibility, carboxylic acid anhydrides having a ring structure are preferred, and include hexanoic acid anhydride, octanoic acid anhydride, decanoic acid anhydride, lauric acid anhydride, mistylic acid anhydride, palmitic acid anhydride, stearic acid anhydride, benzoic acid anhydride, Succinic anhydride, maleic anhydride, phthalic anhydride, trimellitic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, butanetetracarboxylic dianhydride, 3,3 ', 4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, diphenyl
  • carboxylic acid anhydrides it is possible to raise the glass transition temperature (Tg) of the polyglycolic acid resin composition to be higher than the Tg of the polyglycolic acid itself contained in the polyglycolic acid resin composition. It is preferable to use a carboxylic acid anhydride.
  • Such carboxylic acid anhydrides include 3,3 ', 4,4'-benzophenonetetracarboxylic acid dianhydride.
  • the use of a carboxylic acid anhydride capable of raising the Tg tends to improve the handleability when molding and processing the polyglycolic acid resin composition. For example, when producing a fiber using a polyglycolic acid resin composition, sticking at the time of fiber production may be a problem.
  • the Tg of polyglycolic acid resin composition increases, sticking tends to be less likely to occur.
  • the Tg of polyglycolic acid itself is usually ⁇ 40 to 45 ° C.
  • the Tg is usually 35 to 45 ° C.
  • a polyglycolic acid resin composition having a Tg of 45 to 55 ° C. can be obtained by using 3,3′4,4′-benzophenonetetracarboxylic acid dianhydride as the decomposition accelerator.
  • the downhole tool member according to the present embodiment is excellent in degradability.
  • the decomposability of the downhole tool member can be confirmed by the thickness reduction rate when a test piece with a thickness of 10 mm is immersed in water at a temperature of 66 ° C. By having a thickness reduction rate of 0.02 mm / hour or more under this condition, it has excellent degradability even in a relatively low temperature downhole environment such as a temperature of less than 66 ° C., for example, in a desired short time. It can be confirmed that it can be disassembled.
  • the thickness reduction rate of a test piece with a thickness of 10 mm is measured in detail by the following method. That is, a required number of cubic test pieces each having a side of 10 mm are prepared by solidification extrusion molding or injection molding. Then, the test piece is placed in a 1 L-autoclave at a temperature of 66 ° C., filled with water (deionized water) and subjected to a soaking test. The test piece after immersion is taken out at a predetermined time interval determined in advance, a cross section is cut out, and left in a dry room and dried overnight, and then the thickness of the core portion (hard portion) of the test piece is measured.
  • the reduced thickness of the test piece is measured from the difference between the thickness before immersion (initial thickness, specifically 10 mm). Based on the measured value of the reduced thickness of the test piece measured by different immersion times, the time change of the reduced thickness of the test piece is determined, and the reduced thickness of the test piece within a range where the time change of the reduced thickness of the test piece is linear The rate of decrease in thickness of a test piece with a thickness of 10 mm is calculated from the time change of (1)
  • the thickness reduction rate of the test piece with a thickness of 10 mm is too small, degradability of the downhole tool member is not sufficient and degradability in a relatively low temperature downhole environment such as a temperature of less than 66 ° C. is insufficient. It can not be disassembled in a short time.
  • the thickness reduction rate of the test piece having a thickness of 10 mm is preferably 0.022 mm / hour or more, more preferably 0.03 mm / hour or more, it can be said that the decomposability of the downhole tool member is more excellent.
  • the thickness reduction rate of a test piece with a thickness of 10 mm is generally 0.3 mm / hour or less, though there is no upper limit.
  • the thickness reduction speed of a test piece with a thickness of 10 mm is approximately 0.3 mm / hour or less, for example, to reduce the risk that the seal function of the predetermined period required for the downhole tool is not exhibited due to unexpected early decomposition. Can.
  • the shape and size of the downhole tool member according to the present embodiment are not particularly limited, but for example, the thickness or diameter is 5 to 500 mm, preferably 20 to 300 mm, more preferably 30 to 200 mm.
  • it is possible to obtain downhole tool members of various shapes such as a round bar, a flat plate, a hollow article such as a pipe, and a profile. It is preferably in the form of a round bar, a hollow or a flat plate in that it is easy to extrude and then densify and is often suitable for an extrusion which is a material for machining. More preferably, it is in the form of a round bar for the formation of the core of the oil drilling downhole tool member, in particular the plug.
  • the downhole tool member according to the present embodiment can be used as a member of a slack plug. Among them, it is preferable to use as a mandrel, a load ring, a socket, a cone, a ball or a ball seat of a slack plug.
  • the slack plug provided with the downhole tool member according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an axial cross section of the slack plug.
  • Flack plug 10 is a tool for drilling a well used for closing a well (not shown), and includes a mandrel 1 (cylindrical member), a seal member (elastic member) 2 and a socket (holding) A member 3, cones 4 and 5, a pair of slips 6 a and 6 b, a load ring 7, and a ball seat 8.
  • the mandrel 1 is a member for securing the strength of the slack plug 10, and has a hollow shape.
  • the mandrel 1 can have a processing portion on at least one of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface.
  • the processed portion refers to at least one of a protrusion, a step, a recess (groove), and a screw.
  • the seal member 2 is an annular rubber member, and is mounted on the axially outer peripheral surface of the mandrel 1 between the socket 3 and the cone 5. The seal member 2 deforms when the plug 10 is subjected to pressure, and can close the gap between the plug 10 and the casing to limit the movement of fluid in the well.
  • the socket 3 is an annular member, and is mounted adjacent to the seal member 2 on the axially outer peripheral surface of the mandrel 1 on the downstream side of the pressure that the seal member 2 receives in the axial direction.
  • the cones 4 and 5 are formed so that the slips 6a and 6b slide on the respective inclined surfaces of the cones 4 and 5 when a load or pressure is applied to the seal member 2 side with respect to the pair of slips 6a and 6b. It is done.
  • the load ring 7 is an annular member, and is a member for transmitting a load from the setting tool used for installation to the slip 6 b toward the seal member 2 when the slack plug 10 is installed in the well.
  • the ball sheet 8 has a surface for receiving the ball 9 and is attached to the mandrel 1.
  • the ball sheet 8 can be fixed to, for example, a screw cut in the hollow inner peripheral surface of the mandrel 1.
  • the mandrel and the ball sheet can be integrally formed instead of being separate members.
  • the hollow portion of the mandrel 1 which is also a flow path of the flux plug 10 is closed by supplying the ball 9 to the ball seat 8 and seating the ball 9 on the seat surface. be able to.
  • the ball 9 closes the hollow portion of the mandrel 1 which is also a flow path of the slack plug 10 by being seated on the ball seat 8.
  • the shape of the ball 9 is usually spherical, but if it can be seated on the ball seat 8 to close the hollow portion of the mandrel 1, there is no limitation on the shape, and it may be spherical, dart, etc. .
  • the seal member 2 By using the downhole tool member according to the present embodiment as the mandrel 1, the seal member 2, the socket 3, the cones 4 and 5, the pair of slips 6 a and 6 b, the load ring 7 and the ball seat 8 in the flap plug 10
  • the flak plug 10 secures a strength that can withstand a pressure of 10,000 psi in the well, and after the well processing using the plug 10, the removal of the plug 10 is facilitated.
  • the downhole tool member in this embodiment is a member which comprises the downhole tool (for example, slack plug) used for oil drilling, and is a comparatively large member. Moreover, in such a member, the effect by using the above-mentioned composition is exhibited.
  • pellets, fibers, powders and the like in particular, pellets with a thickness of less than 5 mm, fibers with a diameter of less than 5 mm, powders and the like do not fall under the downhole tool in this embodiment.
  • the crushing strength at 23 ° C. of the downhole tool member according to the present embodiment is 40 to 100 kN, preferably 40 to 95 kN, more preferably 42 to 90 kN, still more preferably 45 to 85 kN, and particularly preferably 45 to 80 kN.
  • the crush test of the downhole tool member at a temperature of 23 ° C is a test piece obtained by processing the downhole tool member into a thick cylindrical shape having an outer diameter of 70.4 mm, an inner diameter of 30 mm and a length of 30 mm, or the same polyglycol as the down hole tool member It is carried out using a test piece processed into a thick-walled cylindrical shape having an outer diameter of 70.4 mm, an inner diameter of 30 mm and a length of 30 mm using an acid resin material. From the state where the thick cylindrical test piece is sandwiched between the upper and lower compression plates of the compression testing machine, it is compressed at a speed of 10 mm / min, and the load until the test piece is broken is measured. Is the crush strength.
  • the crushing strength at 23 ° C. of the downhole tool member according to the present embodiment is 40 to 100 kN, even in a high temperature environment where the temperature exceeds 100 ° C., for example, in the ground under a depth of 3,000 m underground It becomes a downhole tool member having sufficient strength.
  • the core rod of the plugging plug which is one of the downhole tool members
  • the core rod supports the high load with the cross-sectional area of the hollow cross section.
  • the load of about 5,000 kgf (about 49,000 N) can be obtained when the cross sectional area of the hollow cross section of the core bar of the sealing plug is about 2,450 mm 2 It means that it can withstand in the environment of a temperature of 150 ° C.
  • the core rod has minute cracks or cracks, it can not withstand the pressure in the well and it may break, causing problems in well processing.
  • the crush strength at 23 ° C. of the downhole tool member is 40 kN or more as in this embodiment, the pressure in the well is resisted even if a minute crack or crack is present, and the well treatment is made more reliable. Can be implemented.
  • the weight average molecular weight Mw of this embodiment is 150,000 or more and 300,000 or less, and the melt viscosity Mv measured at a temperature of 270 ° C. and a shear rate of 122 sec ⁇ 1 is Mv ⁇ 6.2 ⁇ 10 ⁇ 15 ⁇ Mw
  • Downhole tool members formed of a resin material containing polyglycolic acid satisfying 3.2 have a normal size (cut at about 100 ° C.) at a depth of more than 3,000 m underground. The stress applied to the core bar of the sealing plug of area) can be sufficiently resisted.
  • downhole tool members with crush strength at 23 ° C. exceeding 100 kN are often difficult to manufacture and machine.
  • the down-hole tool member of the present embodiment can be manufactured by solidification extrusion or injection molding.
  • the melt viscosity Mv measured at a temperature of 270 ° C. and a shear rate of 122 sec ⁇ 1 is Mv ⁇ 6, which has a weight average molecular weight Mw of 150,000 to 300,000. .2
  • the downhole tool member of the present embodiment can be manufactured by solidification extrusion using the polyglycolic acid resin composition described above.
  • Pellets comprising the above polyglycolic acid resin composition (melting point Tm ° C.) are supplied to an extruder at a cylinder temperature Tm to 255 ° C. (usually 200 to 255 ° C.) and melt-kneaded.
  • Tm melting point
  • cylinder temperature usually 200 to 255 ° C.
  • the thermal decomposition of the polymer is suppressed, and thereby, it is possible to suppress the rapid decrease in molecular weight and the foaming etc. accompanying the thermal decomposition.
  • the above-mentioned polyglycolic acid is distributed inside the extruder by distributing a blend of pellets of polyglycolic acid and additives such as the above-mentioned phosphorus compound and decomposition accelerator to the extruder for melt kneading.
  • a melt-kneaded product of the resin composition may be prepared.
  • the melt-kneaded product is extruded from the extrusion die at the tip of the extruder into the flow path of the forming die, and cooled and solidified to a temperature below the crystallization temperature of the polyglycolic acid resin composition in the flow path of the forming die.
  • Extrude at a speed of 5 to 50 mm / 10 min from the tip of A solidified extrudate can be produced by pressurizing the extrudate and pulling it back while applying a back pressure of 1,500 to 8,500 kg in the direction of the forming die.
  • the molding may be annealed by heat treatment at a temperature of 150 to 230 ° C. for 3 to 24 hours.
  • the obtained solidified extrusion can be used as it is as a downhole tool member as it is, or it can be further subjected to suitable machining to obtain a downhole tool member.
  • the machining that can be performed on the solidified extrudate is representative of cutting, drilling, cutting, and combinations thereof.
  • the cutting method in a broad sense includes not only cutting but also drilling.
  • As a cutting method there are turning, grinding, planing, boring and the like using a single blade tool. Examples of cutting methods using multiple blades include milling, drilling, threading, gear cutting, die cutting, and file processing.
  • drilling using a drill or the like may be distinguished from cutting.
  • Cutting methods include cutting with a blade (saw), cutting with abrasive grains, and cutting by heating and melting.
  • grinding and finishing methods plastic working methods such as punching and scribing using a knife-like tool, and special processing methods such as laser processing can be applied.
  • the solidified extrudate is in the form of a thick plate or round bar or hollow, generally, as a machining, the solidified extrudate is cut into a suitable size or thickness and the cut solidified extrudate is It is ground to make it into a desired shape, and then drilling is performed at the necessary place. Finally, finish machining if necessary.
  • the order of machining is not limited to this.
  • the thickness or diameter of the solidified extrusion formed 5 to It may be 550 mm.
  • a solidified extrusion having the same thickness or diameter as the downhole tool member may be used, or in order to obtain a beautiful surface by machining, the solidified extrusion having a thickness or diameter larger than that of the downhole tool member is used.
  • the difference in thickness or diameter between the solidified extrudate and the downhole tool member is preferably small, specifically 0 to 50 mm, because it is possible to reduce the amount of scraping during machining.
  • the solidified extrusion In the case where it is difficult for the solidified extrusion to be melted and to have a smooth surface due to frictional heat during machining, it is desirable to carry out machining while cooling the cutting surface and the like. Excessive heat generation of the solidified extrudate due to frictional heat causes deformation or coloring, so it is preferable to control the solidified extrudate or processed surface to a temperature of preferably 200 ° C. or less, more preferably 150 ° C. or less .
  • the downhole tool member of this embodiment can also be manufactured by injection molding using the polyglycolic acid resin composition described above.
  • Pellets consisting of the polyglycolic acid resin composition described above are supplied to an injection molding machine equipped with a mold for injection molding, cylinder temperature Tm to 255 ° C. (usually 150 to 255 ° C.), mold temperature 0 ° C. to Tm
  • Injection molding is carried out at an injection pressure of 1 to 104 MPa (preferably 10 to 104 MPa), and if necessary, at a temperature of crystallization temperatures Tc1 to Tm (usually 70 to 220 ° C.) for 1 minute.
  • the injection molding can be obtained by annealing for 10 hours.
  • a blend of pellets of polyglycolic acid and additives such as the above-mentioned phosphorus compound and decomposition accelerator is distributed to an injection molding machine and melt-kneaded, whereby the above-mentioned polyglycolic acid is produced inside the extruder.
  • An injection molded article may be produced by preparing a melt-kneaded product of the resin composition and then injection molding.
  • the thermal decomposition of the polymer is suppressed, and thereby, it is possible to suppress the rapid decrease in molecular weight and the foaming etc. accompanying the thermal decomposition.
  • the obtained injection molded product can usually be used as it is as a downhole tool member, but it can also be used as a downhole tool member by subjecting it to the above-mentioned machining if desired.
  • the polyglycolic acid resin composition of the present embodiment it is possible to obtain a downhole tool member that is less likely to be cracked and distorted even by injection molding.
  • a downhole tool member comprising a polyglycolic acid resin composition, having a weight average molecular weight Mw of 150,000 to 300,000, and having a temperature of 270 ° C. and a shear rate of 122 sec ⁇ 1.
  • the melt viscosity Mv preferably satisfies Mv ⁇ 5.4 ⁇ 10 ⁇ 15 ⁇ Mw 3.2 .
  • the polyglycolic acid resin composition is a polyglycolic acid resin composition having a crush strength of at least 40 kN in a 23 ° C. crushing test on a molded article molded from the polyglycolic acid resin composition. Is preferred.
  • the downhole tool member may have a thickness reduction rate in water at 66 ° C. of 0.03 mm / h or more and 0.3 mm / h or less.
  • the polyglycolic acid resin composition is preferably a composition comprising a polyglycolic acid resin and a phosphorus compound at 700 ppm or more with respect to the polyglycolic acid resin.
  • the downhole tool member may be a mandrel, load ring, socket, cone, ball or ball seat of a slack plug.
  • one aspect of the method for manufacturing the downhole tool member according to the present invention includes the step of injection molding the polyglycolic acid resin composition.
  • another one aspect of the manufacturing method of the downhole tool member which concerns on this invention includes the process of solidifying-extruding the said polyglycolic acid resin composition.
  • Example 1 With respect to 98 parts by mass of polyglycolic acid (PGA, “Kuredux” manufactured by Kureha Corporation, weight average molecular weight (Mw): 241,000), 3,3′4,4′-benzophenonetetracarboxylic acid dicarboxylate as carboxylic acid anhydride Anhydride (BTDA) 2 parts by mass (manufactured by Evonik Degussa Co., Ltd.) and a mixture of distearyl acid phosphate and monostearyl acid phosphate as a phosphorus compound ("ADEKA STAB AX-71" manufactured by ADEKA Co., Ltd.) were blended.
  • PGA polyglycolic acid
  • BTDA 3,3′4,4′-benzophenonetetracarboxylic acid dicarboxylate as carboxylic acid anhydride Anhydride
  • BTDA carboxylic acid anhydride
  • ADEKA STAB AX-71 a mixture of distearyl acid phosphate and monostearyl
  • Melt-kneading was carried out by supplying to the feed part of a twin-screw extrusion kneader ("2D25S" manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) whose screw part temperature was set to 200 to 240 ° C. to obtain a polyglycolic acid resin composition in pellet form. .
  • content of a phosphorus compound is 900 ppm with respect to polyglycolic acid resin composition whole quantity.
  • the polyglycolic acid resin composition had a weight average molecular weight of 226,000 and a melt viscosity of 640 Pa ⁇ s measured at a temperature of 270 ° C. and a shear rate of 122 sec ⁇ 1 . Therefore, the melt viscosity of this polyglycolic acid resin composition satisfied the relationship of the above-mentioned (formula 1) and (formula 2).
  • the pellet of this polyglycolic acid resin composition was dehumidified and held at a temperature of 140 ° C. for 6 hours.
  • the melt was extruded into the flow path of the forming die at an extrusion die outlet temperature of 276 ° C., and cooled and solidified at a cooling temperature of 90 ° C.
  • the extrusion rate was about 20 mm / 10 minutes.
  • the solidified extrusion molded product solidified in the flow path of the forming die is adjusted to an external pressure (back pressure) of 3,100 kg of the forming die by passing it between the upper roll group and the lower roll group and pressurized. Expansion of the extrusion was suppressed.
  • the consolidated extrudate was then heat treated at a temperature of 215 ° C. for 6 hours to remove residual stress. The heat treatment did not cause cracking or deformation in the solidified extrusion.
  • a round rod-like polyglycolic acid solidified extrudate having a diameter of 90 mm and a length of 1,000 mm was obtained.
  • a thick cylindrical test piece with a diameter of 70.4 mm an inner diameter of 30 mm and a length of 30 mm was cut out from the obtained round bar and the 23 ° C. crushing strength was measured, it was 70.5 kN.
  • a cubic test specimen with a side of 10 mm was cut out from this round bar, and the test specimen was placed in a 1 L autoclave at a temperature of 66 ° C., filled with water (deionized water) and subjected to an immersion test. The speed was 0.0535 mm / hour.
  • the outer diameter is 90 mm and the inner diameter is 30 mm, and the remaining 600 mm is the outer diameter 80 mm and the inner diameter 30 mm by 200 mm from both ends Fifty hollow bodies were produced. All of them did not induce cracking during processing.
  • Pellets consisting of the polyglycolic acid resin composition described above are supplied to an injection molding machine equipped with a mold for injection molding, and injection molded at a cylinder temperature of 245 ° C., a mold temperature of 180 ° C., and an injection pressure of 90 MPa. By annealing at temperature for 3 hours, an injection-molded article of a tension dumbbell piece of JIS No. 6 was obtained. The resulting injection molded product did not deform after annealing.
  • Example 2 A pellet was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1 part by mass of BTDA was blended as a carboxylic acid anhydride with respect to 99 parts by mass of polyglycolic acid, and "Adekastab AX-71" as a phosphorus compound was blended to be 1400 ppm. A polyglycolic acid resin composition was obtained.
  • This polyglycolic acid resin composition had a weight average molecular weight of 197,000, and a melt viscosity of 340 Pa ⁇ s measured at a temperature of 270 ° C. and a shear rate of 122 sec ⁇ 1 . Therefore, the melt viscosity of this polyglycolic acid resin composition satisfied the relationship of the above-mentioned (formula 1) and (formula 2). Using the pellets of this polyglycolic acid resin composition, a round rod-like polyglycolic acid solidified extrusion-molded article was obtained in the same manner as in Example 1.
  • Example 3 A pellet was prepared in the same manner as in Example 1 except that 3 parts by mass of BTDA as a carboxylic acid anhydride was blended with 97 parts by mass of polyglycolic acid, and "Adekastab AX-71" as a phosphorus compound was blended to be 1400 ppm. A polyglycolic acid resin composition was obtained.
  • the polyglycolic acid resin composition had a weight average molecular weight of 200,000 and a melt viscosity of 395 Pa ⁇ s measured at a temperature of 270 ° C. and a shear rate of 122 sec ⁇ 1 . Therefore, the melt viscosity of this polyglycolic acid resin composition satisfied the relationship of the above-mentioned (formula 1) and (formula 2).
  • Example 4 A pellet was prepared in the same manner as in Example 1 except that 3 parts by mass of BTDA as a carboxylic acid anhydride was blended with 97 parts by mass of polyglycolic acid, and "Adekastab AX-71" as a phosphorus compound was blended to be 1700 ppm. A polyglycolic acid resin composition was obtained.
  • This polyglycolic acid resin composition had a weight average molecular weight of 216,000, and a melt viscosity of 438 Pa ⁇ s measured at a temperature of 270 ° C. and a shear rate of 122 sec ⁇ 1 . Therefore, the melt viscosity of this polyglycolic acid resin composition satisfied the relationship of the above-mentioned (formula 1) and (formula 2).
  • a round rod-like polyglycolic acid solidified extrusion-molded article was obtained in the same manner as in Example 1.
  • the thick cylindrical test piece was cut out from the obtained round bar and 23 degreeC crushing strength was measured, it was 64.7 kN.
  • the cube test piece was cut out from the obtained round bar and the immersion test in water at 66 ° C. was performed, the thickness reduction rate was 0.0665 mm / hour.
  • 50 hollow bodies were produced from this round rod-like polyglycolic acid-solidified extruded product in the same manner as in Example 1, no crack was induced during processing in all of them.
  • Example 5 A pellet was prepared in the same manner as in Example 1 except that 5 parts by mass of BTDA as a carboxylic acid anhydride was blended with 95 parts by mass of polyglycolic acid and 1480 ppm of "Adekastab AX-71" as a phosphorus compound was blended. A polyglycolic acid resin composition was obtained.
  • the polyglycolic acid resin composition had a weight average molecular weight of 194,000, and a melt viscosity of 326 Pa ⁇ s measured at a temperature of 270 ° C. and a shear rate of 122 sec ⁇ 1 . Therefore, the melt viscosity of this polyglycolic acid resin composition satisfied the relationship of the above-mentioned (formula 1) and (formula 2).
  • Example 6 A pellet-like polyglycolic acid resin composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that BDTA was not blended, and "Adekastab AX-71" as a phosphorus compound was blended so as to be 3,000 ppm.
  • the polyglycolic acid resin composition had a weight average molecular weight of 216,000, and a melt viscosity of 473 Pa ⁇ s measured at a temperature of 270 ° C. and a shear rate of 122 sec ⁇ 1 . Therefore, the melt viscosity of this polyglycolic acid resin composition satisfied the relationship of the above-mentioned (formula 1) and (formula 2).
  • a rectangular test piece having a width of 10 mm, a depth of 10 mm, and a thickness of 3 mm is cut out from this tensile dumbbell piece, the test piece is placed in a 1 L autoclave at a temperature of 66 ° C., filled with water (deionized water) and immersed.
  • the thickness reduction rate was 0.0578 mm / hour.
  • Example 1 A pellet-like polyglycolic acid resin composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that BDTA was not blended, and "adekastab AX-71" as a phosphorus compound was blended so as to be 200 ppm.
  • This polyglycolic acid resin composition had a melt viscosity of 920 Pa ⁇ s measured at a weight average molecular weight of 230,000, a temperature of 270 ° C. and a shear rate of 122 sec ⁇ 1 . Therefore, the melt viscosity of this polyglycolic acid resin composition did not satisfy the relationship of the above-mentioned (Formula 1) and (Formula 2).
  • a round rod-like polyglycolic acid solidified extrusion-molded article was obtained in the same manner as in Example 1.
  • a thick cylindrical test piece was cut out from the obtained round bar and the 23 ° C. crushing strength was measured, it was 75.2 kN.
  • the cube test piece was cut out from the obtained round bar and the immersion test in water at 66 ° C. was performed, the thickness reduction rate was 0.0234 mm / hour.
  • 50 hollow bodies were produced from this round rod-like polyglycolic acid-solidified extruded product in the same manner as in Example 1, no crack was induced during processing in all of them.
  • Example 2 A pellet was prepared in the same manner as in Example 1 except that 5 parts by mass of BTDA as a carboxylic acid anhydride was blended with 95 parts by mass of polyglycolic acid and 200 ppm of "Adekastab AX-71" as a phosphorus compound was blended. A polyglycolic acid resin composition was obtained.
  • This polyglycolic acid resin composition had a melt viscosity of 850 Pa ⁇ s measured at a weight average molecular weight of 210,000, a temperature of 270 ° C. and a shear rate of 122 sec ⁇ 1 . Therefore, the melt viscosity of this polyglycolic acid resin composition did not satisfy the relationship of the above-mentioned (Formula 1) and (Formula 2).
  • a round rod-like polyglycolic acid solidified extrusion-molded article was obtained in the same manner as in Example 1.
  • the thick cylindrical test piece was cut out from the obtained round bar and 23 degreeC crushing strength was measured, it was 57.2 kN.
  • the cube test piece was cut out from the obtained round bar and the immersion test in water at 66 ° C was performed, the thickness reduction rate was 0.0536 mm / hour.
  • 50 hollow bodies were produced from this round rod-like polyglycolic acid-solidified extruded product in the same manner as in Example 1, no crack was induced during processing in all of them.
  • Example 3 A pellet was prepared in the same manner as in Example 1 except that 4 parts by mass of BTDA as a carboxylic acid anhydride was blended with 96 parts by mass of polyglycolic acid, and 200 ppm of "Adekastab AX-71" as a phosphorus compound. A polyglycolic acid resin composition was obtained.
  • This polyglycolic acid resin composition had a weight average molecular weight of 223,000, a temperature of 270 ° C., and a melt viscosity of 1155 Pa ⁇ s measured at a shear rate of 122 sec ⁇ 1 . Therefore, the melt viscosity of this polyglycolic acid resin composition did not satisfy the relationship of the above-mentioned (Formula 1) and (Formula 2).
  • the weight average molecular weight Mw was 150,000 or more and 300,000 or less, and the temperature was measured at a temperature of 270 ° C. and a shear rate of 122 sec -1 .
  • a downhole tool member comprising a polyglycolic acid resin composition characterized in that the melt viscosity Mv satisfies Mv ⁇ 6.2 ⁇ 10 -15 ⁇ Mw 3.2 has excellent machinability, cutting, It has been found that it is possible to form into secondary parts, in particular downhole tool members for oil drilling, by machining such as drilling and cutting.
  • the weight average molecular weight Mw is 150,000 or more and 300,000 or less, and the melt viscosity Mv measured at a temperature of 270 ° C. and a shear rate of 122 sec ⁇ 1
  • the downhole tool member of the present invention has a weight average molecular weight Mw of 150,000 to 300,000 and a melt viscosity Mv (Pa ⁇ s) of Mv ⁇ 6 measured at a temperature of 270 ° C. and a shear rate of 122 sec ⁇ 1.
  • a downhole tool member comprising a polyglycolic acid resin composition characterized by satisfying 2 ⁇ 10 -15 ⁇ Mw 3.2 , so that a secondary of a desired shape is obtained by machining such as cutting, drilling, and cutting.
  • a degradable resin-solidified extruded product having sufficient strength in a high temperature environment which can be molded into a molded article, particularly a downhole tool member provided in a plug, and the downhole tool member Since the sealing plug provided and the core rod of the sealing plug can be provided, industrial applicability is high.
  • residual stress is reduced and hardness, strength, flexibility and the like are excellent, and machining to a secondary molded product, particularly, a downhole tool member for oil drilling or its member Industrial applicability is high because degradable resin-solidified extrudates having sufficient strength in a high temperature environment and having suitable properties can be provided.

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Abstract

押出成形または射出成形時の加工が容易であり、切削加工時および輸送時の割れを低減でき、かつ、高温度環境の井戸で十分な強度を有するポリグリコール酸樹脂組成物を含むダウンホールツール部材を提供する。本発明に係るダウンホールツール部材は、重量平均分子量Mwが150,000以上300,000以下であって、温度270℃、せん断速度122sec-1で測定した溶融粘度Mv(Pa・s)がMv<6.2×10-15×Mw3.2を満たすポリグリコール酸樹脂組成物を含む。

Description

ダウンホールツール部材及びその製造方法
 本発明は、主にダウンホールツール部材の形成に適する、ポリグリコール酸樹脂組成物及びその成形物並びにその製造方法に関する。
 ダウンホールツール部材の材料として、ポリグリコール酸樹脂組成物が知られている。特に水圧破砕に用いられるフラックプラグなどのダウンホールツール部材は高強度が要求されることから、その部材にも高い強度が求められている。
 国際公開2014/192885号公報(特許文献1)には、そのような高強度のダウンホールツール部材を得ることができる材料として、高分子量且つ高溶融粘度のポリグリコール酸樹脂組成物が開示されている。
 また、ダウンホールツール部材を含む機械部品は、一般的に立体形状および複雑な形状を有している。樹脂材料から立体形状および複雑な形状の成形品を製造するときは、射出成形法で製造されることが多い。しかしながら、上記の高分子量且つ高溶融粘度ポリグリコール酸樹脂組成物を用いた立体成形物を射出成形法によって直接成形すると、歪みおよび割れ等が発生することがわかった。そこで、国際公開2014/092067号公報(特許文献2)では、固化押出法によって形状が単純なポリグリコール酸樹脂組成物の素形材を作製し、それを切削することでポリグリコール酸樹脂組成物を含むダウンホールツール部材を形成している。
国際公開2014/192885号公報(2014年12月4日公開) 国際公開2014/092067号公報(2014年6月19日公開)
 本発明の課題は、押出成形または射出成形時の加工が容易であり、切削加工時および輸送時の割れを低減でき、かつ、高温度環境の井戸で十分な強度を有するポリグリコール酸樹脂組成物を含むダウンホールツール部材、及び、その製造方法を提供することにある。
 本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究した結果、ポリグリコール酸樹脂組成物を含むダウンホールツール部材において、重量平均分子量Mwが150,000以上300,000以下であって、温度270℃、せん断速度122sec-1で測定した溶融粘度Mv(Pa・s)がMv<6.2×10-15×Mw3.2を満たすポリグリコール酸樹脂組成物を用いることによって、成形が容易であり、さらに高強度であるダウンホールツール部材を得ることができることを見出し、本発明を完成した。
 また、本発明に係るダウンホールツール部材の製造方法の一態様は、上記ポリグリコール酸樹脂組成物を射出成形する工程を含むものである。
 本発明によれば、重量平均分子量Mwが150,000以上300,000以下であって、温度270℃、せん断速度122sec-1で測定した溶融粘度Mv(Pa・s)がMv<6.2×10-15×Mw3.2を満たすポリグリコール酸を含有する樹脂材料から形成されるダウンホールツール部材であることにより、押出成形または射出成形時の加工が容易であり、切削加工時および輸送時の割れを低減できることで、生産効率を高められるという効果、および、高温度環境の井戸で十分な強度を有することで、坑井処理の確実性を高められるという効果が奏される。また、本発明の製造方法によれば、押出成形または射出成形時の加工が容易であり、切削加工時および運搬時の割れを低減でき、かつ、高温度環境の井戸で十分な強度を有するダウンホールツール部材を提供することができる。
本発明の実施形態に係るフラックプラグの軸方向の断面を概略的に示す図である。
 1.ポリグリコール酸樹脂組成物を含むダウンホールツール部材
 (ポリグリコール酸樹脂組成物)
 本実施形態に係るポリグリコール酸樹脂組成物は、重量平均分子量Mwが150,000以上300,000以下である。ポリグリコール酸樹脂組成物の重量平均分子量が150,000以上であることにより、ダウンホールツール部材の強度を十分に維持でき、300,000以下であることにより、押出成形または射出成形時の成形が容易となる。
 ポリグリコール酸樹脂組成物の重量平均分子量は、以下の方法で測定する。すなわち、試料10mgを、トリフルオロ酢酸ナトリウムを5mMの濃度で溶解させたヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)に溶解させて10mLとした後、メンブレンフィルターで濾過して試料溶液を得る。この試料溶液の10μLをゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)装置に注入して、下記条件で分子量を測定する。なお、試料溶液は、溶解後、30分以内にGPC装置に注入する。
<GPC測定条件>
装置: 株式会社島津製作所製 LC-9A
カラム: 昭和電工株式会社製 HFIP-606M 2本(直列接続)
プレカラム: HFIP-G 1本
カラム温度: 40℃
溶離液: トリフルオロ酢酸ナトリウムを5mMの濃度で溶解させたHFIP溶液
流速: 1mL/分
検出器: 示差屈折率計
分子量較正: 分子量の異なる標準分子量のポリメタクリル酸メチル5種(POLYMER LABORATORIES Ltd.製)を用いて作成した分子量の検量線データを使用。
 また、本実施形態におけるポリグリコール酸樹脂組成物の温度270℃、せん断速度122sec-1で測定した溶融粘度Mv(Pa・s)は、
Mv<6.2×10-15×Mw3.2(式1)
 ただし、Mwはポリグリコール酸樹脂組成物の重量平均分子量
を満たす。溶融粘度Mvが上記(式1)を満たすことで、ポリグリコール酸樹脂組成物の押出成形または射出成形による加工が容易となる。また、さらに、押出成形物または射出成形物を切削加工する際の割れ、および成形品を運搬する際の割れを低減することができる。
 さらに、溶融粘度Mv(Pa・s)が、
Mv<5.4×10-15×Mw3.2(式2)
を満たすポリグリコール酸樹脂組成物がより好ましい。これにより、ポリグリコール酸樹脂組成物の押出成形または射出成形による加工がより一層容易となる。
 尚、溶融粘度の下限に制限はないが、押出成形後または射出成形後の成形物の十分な強度を得る観点から、溶融粘度は100Pa・s以上であることが好ましい。
 ポリグリコール酸樹脂組成物の温度270℃、せん断速度122sec-1で測定した溶融粘度は、以下の方法で測定する。すなわち、直径3mm、長さ3mmであるペレット形状のポリグリコール酸樹脂組成物を用いて、D=1.0mm、L=10mmのノズル装着キャピログラフ〔東洋精機株式会社製〕を用いて、温度270℃、せん断速度122sec-1で試料の溶融粘度を測定する。
 (ポリグリコール酸)
 本実施形態におけるポリグリコール酸樹脂組成物に使用するポリグリコール酸は、-(-O-CH2-CO-)-で表される繰り返し単位を含有するポリマーである。ポリグリコール酸は、グリコール酸の単独重合体でもよく、グリコール酸と他のモノマー成分との共重合体でもよい。共重合体に用いる他のモノマー成分としては、例えば、L-乳酸、D-乳酸、3-ヒドロキシブタン酸および1-ヒドロキシヘキサン酸などのヒドロキシカルボン酸、1,4-ブタンジオールとコハク酸との縮合物および1,4-ブタンジオールとアジピン酸との縮合物などのジオールとジカルボン酸とから構成されるエステル化合物、上述の他のモノマー成分が分子内縮合して生成する環状エステルおよびラクトン、ならびにトリメチレンカーボネートなどの環状カーボネートが挙げられる。
 ポリグリコール酸がグリコール酸と他のモノマー成分との共重合体である場合、当該共重合体の溶融粘度は、当該共重合体と同じ分子量を有するグリコール酸単独重合体の溶融粘度よりも低いものであることが好ましい。このような溶融粘度を有する共重合体であれば、ポリグリコール酸樹脂組成物を用いて固化押出成形または射出成形する場合において、溶融温度を高くする必要が生じず、目的とする高強度のダウンホールツール部材を良好に得ることができる。
 本実施形態で使用するポリグリコール酸は、高分子量ポリマーであることが好ましい。すなわち、本実施形態で使用するポリグリコール酸の重量平均分子量は、150,000~300,000であり、好ましくは160,000~290,000、より好ましくは170,000~280,000、更に好ましくは180,000~270,000、特に好ましくは185,000~260,000である。
 (リン化合物)
 本実施形態におけるポリグリコール酸樹脂組成物には、リン化合物を含めることができる。ポリグリコール酸樹脂組成物におけるリン化合物の含有量は、ポリグリコール酸樹脂に対して700ppm以上が好ましく、800ppm以上がより好ましい。リン化合物の含有量がこの範囲であることにより、ポリグリコール酸樹脂組成物の温度270℃、せん断速度122sec-1での溶融粘度を低下させ、押出成形または射出成形による成形を容易なものとすることができる。さらに、リン化合物の含有量を800ppm以上とすることで、成形品の強度を低下させずに分解速度を効率的に高められるというさらなる効果が得られる。また、ポリグリコール酸樹脂組成物におけるリン化合物の含有量は、ポリグリコール酸樹脂組成物からのリン化合物のブリードアウトを防止する観点から、ポリグリコール酸樹脂に対して3,000ppm以下が好ましく、2,000ppm以下がより好ましい。また、2,000ppm以下とすることで、ポリグリコール酸樹脂組成物中にリン化合物を均一に分散させることができる。これにより、ダウンホールツール部材の分解を均一なものとし、局所的な分解を防止することができる。
 リン化合物としては特に制限はないが、リン酸エステルおよび亜リン酸エステルなどの有機リン化合物が好ましく、中でも、炭素数8~24の長鎖アルキル基、芳香族環およびペンタエリスリトール骨格からなる群から選択される少なくとも1種の構造を有する有機リン化合物がより好ましい。これらのリン化合物は、1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。
 炭素数8~24の長鎖アルキル基を有するリン酸エステルとしては、モノ-もしくはジ-ステアリルアシッドホスフェートまたはこれらの混合物、およびジ-2-エチルヘキシルアシッドホスフェートなどが挙げられる。芳香族環を有する亜リン酸エステルとしては、トリス(ノニルフェニル)ホスファイトなどが挙げられる。ペンタエリスリトール骨格構造を有する亜リン酸エステルとしては、サイクリックネオペンタンテトライルビス(2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェニル)ホスファイト、サイクリックネオペンタンテトライルビス(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)ホスファイト、およびサイクリックネオペンタンテトライルビス(オクタデシル)ホスファイトなどが挙げられる。
 以上の通り、リン化合物を添加することで、ポリグリコール酸樹脂組成物の溶融粘度を低下させることができる。これにより、ポリグリコール酸樹脂組成物の温度270℃、せん断速度122sec-1での溶融粘度を、上記(式1)を満たすものとすることができる。すなわち、高分子量体であるにもかかわらず、低い溶融粘度を実現することができる。
 (分解促進剤)
 本実施形態におけるポリグリコール酸樹脂組成物は分解促進剤を含むことができる。分解促進剤は、カルボン酸無水物または上記のリン化合物であり、必要に応じてこれらを併用することができる。分解促進剤としてカルボン酸無水物およびリン化合物の少なくとも一方を添加することによって、低温(例えば、60℃未満、好ましくは50℃以下)でも分解性に優れたポリグリコール酸樹脂組成物を得ることができ、さらに、このポリグリコール酸樹脂組成物は保管性にも優れている。また、カルボン酸無水物およびリン化合物を併用することによって、分解性が更に向上する傾向にある。
 (カルボン酸無水物)
 本実施形態に用いられるカルボン酸無水物としては特に制限はないが、本実施形態におけるポリグリコール酸樹脂組成物を成形加工する際の温度に耐えうる耐熱性の観点およびポリグリコール酸樹脂組成物との相溶性の観点から、環構造を有するカルボン酸無水物が好ましく、無水ヘキサン酸、無水オクタン酸、無水デカン酸、無水ラウリン酸、無水ミスチリン酸、無水パルミチン酸、無水ステアリン酸、無水安息香酸、無水こはく酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水トリメリト酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ブタンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート、およびグリセリンビスアンヒドロトリメリテートモノアセテートがより好ましく、無水フタル酸、無水トリメリト酸、無水安息香酸、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物が特に好ましい。これらのカルボン酸無水物は1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。
 また、このようなカルボン酸無水物のうち、ポリグリコール酸樹脂組成物のガラス転移温度(Tg)を、ポリグリコール酸樹脂組成物に含有されるポリグリコール酸自体のTgよりも上昇させることが可能なカルボン酸無水物を用いることが好ましい。このようなカルボン酸無水物としては、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物が挙げられる。Tgを上昇させることが可能なカルボン酸無水物を用いると、ポリグリコール酸樹脂組成物を成形加工する際の取り扱い性が向上する傾向にある。例えば、ポリグリコール酸樹脂組成物を用いて繊維を製造する場合には、繊維製造時の膠着が問題となることがある。しかしながら、ポリグリコール酸樹脂組成物のTgが上昇すると、膠着が起こりづらくなる傾向にある。なお、ポリグリコール酸自体のTgは、通常-40~45℃であり、例えばポリグリコール酸がグリコール酸単独重合体である場合には、Tgは通常35~45℃である。ここで、分解促進剤として3,3’4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物を用いると、Tgが45~55℃のポリグリコール酸樹脂組成物を得ることができる。
 (ダウンホールツール部材の分解性)
 本実施形態に係るダウンホールツール部材は、分解性に優れるものである。ダウンホールツール部材の分解性は、厚み10mmの試験片を温度66℃の水中に浸漬したときの厚み減少速度によって確認することができる。この条件での厚み減少速度が0.02mm/時間以上であることによって、例えば温度66℃未満のような比較的低温度のダウンホール環境においても優れた分解性を有し、所望する短時間で分解できるものであることを確認することができる。
 厚み10mmの試験片の厚み減少速度は、詳細には以下の方法によって測定する。すなわち、固化押出成形または射出成形により一辺10mmである立方体の試験片を所要数調製する。次いで、温度66℃の1L-オートクレーブ中に、試験片を入れ、水(脱イオン水)を満たして浸漬試験を行う。予め定めた所定時間間隔で浸漬後の試験片を取り出し、断面を切り出して、ドライルーム内に一晩放置し乾燥させた後、試験片の芯部(硬い部分)の厚みを測定する。浸漬前の厚み(当初厚み、具体的には10mmである。)との差から試験片の減少厚みを測定する。異なる浸漬時間により測定した試験片の減少厚みの測定値に基づいて、試験片の減少厚みの時間変化を求め、試験片の減少厚みの時間変化に直線性が認められる範囲における試験片の減少厚みの時間変化から、厚み10mmの試験片の厚み減少速度を算出する(単位:mm/時間)。
 厚み10mmの試験片の厚み減少速度が小さすぎると、ダウンホールツール部材の分解性が十分でなく、例えば温度66℃未満のような比較的低温度のダウンホール環境における分解性が不足し、所望する短時間で分解できるものとならない。厚み10mmの試験片の厚み減少速度は、好ましくは0.022mm/時間以上、より好ましくは0.03mm/時間以上であれば、ダウンホールツール部材の分解性がより優れているということができる。厚み10mmの試験片の厚み減少速度は、特に上限値がないが、概ね0.3mm/時間以下である。厚み10mmの試験片の厚み減少速度が概ね0.3mm/時間以下であれば、例えば予期しない早期の分解によりダウンホールツールに要求される所定期間のシール機能が発揮されなくなる危険性を低減することができる。
 (ダウンホールツール部材)
 本実施形態に係るダウンホールツール部材の形状および大きさは、特に限定されないが、例えば、厚みまたは直径が5~500mm、好ましくは20~300mm、より好ましくは30~200mmである。また、丸棒状、平板状、パイプ等の中空品、および異形品など種々の形状のダウンホールツール部材を得ることができる。押出成形およびその後の緻密化処理が容易であるとともに、機械加工用素材である押出成形物に適することが多い点で、丸棒、中空または平板の形状であることが好ましい。石油掘削用ダウンホールツール部材、特に目止めプラグの芯棒の形成のためには丸棒の形状であることがより好ましい。
 本実施形態に係るダウンホールツール部材はフラックプラグの部材として用いることができる。なかでも、フラックプラグのマンドレル、ロードリング、ソケット、コーン、ボールまたはボールシートとして用いることが好ましい。本実施形態に係るダウンホールツール部材を備えるフラックプラグについて図1を参照して説明する。
 図1は、フラックプラグの軸方向の断面を概略的に示す図である。フラックプラグ10は坑井孔(図示せず)の閉塞を行うために用いられる坑井掘削用の工具であり、マンドレル1(筒状部材)と、シール部材(弾性部材)2と、ソケット(保持部材)3と、コーン4,5と、一対のスリップ6a,6bと、ロードリング7と、ボールシート8とを備えている。
 マンドレル1は、フラックプラグ10の強度を確保するための部材であって、中空形状を有している。マンドレル1は外周面および内周面の少なくとも一方に加工部分を有することができる。ここで加工部分とは、凸部、段部、凹部(溝部)、およびねじ部などの少なくとも1つを指す。
 シール部材2は、環状のゴム部材であって、ソケット3とコーン5との間において、マンドレル1の軸方向外周面上に取り付けられている。シール部材2は、フラックプラグ10が圧力を受けると変形し、フラックプラグ10とケーシング間の隙間を塞ぎ、坑井内での流体の移動を制限することができる。
 ソケット3は、環状の部材であって、マンドレル1の軸方向外周面上において、シール部材2が軸方向に受ける圧力の下流側に、シール部材2に隣接して取り付けられている。
 コーン4,5は、一対のスリップ6a,6bに対してシール部材2側へと荷重または圧力が加えられる場合に、スリップ6a,6bがコーン4,5それぞれの傾斜面を摺動するように形成されている。
 ロードリング7は、環状部材であって、フラックプラグ10を坑井中に設置する際に、設置に用いられるセッティングツールからスリップ6bに対してシール部材2側へと荷重を伝達する部材である。
 ボールシート8は、ボール9を受ける面を有し、マンドレル1に取り付けられるものである。ボールシート8は例えば、マンドレル1の中空の内周面に刻まれたねじ部に固定することができる。また、マンドレルとボールシートとを別々の部材とせず、一体で形成することもできる。フラックプラグ10を用いた坑井処理の際には、ボール9をボールシート8に供給してシート面にボール9を着座させることで、フラックプラグ10の流路でもあるマンドレル1の中空部を塞ぐことができる。
 ボール9は、ボールシート8に着座させることで、フラックプラグ10の流路でもあるマンドレル1の中空部を塞ぐものである。ボール9の形状は通常球状であるが、ボールシート8に着座してマンドレル1の中空部を塞ぐことができるのであれば、形状に制限はなく、例えば球形、ダートなどの形状とすることができる。フラックプラグ10において本実施形態に係るダウンホールツール部材を、マンドレル1、シール部材2、ソケット3、コーン4,5、一対のスリップ6a,6b、ロードリング7、およびボールシート8として用いることにより、フラックプラグ10に坑井中における10,000psiの圧力に耐えうる強度が担保され、フラックプラグ10を用いて坑井処理を行った後に、フラックプラグ10の除去が容易となる。
 以上の通り、本実施形態におけるダウンホールツール部材とは、石油掘削に用いられるダウンホールツール(例えば、フラックプラグ)を構成する部材であり、比較的大きな部材である。また、このような部材において、上述の組成物を用いたことによる効果が発揮される。したがって、例えば、ペレット、ファイバーおよびパウダーなど、とりわけ、厚みが5mm未満のペレット、直径が5mm未満のファイバーおよびパウダーなどは、本実施形態におけるダウンホールツールに該当するものではない。
 〔温度23℃における圧壊強度〕
 本実施形態に係るダウンホールツール部材の温度23℃における圧壊強度は40~100kN、好ましくは40~95kN、より好ましくは42~90kN、更に好ましくは45~85kN、特に好ましくは45~80kNである。
 ダウンホールツール部材の温度23℃における圧壊試験は、ダウンホールツール部材を外径70.4mm、内径30mmかつ長さ30mmの厚肉円筒形に加工した試験片、またはダウンホールツール部材と同じポリグリコール酸樹脂材料を用いて外径70.4mm、内径30mmかつ長さ30mmの厚肉円筒形に加工した試験片を用いて実施する。圧縮試験機の上下2つの圧縮板に厚肉円筒形状の試験片の側面を挟んだ状態から、10mm/minの速度で圧縮し、試験片が破壊されるまでの荷重を測定し、最大点荷重を圧壊強度とする。
 本実施形態に係るダウンホールツール部材の23℃における圧壊強度が、40~100kNであることにより、温度100℃を超えるような高温度環境、例えば、地下3,000mを超える深度の地中においても十分な強度を有するダウンホールツール部材となる。
 例えば、ダウンホールツール部材のうちの一つである目止めプラグの芯棒は、中空の形状であることが多いので、該芯棒は、前記の高荷重を中空断面の断面積で支えることとなる。ダウンホールツール部材の23℃における圧壊強度が30kN以上であれば、目止めプラグの芯棒の中空断面の断面積が2,450mm程度で約5,000kgf(約49,000N)の荷重に、温度150℃の環境下で耐えることができることを意味する。ただし、芯棒に微小な亀裂またはクラックが入っていた場合には坑井内における圧力に耐えられずに破断し、坑井処理において不具合をきたすことが有る。しかし、本実施形態のようにダウンホールツール部材の23℃における圧壊強度が40kN以上であれば、微小な亀裂またはクラックが入っていた場合にも坑井内における圧力に耐え、坑井処理をより確実に実施することができる。
 したがって、本実施形態の重量平均分子量Mwが150,000以上300,000以下であって、温度270℃、せん断速度122sec-1で測定した溶融粘度MvがMv<6.2×10-15×Mw3.2を満たすポリグリコール酸を含有する樹脂材料から形成されるダウンホールツール部材は、地下3,000mを超えるような深度の地中(温度約100℃程度)において、通常の大きさ(断面積)の目止めプラグの芯棒にかかる応力に十分耐えることができる。なお、23℃における圧壊強度が100kNを超えるダウンホールツール部材は、多くの場合、製造すること、および機械加工することが困難である。
 2.ダウンホールツール部材の製造方法
 本実施形態のダウンホールツール部材は、固化押出成形または射出成形によって製造することができる。本実施形態のダウンホールツール部材の製造方法においては、重量平均分子量Mwが150,000以上300,000以下であって、温度270℃、せん断速度122sec-1で測定した溶融粘度MvがMv<6.2×10-15×Mw3.2を満たすポリグリコール酸樹脂組成物を用いることにより、穏和な温度で成形可能であり、成形後の変形を防止でき、かつ、強度が高いダウンホールツール部材が得られる。
 (固化押出成形によるダウンホールツール部材の製造)
 本実施形態のダウンホールツール部材は、上述のポリグリコール酸樹脂組成物を用いた固化押出成形により製造することができる。上述のポリグリコール酸樹脂組成物(融点Tm℃)からなるペレットをシリンダー温度Tm~255℃(通常、200~255℃)の押出機に供給して溶融混練する。シリンダー温度が255℃以下であれば、ポリマーの熱分解が抑えられ、それにより、熱分解に伴う分子量の急激な低下および発泡等を抑制することができる。また、その結果、得られる固化押出成形物の機械的物性が著しく劣化することを防ぐことができる。尚、場合によってはポリグリコール酸のペレットと、上述のリン化合物および分解促進剤などの添加剤とのブレンド物を押出機に配給して溶融混練することで、押出機内部で上述のポリグリコール酸樹脂組成物の溶融混練物を作製してもよい。次いで、押出機先端の押出ダイからフォーミングダイの流路内に溶融混練物を押出して、フォーミングダイの流路内でポリグリコール酸樹脂組成物の結晶化温度以下に冷却して固化させ、フォーミングダイの先端から5~50mm/10分の速度で外部に押出す。この押出物を加圧してフォーミングダイ方向に1,500~8,500kgの背圧をかけながら引き取ることで、固化押出成形物を製造することができる。この成形物を150~230℃の温度で3~24時間熱処理してアニーリングしてもよい。
 得られた固化押出成形物をそのままダウンホールツール部材として用いることもできるし、さらに適切な機械加工を施してダウンホールツール部材を得ることもできる。固化押出成形物に対して行うことができる機械加工としては、切削、穴あけ、切断、及びこれらの組み合わせが代表的なものである。広義の切削加工法には、切削のほか、穴あけ加工を含めることがある。切削加工法としては、単一刃工具を用いる旋削加工、研削加工、平削加工、および中ぐり加工などがある。多数刃を用いる切削加工法としては、フライス加工、穴あけ加工、ねじ切り加工、歯切り加工、型彫加工、およびやすり加工などがある。本実施形態では、ドリルなどを用いた穴あけ加工を切削加工と区別することがある。切断加工法としては、刃物(鋸)による切断、砥粒による切断、および加熱・融解による切断などがある。この他、研削仕上法、ナイフ状工具を用いる打ち抜き加工およびけがき切断などの塑性加工法、ならびにレーザー加工などの特殊加工法なども適用することができる。
 固化押出成形物が、肉厚の大きな平板もしくは丸棒または中空の形状である場合、機械加工として、一般に、固化押出成形物を適当な大きさまたは厚みに切断し、切断した固化押出成形物を研削して所望の形状に整え、さらに、必要個所に穴あけ加工を行う。最後に、必要に応じて、仕上げ加工を行う。ただし、機械加工の順序は、これに限定されない。
 このように固化押出成形物を加工してダウンホールツール部材を製造する場合、例えば、厚みまたは直径が5~500mmのダウンホールツール部材を得るには、固化押出成形物の厚みまたは直径が5~550mmであればよい。その際、厚みまたは直径がダウンホールツール部材と同じ固化押出成形物を用いてもよいし、機械加工により美麗な表面を得るため、厚みまたは直径がダウンホールツール部材よりも大きな固化押出成形物を用いてもよい。特に、機械加工時の削りしろを低減できることから、固化押出成形物とダウンホールツール部材との厚みまたは直径の差は小さい方が好ましく、具体的には0~50mmであることが好ましい。
 機械加工時に摩擦熱により固化押出成形物が溶融して平滑な面が出にくい場合には、切削面などを冷却しながら機械加工を行うことが望ましい。摩擦熱により固化押出成形物が過度に発熱すると、変形または着色の原因となるので、固化押出成形物または加工面を好ましくは200℃以下、より好ましくは150℃以下の温度に制御することが好ましい。
 (射出成形によるダウンホールツール部材の製造)
 本実施形態のダウンホールツール部材は、上述のポリグリコール酸樹脂組成物を用いた射出成形によっても製造することができる。上述のポリグリコール酸樹脂組成物からなるペレットを、射出成形用金型を装着した射出成形機に供給し、シリンダー温度Tm~255℃(通常、150~255℃)、金型温度0℃~Tm(通常、0~190℃)、射出圧1~104MPa(好ましくは10~104MPa)で射出成形し、必要に応じて、結晶化温度Tc1~Tm(通常、70~220℃)の温度で1分間ないし10時間、アニーリングすることにより射出成形物を得ることができる。尚、場合によってはポリグリコール酸のペレットと上述のリン化合物および分解促進剤などの添加剤とのブレンド物を射出成形機に配給して溶融混練することで、押出機内部で上述のポリグリコール酸樹脂組成物の溶融混練物を作製し、次いで射出成形することで射出成形物を製造してもよい。
 シリンダー温度が255℃以下であれば、ポリマーの熱分解が抑えられ、それにより、熱分解に伴う分子量の急激な低下および発泡等を抑制することができる。また、その結果、得られる射出成形物の機械的物性が著しく劣化することを防ぐことができる。得られた射出成形物は、通常そのままダウンホールツール部材として使用することができるが、所望により上述の機械加工を施すことによりダウンホールツール部材として使用することもできる。本実施形態のポリグリコール酸樹脂組成物を用いることにより、射出成形による成形であっても割れおよび歪みを生じにくいダウンホールツール部材を得ることができる。
 3.まとめ
 以上から明らかなように、本発明は以下を包含する。
 ポリグリコール酸樹脂組成物を含むダウンホールツール部材であって、重量平均分子量Mwが150,000以上300,000以下であって、温度270℃、せん断速度122sec-1で測定した溶融粘度Mv(Pa・s)がMv<6.2×10-15×Mw3.2を満たすダウンホールツール部材。
 上述のポリグリコール酸樹脂組成物を用いることによって、成形が容易であり、さらに高強度であるダウンホールツール部材を得ることができる。
 本発明の一態様において、上記ポリグリコール酸樹脂組成物は、上記溶融粘度Mvが、Mv<5.4×10-15×Mw3.2を満たすことが好ましい。
 本発明の一態様において、上記ポリグリコール酸樹脂組成物は、該ポリグリコール酸樹脂組成物から成形された成形品における23℃圧壊試験時の圧壊強度が40kN以上となるポリグリコール酸樹脂組成物であることが好ましい。
 本発明の一態様において、ダウンホールツール部材は、66℃の水中での厚み減少速度が0.03mm/h以上0.3mm/h以下であり得る。
 本発明の一態様において、上記ポリグリコール酸樹脂組成物は、ポリグリコール酸樹脂と、該ポリグリコール酸樹脂に対して700ppm以上のリン化合物とを含む組成物であることが好ましい。
 本発明の一態様において、ダウンホールツール部材は、フラックプラグのマンドレル、ロードリング、ソケット、コーン、ボールまたはボールシートであり得る。
 また、本発明に係るダウンホールツール部材の製造方法の一態様は、上記ポリグリコール酸樹脂組成物を射出成形する工程を含むものである。
 また、本発明に係るダウンホールツール部材の製造方法の別の一態様は、上記ポリグリコール酸樹脂組成物を固化押出成形する工程を含むものである。
 以下に実施例及び比較例、並びに参考例を挙げて、本発明についてより具体的に説明する。本発明は、実施例に限定されるものではない。
 (実施例1)
 ポリグリコール酸(PGA、株式会社クレハ製「Kuredux」、重量平均分子量(Mw):241,000)98質量部に対し、カルボン酸無水物として3,3’4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)2質量部(株式会社エボニックデグサ製)、リン化合物としてジステアリルアシッドホスフェートおよびモノステアリルアシッドホスフェートの混合体(株式会社ADEKA製「アデカスタブAX-71」)を配合した。スクリュー部温度を200~240℃に設定した二軸押出混練機(東洋精機株式会社製「2D25S」)のフィード部に供給して溶融混練を行い、ペレット状のポリグリコール酸樹脂組成物を得た。なお、リン化合物の含有量は、ポリグリコール酸樹脂組成物全量に対し900ppmである。
 このポリグリコール酸樹脂組成物は重量平均分子量226,000であり、温度270℃及び剪断速度122sec-1で測定した溶融粘度が640Pa・sであった。したがって、このポリグリコール酸樹脂組成物の溶融粘度は上述の(式1)および(式2)の関係を満たした。
 このポリグリコール酸樹脂組成物のペレットを、温度140℃で6時間保持して除湿乾燥した。除湿乾燥したペレットを、定量フィーダーを設置してそのホッパーに供給し、L/D=20の30mmφ単軸押出機の供給部に一定速度で供給し、シリンダー温度251℃で溶融混練した。押出ダイ出口温度276℃で、フォーミングダイの流路内に溶融押出し、冷却温度90℃で冷却し固化させた。押出速度は、約20mm/10分であった。
 フォーミングダイの流路内で固化させた固化押出成形物を、上部ロール群と下部ロール群との間に通して加圧することにより、フォーミングダイ外圧(背圧)3,100kgに調整し、該固化押出成形物の膨張を抑制した。次いで、該固化押出成形物を、温度215℃で6時間熱処理して、残留応力を除去した。熱処理によって、固化押出成形物に割れまたは変形を生じることはなかった。
 この方法によって、直径が90mm、長さ1,000mmの丸棒状ポリグリコール酸固化押出成形物を得た。得られた丸棒から直径70.4mm、内径30mm、長さ30mmの厚肉円筒形状の試験片を切り出して、23℃圧壊強度を測定したところ、70.5kNであった。また、この丸棒から一辺10mmである立方体の試験片を切り出し、温度66℃の1L-オートクレーブ中に、試験片を入れ、水(脱イオン水)を満たして浸漬試験を行ったところ、厚み減少速度は0.0535mm/時間であった。
 前記の丸棒から、くり抜き加工及びハイスバイトを用いた外径の機械加工(切削加工)により、両端から200mmの範囲が外径90mmかつ内径30mm、残りの600mmが外径80mmかつ内径30mmである中空体を50個作製した。そのすべてにおいて加工中に割れを誘発することはなかった。
 上述のポリグリコール酸樹脂組成物からなるペレットを、射出成形用金型を装着した射出成形機に供給し、シリンダー温度245℃、金型温度180℃、射出圧90MPaで射出成形し、170℃の温度で3時間、アニーリングすることによりJIS6号形の引張ダンベル片の射出成形物を得た。得られた射出成形物は、アニール後に変形は生じなかった。
 (実施例2)
 ポリグリコール酸99質量部に対し、カルボン酸無水物としてBTDA1質量部を配合し、リン化合物として「アデカスタブAX-71」を1400ppmとなるように配合した以外は実施例1と同様にしてペレット状のポリグリコール酸樹脂組成物を得た。
 このポリグリコール酸樹脂組成物は重量平均分子量197,000であり、温度270℃及び剪断速度122sec-1で測定した溶融粘度が340Pa・sであった。したがって、このポリグリコール酸樹脂組成物の溶融粘度は上述の(式1)および(式2)の関係を満たした。このポリグリコール酸樹脂組成物のペレットを用いて、実施例1と同様にして丸棒状ポリグリコール酸固化押出成形物を得た。
 得られた丸棒から厚肉円筒形状の試験片を切り出して、23℃圧壊強度を測定したところ、67.2kNであった。得られた丸棒から立方体の試験片を切り出して、66℃水中における浸漬試験を行ったところ、厚み減少速度は0.0468mm/時間であった。この丸棒状ポリグリコール酸固化押出成形物から実施例1と同様にして中空体を50個作製したところ、そのすべてにおいて加工中に割れを誘発することはなかった。
 また、このポリグリコール酸樹脂組成物のペレットを用いて、実施例1と同様にして引張ダンベル片の射出成形物を得た。得られた射出成形物は、アニール後に変形は生じなかった。
 (実施例3)
 ポリグリコール酸97質量部に対し、カルボン酸無水物としてBTDA3質量部を配合し、リン化合物として「アデカスタブAX-71」を1400ppmとなるように配合した以外は実施例1と同様にしてペレット状のポリグリコール酸樹脂組成物を得た。
 このポリグリコール酸樹脂組成物は重量平均分子量200,000であり、温度270℃及び剪断速度122sec-1で測定した溶融粘度が395Pa・sであった。したがって、このポリグリコール酸樹脂組成物の溶融粘度は上述の(式1)および(式2)の関係を満たした。
 このポリグリコール酸樹脂組成物のペレットを用いて、実施例1と同様にして丸棒状ポリグリコール酸固化押出成形物を得た。得られた丸棒から厚肉円筒形状の試験片を切り出して、23℃圧壊強度を測定したところ、59.2kNであった。得られた丸棒から立方体の試験片を切り出して、66℃水中における浸漬試験を行ったところ、厚み減少速度は0.0562mm/時間であった。この丸棒状ポリグリコール酸固化押出成形物から実施例1と同様にして中空体を50個作製したところ、そのすべてにおいて加工中に割れを誘発することはなかった。
 また、このポリグリコール酸樹脂組成物のペレットを用いて、実施例1と同様にして引張ダンベル片の射出成形物を得た。得られた射出成形物は、アニール後に変形は生じなかった。
 (実施例4)
 ポリグリコール酸97質量部に対し、カルボン酸無水物としてBTDA3質量部を配合し、リン化合物として「アデカスタブAX-71」を1700ppmとなるように配合した以外は実施例1と同様にしてペレット状のポリグリコール酸樹脂組成物を得た。
 このポリグリコール酸樹脂組成物は重量平均分子量216,000であり、温度270℃及び剪断速度122sec-1で測定した溶融粘度が438Pa・sであった。したがって、このポリグリコール酸樹脂組成物の溶融粘度は上述の(式1)および(式2)の関係を満たした。
 このポリグリコール酸樹脂組成物のペレットを用いて、実施例1と同様にして丸棒状ポリグリコール酸固化押出成形物を得た。得られた丸棒から厚肉円筒形状の試験片を切り出して、23℃圧壊強度を測定したところ、64.7kNであった。得られた丸棒から立方体の試験片を切り出して、66℃水中における浸漬試験を行ったところ、厚み減少速度は0.0665mm/時間であった。この丸棒状ポリグリコール酸固化押出成形物から実施例1と同様にして中空体を50個作製したところ、そのすべてにおいて加工中に割れを誘発することはなかった。
 また、このポリグリコール酸樹脂組成物のペレットを用いて、実施例1と同様にして引張ダンベル片の射出成形物を得た。得られた射出成形物は、アニール後に変形は生じなかった。
 (実施例5)
 ポリグリコール酸95質量部に対し、カルボン酸無水物としてBTDA5質量部を配合し、リン化合物として「アデカスタブAX-71」を1480ppmとなるように配合した以外は実施例1と同様にしてペレット状のポリグリコール酸樹脂組成物を得た。
 このポリグリコール酸樹脂組成物は重量平均分子量194,000であり、温度270℃及び剪断速度122sec-1で測定した溶融粘度が326Pa・sであった。したがって、このポリグリコール酸樹脂組成物の溶融粘度は上述の(式1)および(式2)の関係を満たした。
 このポリグリコール酸樹脂組成物のペレットを用いて、実施例1と同様にして丸棒状ポリグリコール酸固化押出成形物を得た。得られた丸棒から厚肉円筒形状の試験片を切り出して、23℃圧壊強度を測定したところ、52.8kNであった。得られた丸棒から立方体の試験片を切り出して、66℃水中における浸漬試験を行ったところ、厚み減少速度は0.0689mm/時間であった。この丸棒状ポリグリコール酸固化押出成形物から実施例1と同様にして中空体を50個作製したところ、そのすべてにおいて加工中に割れを誘発することはなかった。
 また、このポリグリコール酸樹脂組成物のペレットを用いて、実施例1と同様にして引張ダンベル片の射出成形物を得た。得られた射出成形物は、アニール後に変形は生じなかった。
 (実施例6)
 BDTAを配合せず、リン化合物として「アデカスタブAX-71」を3000ppmとなるように配合した以外は実施例1と同様にしてペレット状のポリグリコール酸樹脂組成物を得た。
 このポリグリコール酸樹脂組成物は重量平均分子量216,000であり、温度270℃及び剪断速度122sec-1で測定した溶融粘度が473Pa・sであった。したがって、このポリグリコール酸樹脂組成物の溶融粘度は上述の(式1)および(式2)の関係を満たした。
 また、このポリグリコール酸樹脂組成物のペレットを用いて、実施例1と同様にして引張ダンベル片の射出成形物を得た。得られた射出成形物は、アニール後に変形は生じなかった。
 さらに、この引張ダンベル片から幅10mm、奥行き10mm、および厚み3mmである直方体の試験片を切り出し、温度66℃の1L-オートクレーブ中に、試験片を入れ、水(脱イオン水)を満たして浸漬試験を行ったところ、厚み減少速度は0.0578mm/時間であった。
 (比較例1)
 BDTAを配合せず、リン化合物として「アデカスタブAX-71」を200ppmとなるように配合した以外は実施例1と同様にしてペレット状のポリグリコール酸樹脂組成物を得た。
 このポリグリコール酸樹脂組成物は重量平均分子量230,000、温度270℃及び剪断速度122sec-1で測定した溶融粘度が920Pa・sであった。したがって、このポリグリコール酸樹脂組成物の溶融粘度は上述の(式1)および(式2)の関係を満たさなかった。
 このポリグリコール酸樹脂組成物のペレットを用いて、実施例1と同様にして丸棒状ポリグリコール酸固化押出成形物を得た。得られた丸棒から厚肉円筒形状の試験片を切り出して、23℃圧壊強度を測定したところ、75.2kNであった。得られた丸棒から立方体の試験片を切り出して、66℃水中における浸漬試験を行ったところ、厚み減少速度は0.0234mm/時間であった。この丸棒状ポリグリコール酸固化押出成形物から実施例1と同様にして中空体を50個作製したところ、そのすべてにおいて加工中に割れを誘発することはなかった。
 また、このポリグリコール酸樹脂組成物のペレットを用いて、実施例1と同様にして引張ダンベル片の射出成形物の作製を試みたが、金型への樹脂の充填が十分でなく、目的の射出成形物が得られなかった。次いで、成形時の溶融粘度を下げるため、シリンダー温度を255℃にした以外は実施例1と同様にして引張ダンベル片の射出成形物を得た。得られた射出成型片は、アニール後に変形が生じた。
 (比較例2)
 ポリグリコール酸95質量部に対し、カルボン酸無水物としてBTDA5質量部を配合し、リン化合物として「アデカスタブAX-71」を200ppmとなるように配合した以外は実施例1と同様にしてペレット状のポリグリコール酸樹脂組成物を得た。
 このポリグリコール酸樹脂組成物は重量平均分子量210,000、温度270℃及び剪断速度122sec-1で測定した溶融粘度が850Pa・sであった。したがって、このポリグリコール酸樹脂組成物の溶融粘度は上述の(式1)および(式2)の関係を満たさなかった。
 このポリグリコール酸樹脂組成物のペレットを用いて、実施例1と同様にして丸棒状ポリグリコール酸固化押出成形物を得た。得られた丸棒から厚肉円筒形状の試験片を切り出して、23℃圧壊強度を測定したところ、57.2kNであった。得られた丸棒から立方体の試験片を切り出して、66℃水中における浸漬試験を行ったところ、厚み減少速度は0.0536mm/時間であった。この丸棒状ポリグリコール酸固化押出成形物から実施例1と同様にして中空体を50個作製したところ、そのすべてにおいて加工中に割れを誘発することはなかった。
 また、このポリグリコール酸樹脂組成物のペレットを用いて、実施例1と同様にして引張ダンベル片の射出成形物の作製を試みたが、金型への樹脂の充填が十分でなく、目的の射出成形物が得られなかった。次いで、成形時の溶融粘度を下げるため、シリンダー温度を255℃にした以外は実施例1と同様にして引張ダンベル片の射出成形物を得た。得られた射出成型片は、アニール後に変形が生じた。
 (比較例3)
 ポリグリコール酸96質量部に対し、カルボン酸無水物としてBTDA4質量部を配合し、リン化合物として「アデカスタブAX-71」を200ppmとなるように配合した以外は実施例1と同様にしてペレット状のポリグリコール酸樹脂組成物を得た。
 このポリグリコール酸樹脂組成物は重量平均分子量223,000、温度270℃及び剪断速度122sec-1で測定した溶融粘度が1155Pa・sであった。したがって、このポリグリコール酸樹脂組成物の溶融粘度は上述の(式1)および(式2)の関係を満たさなかった。
 このポリグリコール酸樹脂組成物のペレットを用いて、実施例1と同様にして丸棒状ポリグリコール酸固化押出成形物を得た。得られた丸棒から厚肉円筒形状の試験片を切り出して、23℃圧壊強度を測定したところ、33.3kNであった。得られた丸棒から立方体の試験片を切り出して、66℃水中における浸漬試験を行ったところ、厚み減少速度は0.0479mm/時間であった。この丸棒状ポリグリコール酸固化押出成形物から実施例1と同様にして中空体を50個作製したところ、そのうち2個の加工中に割れを生じ、割れの発生率は4%であった。
 また、このポリグリコール酸樹脂組成物のペレットを用いて、実施例1と同様にして引張ダンベル片の射出成形物の作製を試みたが、金型への樹脂の充填が十分でなく、目的の射出成形物が得られなかった。次いで、成形時の溶融粘度を下げるため、シリンダー温度を255℃にした以外は実施例1と同様にして引張ダンベル片の射出成形物を得た。得られた射出成型片は、アニール後に変形が生じた。
 以上の実施例及び比較例の結果を表1にまとめる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 実施例1~6から、ポリグリコール酸樹脂組成物を含むダウンホールツール部材において、重量平均分子量Mwが150,000以上300,000以下であって、温度270℃、せん断速度122sec-1で測定した溶融粘度MvがMv<6.2×10-15×Mw3.2を満たすことを特徴とするポリグリコール酸樹脂組成物を含むダウンホールツール部材は、優れた機械加工性を有し、切削、穴あけ、切断などの機械加工により二次成形品、特に石油掘削用ダウンホールツール部材に成形することが可能であることが分かった。
 これに対し、ポリグリコール酸樹脂組成物を含むダウンホールツール部材において、重量平均分子量Mwが150,000以上300,000以下であって、温度270℃、せん断速度122sec-1で測定した溶融粘度Mv(Pa・s)がMv ≧6.2×10-15×Mw3.2であるポリグリコール酸樹脂組成物を含む比較例1~3のダウンホールツール部材は、応力緩和のために実施する熱処理によって変形が生じるとともに、切削加工または切断の機械加工により、美麗な加工面が得られない場合があることが分かった。特に、比較例1~3のダウンホールツール部材は、石油掘削用ダウンホールツール部材またはその部材の用途に求められる高温度環境下での強度が不足することが分かった。
 本発明のダウンホールツール部材は、重量平均分子量Mwが150,000以上300,000以下であって、温度270℃、せん断速度122sec-1で測定した溶融粘度Mv(Pa・s)がMv<6.2×10-15×Mw3.2を満たすことを特徴とするポリグリコール酸樹脂組成物を含むダウンホールツール部材であることにより、切削、穴あけ、切断などの機械加工により所望形状の二次成形品、特に、目止めプラグに備えられるダウンホールツール部材等に成形することが可能である、高温度環境で十分な強度を有する分解性樹脂固化押出成形物、並びに、該ダウンホールツール部材を備える目止めプラグ、及び、目止めプラグの芯棒を提供することができるので、産業上の利用可能性が高い。また、本発明の製造方法によれば、残留応力が低減され、硬さまたは強度、可撓性などに優れ、二次成形品、特に石油掘削用ダウンホールツール部材またはその部材への機械加工に適した諸特性を有する、高温度環境で十分な強度を有する分解性樹脂固化押出成形物を提供することができるので、産業上の利用可能性が高い。
1     マンドレル
2     シール部材
3     ソケット
4,5   コーン
6a、6b スリップ
7     ロードリング
8     ボールシート
9     ボール
10    フラックプラグ

Claims (8)

  1.  ポリグリコール酸樹脂組成物を含むダウンホールツール部材であって、
     上記ポリグリコール酸樹脂組成物は、重量平均分子量Mwが150,000以上300,000以下であって、温度270℃、せん断速度122sec-1で測定した溶融粘度Mv(Pa・s)が下記式
    Mv<6.2×10-15×Mw3.2
    を満たすことを特徴とするダウンホールツール部材。
  2.  上記ポリグリコール酸樹脂組成物は、重量平均分子量Mwが150,000以上300,000以下であって、温度270℃、せん断速度122sec-1で測定した溶融粘度Mv(Pa・s)が下記式
    Mv<5.4×10-15×Mw3.2
    を満たすことを特徴とする請求項1に記載のダウンホールツール部材。
  3.  上記ポリグリコール酸樹脂組成物は、該ポリグリコール酸樹脂組成物から成形された成形品における23℃圧壊試験時の圧壊強度が40kN以上となるポリグリコール酸樹脂組成物である、請求項1または2に記載のダウンホールツール部材。
  4.  66℃の水中での厚み減少速度が0.03mm/h以上0.3mm/h以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載のダウンホールツール部材。
  5.  上記ポリグリコール酸樹脂組成物は、ポリグリコール酸樹脂と、該ポリグリコール酸樹脂に対して700ppm以上のリン化合物とを含む組成物である、請求項1~4のいずれか1項に記載のダウンホールツール部材。
  6.  フラックプラグのマンドレル、ロードリング、ソケット、コーン、ボールまたはボールシートである、請求項1~5のいずれか1項に記載のダウンホールツール部材。
  7.  請求項1~6のいずれか1項に記載のダウンホールツール部材の製造方法であって、
     上記ポリグリコール酸樹脂組成物を射出成形する工程を含むことを特徴とするダウンホールツール部材の製造方法。
  8.  請求項1~6のいずれか1項に記載のダウンホールツール部材の製造方法であって、
     上記ポリグリコール酸樹脂組成物を固化押出成形する工程を含むことを特徴とするダウンホールツール部材の製造方法。
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