WO2019146359A1 - 分解性ダウンホールプラグ - Google Patents

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WO2019146359A1
WO2019146359A1 PCT/JP2018/047889 JP2018047889W WO2019146359A1 WO 2019146359 A1 WO2019146359 A1 WO 2019146359A1 JP 2018047889 W JP2018047889 W JP 2018047889W WO 2019146359 A1 WO2019146359 A1 WO 2019146359A1
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WO
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mandrel
downhole plug
hollow portion
downhole
cone
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/047889
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English (en)
French (fr)
Inventor
慎弥 高橋
暁 漆川
Original Assignee
株式会社クレハ
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Filing date
Publication date
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Priority to CA3087148A priority patent/CA3087148C/en
Priority to GB2012112.5A priority patent/GB2584237B/en
Priority to CN201880080889.5A priority patent/CN111492120B/zh
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
    • E21B33/12—Packers; Plugs
    • E21B33/129—Packers; Plugs with mechanical slips for hooking into the casing
    • E21B33/1291—Packers; Plugs with mechanical slips for hooking into the casing anchor set by wedge or cam in combination with frictional effect, using so-called drag-blocks
    • E21B33/1292—Packers; Plugs with mechanical slips for hooking into the casing anchor set by wedge or cam in combination with frictional effect, using so-called drag-blocks with means for anchoring against downward and upward movement
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    • E21—EARTH DRILLING; MINING
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    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B2200/00—Special features related to earth drilling for obtaining oil, gas or water
    • E21B2200/08—Down-hole devices using materials which decompose under well-bore conditions

Definitions

  • the present invention relates to a degradable downhole plug used in hydraulic fracturing.
  • the hydraulic fracturing method generates perforations and fractures in the production layer by fluid pressure such as water pressure (hereinafter sometimes simply referred to as "water pressure"), and collects and recovers hydrocarbon resources through the fractures and the like.
  • the production zone is a zone producing hydrocarbon resources such as petroleum such as shale oil or natural gas such as shale gas.
  • Hydraulic fracturing generally drills vertical holes and then bends vertical holes to drill horizontal holes in several thousand meters of underground. Thereafter, a fluid such as a fracturing fluid is fed at high pressure into the wellbore to cause a crack or the like in the underground production layer by water pressure. Then, hydrocarbon resources are collected and recovered through the fracture and the like.
  • a wellbore means the hole provided in order to form a well, and it may be called a "downhole.”
  • downhole plugs are known as one of these downhole tools.
  • the downhole plug is installed in the wellbore for closing a part of the wellbore.
  • the downhole plug is referred to as a flack plug, bridge plug or packer, etc. and has at least one mandrel and one or more members mounted on the outer circumferential surface of the mandrel.
  • a predetermined member is expanded in diameter and fixed to the wellbore by coming into contact with the inner wall of the wellbore, and the seal member etc. which similarly constitute the downhole plug By sealing between the inner wall of the well and the downhole plug, the wellbore is closed.
  • Patent Document 1 discloses a hole for the purpose of providing insulation to block heat from the inner wall of the wellbore.
  • An open slip is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a slip in which the inside is hollow for the purpose of facilitating breakage by a drill.
  • the degradable downhole plug is at least partially formed of degradable material that degrades depending on the well environment. As a result, the entire degradable downhole plug is disassembled or disassembled after use, and as a result, removal of the downhole plug is facilitated (e.g., Patent Document 3).
  • control of degradability has been an issue, and for example, in order to promote the degradation of materials whose degradation rate is insufficient, bottom subs embedded with a degradation accelerator have also been proposed (FIG. Patent Document 4).
  • FIG. 1 and 2 are reference views for explaining a conventional downhole plug.
  • FIG. 1 is a schematic view of a portion of an axial cross section of a conventional downhole plug.
  • FIG. 2 is a view when the downhole plug shown in FIG. 1 is installed in a casing, and (a) of FIG. 2 shows before hydraulic fracturing and (b) of FIG. 2 shows after hydraulic fracturing.
  • 1 and 2 show the axial direction of the downhole plug as the left-right direction in the drawing, but in the actual use, the axial direction of the downhole plug is the same as that of the downhole plug. It may be arranged along the depth direction.
  • the downhole plug 100 includes a mandrel 101, a seal member 102, a holding member 103 disposed adjacent to the seal member 102 on one side of the seal member 102, a seal member 102 and It comprises cones 104 and 105 disposed so as to sandwich the holding member 103, a pair of slips 106a and 106b, and a pair of ring members 107a and 107b.
  • the ring member 107 a is slidable relative to the mandrel 101 in the axial direction of the mandrel 101, and the ring member 107 b is fixed to the mandrel 101.
  • the seal member 102 in the present embodiment is formed of an elastic material or rubber material that deforms when a predetermined force is applied.
  • the downhole plug 100 is installed in a wellbore (not shown) and in a casing 200 disposed inside the wellbore as shown in FIG. 2 (a).
  • the mandrel 101 is moved in the axial direction indicated by the arrow P in the figure to reduce the distance between the pair of ring members 107a and 107b in the mandrel axial direction.
  • the slips 106a and 106b move outward along the slopes of the cones 104 and 105 in a direction perpendicular to the axial direction of the mandrel 101 and abut on the inner wall of the wellbore, thereby the downhole plug 100 can be drilled.
  • the seal member 102 can be installed at a predetermined position of Further, as the mandrel 101 is moved in the axial direction and the distance between the cone 104 and the holding member 103 is reduced, the seal member 102 is deformed and expanded outward in the outer peripheral direction of the axis of the mandrel 101. When the seal member 102 abuts on the casing 200, the space between the downhole plug 100 and the casing 200 is closed. Thereafter, a well or the like (not shown) is set in the axial hollow portion of the mandrel 101 to close the wellbore. Then, the fluid is fed at high pressure from the side of the cone 104 into the closed section to perform hydraulic fracturing which causes the production layer to crack.
  • the downhole plug When the downhole plug is a degradable downhole plug formed of a degradable material which is decomposed by the fluid in the well, the downhole is exposed to the fluid in the well for a predetermined time to allow the downhole from contacting the fluid.
  • the plug is disassembled, disintegrated and dissolved, whereby the downhole plug is removed and the blocked flow path can be recovered.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is a plug for well drilling, and the flow path is recovered in a short time by quickly disassembling after hydraulic fracturing. It is in providing a plug.
  • the fluid in the well is sufficiently formed in the degradable downhole plug by the close contact between the casing and the degradable downhole plug and the members constituting the degradable downhole plug. It has been discovered that, due to the surface of the degradable downhole plug exposed to the fluid becoming smaller, decomposition is delayed. That is, as shown in FIG. 2B, the slips 106a and 106b of the degradable downhole plug and the seal member 102 abut on the casing 200 after hydraulic fracturing. Also, the cone 104 abuts on the seal member 102 and the slip 106 a. Furthermore, the cone 105 abuts on the holding member 103 and the slip 106 b.
  • the degradation is delayed because the surface exposed to the fluid flowing along the axial direction of the mandrel, that is, the direction of the arrow F1 or F2 in FIG. 2 is limited. I found what I was doing.
  • the downhole plug according to the present invention comprises a mandrel made of a degradable material, and the mandrel And a peripheral member made of a degradable material provided on an outer peripheral surface, the peripheral member being a hollow portion through which a fluid flowing along the axial direction of the mandrel can pass, or an outer surface of the downhole plug A groove is provided on at least a part of the surface or the surface in contact with the mandrel.
  • FIG. 7 schematically shows a portion of an axial cross section of a conventional downhole plug. It is a figure at the time of installing and fixing the conventional downhole plug shown in FIG. 1 to a casing, (a) is showing before hydraulic fracturing, (b) after hydraulic fracturing. It is a figure which shows after installing the downhole plug which concerns on embodiment of this invention in a casing, and applying a pressure.
  • FIG. 5 is a perspective partial cross-sectional view schematically showing one aspect of a slip according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective partial cross-sectional view schematically showing one aspect of a slip according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective partial cross-sectional view schematically showing one aspect of a slip according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective partial cross-sectional view schematically showing one aspect of a slip according to an embodiment of the present invention. It is a perspective partial sectional view showing roughly one mode of a cone concerning an embodiment of the present invention. It is a perspective partial sectional view showing roughly one mode of a cone concerning an embodiment of the present invention. It is a perspective partial sectional view showing roughly one mode of a cone concerning an embodiment of the present invention. It is a perspective partial sectional view showing roughly one mode of a cone concerning an embodiment of the present invention. It is a perspective partial sectional view showing roughly one mode of a cone concerning an embodiment of the present invention. It is a perspective partial sectional view showing roughly one mode of a cone concerning an embodiment of the present invention.
  • a downhole plug according to the present invention includes a mandrel made of a degradable material, and a plurality of peripheral members made of degradable material provided on the outer peripheral surface of the mandrel, at least one of the plurality of peripheral members Is a configuration having at least a part of a hollow portion through which a fluid can pass along the axial direction of the mandrel, or a groove on the outer surface side of the downhole plug.
  • the hollow portion is preferably provided in a peripheral member which has prevented the axial flow of fluid in the mandrel in the conventional downhole plug after hydraulic fracturing.
  • the presence of the hollow portion in such a peripheral member allows the passage of fluid and promotes the disassembly and removal of the degradable downhole plug.
  • the hollow portion is connected to at least one opening in the surface in contact with the flow in the peripheral member.
  • the through hole is in communication with two or more openings.
  • the groove of the peripheral member is a groove on the surface of the peripheral member located on the outer surface side of the downhole plug.
  • FIG. 3 is a view schematically showing only one of axis-symmetrical cross sections in the axial cross section of the mandrel of the downhole plug according to the present embodiment.
  • FIGS. 4 to 6 are perspective partial cross-sectional views schematically showing a specific aspect of the slip which is one of the peripheral members of the downhole plug according to the present embodiment.
  • 7 to 11 are perspective partial cross-sectional views schematically showing specific embodiments of the cone which is one of the peripheral members of the downhole plug according to the present embodiment.
  • the downhole plug 10 is a tool for drilling a well used for closing a wellbore (not shown), and is a cylindrical member, a mandrel 1 and a mandrel And an outer peripheral member provided on the outer peripheral surface of the outer cover.
  • the seal member 2 as the holding member, the cones 4, 5, the pair of slips 6a, 6b, the pair of ring members 7a, 7b, the pair of outer holding members 8a, 8b Is equipped.
  • the socket 3 is an optional member, and the socket 3 and the cone 5 may be integrally molded.
  • the downhole plug 10 is installed in the casing 20 arrange
  • the mandrel 1 is a member for securing the strength of the downhole plug 10.
  • the seal member 2 is an annular member formed of an elastic material or a rubber material, and is mounted on the axially outer peripheral surface of the mandrel 1 between the socket 3 and the cone 4. As the mandrel 1 moves in the axial direction and the distance between the cone 4 and the socket 3 is reduced, the seal member 2 is deformed and the seal member 2 is expanded outward in the outer peripheral direction of the axis of the mandrel 1 And abut on the casing 20. Since the inner side of the seal member 2 is in contact with the outer peripheral surface of the mandrel 1, the contact between the seal member 2 and the casing 20 closes (seals) the space between the downhole plug 10 and the casing 20.
  • the seal member 2 has a function of maintaining the seal between the downhole plug 10 and the casing 20 by maintaining the contact state with the casing 20 and the outer peripheral surface of the mandrel 1 .
  • the sealing member 2 is preferably made of a material that does not lose the function of closing the well bore by the sealing member 2 even under an environment of high temperature and high pressure, for example. Examples of preferable materials for forming the seal member 2 include nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber, acrylic rubber and fluororubber.
  • degradable rubbers such as polyurethane rubber, natural rubber, polyisoprene, acrylic rubber, aliphatic polyester rubber, polyester thermoplastic elastomer and polyamide thermoplastic elastomer can be used as a material for forming the sealing member 2 .
  • the socket 3 is an annular member and is mounted on the axially outer peripheral surface of the mandrel 1 adjacent to the seal member 2 and the cone 5.
  • 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 slips 6 a and 6 b move outward in a direction perpendicular to the axial direction of the mandrel 1 by the application of an axial force of the mandrel 1, and abut on the inner wall of the casing 20. Fix with the inner wall.
  • the slips 6a and 6b have at least one groove in the contact portion with the inner wall of the casing 20 in order to make the closing (seal) of the space between the downhole plug 10 and the casing 20 more reliable.
  • a convex portion, a rough surface (jagged) or the like may be provided.
  • the slips 6a and 6b may be divided into a predetermined number in the circumferential direction orthogonal to the axial direction of the mandrel 1 in advance.
  • the mandrel 1 may not be divided into a predetermined number in advance, and may have a cut which ends halfway from one end to the other end along the axial direction.
  • an axial force of the mandrel 1 is applied to the cones 4 and 5 and the cones 4 and 5 enter the lower surface side of the slips 6a and 6b, whereby the slips 6a and 6b are the cut.
  • split along its extension line, and then each split piece is moved outward orthogonal to the axial direction of the mandrel 1.
  • the pair of ring members 7a and 7b are members placed on the outer peripheral surface orthogonal to the axial direction of the mandrel 1, and the expandable seal member 2 and optionally placed slips 6a and 6b and cones 4, 5 is a member provided to apply an axial force of the mandrel 1 to the combination with the socket 3;
  • the hollow portion 51, the hollow portion 64 and the hollow portion 81 are provided in the cone 5, the slips 6a and 6b and the outer holding members 8a and 8b, respectively.
  • the peripheral member or the combination thereof in which the groove is provided is not limited to this.
  • the mandrel 1, the seal member 2, the socket 3, the cones 4 and 5, the pair of slips 6 a and 6 b, and the pair of ring members 7 a and 7 b are respectively formed of degradable resin or degradable metal. Is preferred. This facilitates removal of the downhole plug 10 after well processing using the downhole plug 10.
  • degradable resin or degradable metal refers to biodegradation or hydrolysis, dissolution in water or hydrocarbon in the well, or decomposition or embrittlement by any chemical method, and so on. It means a resin or metal that can be disintegrated.
  • degradable resins examples include hydroxycarboxylic acid-based aliphatic polyesters such as polylactic acid (PLA) and polyglycolic acid (PGA), lactone-based aliphatic polyesters such as poly-caprolactone (PCL), polyethylene succinate and polybutylene Diol-dicarboxylic acid-based aliphatic polyesters such as succinate, copolymers thereof, for example, glycolic acid / lactic acid copolymers, and mixtures thereof, and fats used in combination with aromatic components such as polyethylene adipate / terephthalate Family polyester and the like.
  • a water soluble resin may be used as the degradable resin.
  • water-soluble resin examples include polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, polyvinyl formal, polyacrylamide (may be substituted with N and N), polyacrylic acid and polymethacrylic acid, etc.
  • Copolymers of monomers such as ethylene / vinyl alcohol copolymer (EVOH), and acrylamide / acrylic acid / methacrylic acid interpolymer, etc. may be mentioned.
  • degradable metals include alloys containing magnesium, aluminum and calcium as main components.
  • the peripheral member provided with the hollow portion or the groove is preferably formed of a material that is surface-degraded.
  • the material that decomposes on the surface is a material that loses weight only by decomposition on the surface that contacts the cause of decomposition (such as oxygen and water).
  • a material having a high water barrier property such as degradable metals and polyglycolic acid, falls on the surface.
  • the hollow portion or groove expands as the decomposition progresses, and the surface area of the peripheral member is increased to accelerate the decomposition rapidly.
  • the hollow portion or the groove expands at a lower speed than the peripheral member formed of the surface decomposition material, and therefore the effect of accelerating the decomposition as much as the surface decomposition material can not be obtained.
  • hollows or grooves be provided in the slips 6a and 6b or the cones 4 and 5 among the peripheral members.
  • a hollow part or groove may be provided in both the slips 6a and 6b and the cones 4 and 5, it is preferable to provide only one of the slip and the cone from the viewpoint of strength.
  • the slips 6a, 6b include hollow portions 64 through which fluid in the axial direction of the mandrel 1 can pass.
  • the size of the hollow portion 64 is not limited as long as the effects of the present invention can be obtained.
  • the cross section of the hollow portion 64 is circular, the diameter is small to secure the strength of the slips 6a and 6b.
  • 10 mm or less is preferable, 7 mm or less is more preferable, 6 mm or less is more preferable, and 5 mm or less is particularly preferable.
  • the diameter is preferably 1 mm or more, more preferably 3 mm or more, and particularly preferably 4 mm or more.
  • the alloy which has magnesium, aluminum or calcium as a main component as a decomposable material it is preferable to be referred to as 3 mm or more in diameter.
  • the “hollow portion 64 through which the fluid along the axial direction of the mandrel 1 can pass” may be the center of the hollow portion 64 as long as the fluid along the axial direction of the mandrel 1 can pass through. It is not intended to be limited to a configuration in which the axis coincides with the axial direction of the mandrel 1.
  • the number of hollow portions 64 is not limited as long as the desired effect can be obtained, but because the decomposition promoting effect is high, for example, one or more is preferable, and two or more is more preferable, and three or more are preferable. Particularly preferred. Further, the arrangement of the hollow portion 64 is not limited as long as a desired effect can be obtained, but the outer surfaces of the slips 6a and 6b and the inner surfaces of the slips 6a and 6b, the mandrel outer peripheral surface or the mandrel outer peripheral surface and the slip And an inner surface in contact with another peripheral member disposed therebetween.
  • the hollow portion 64 is a straight line passing through the central axis of the mandrel 1 in a cross section perpendicular to the axial direction of the mandrel 1 of the downhole plug 10, and the point A on the inner periphery of the slip 6a, 6b and the point B on the outer periphery 91% to 47% of the “maximum slip thickness” represented by the maximum length from point A to point B, where the maximum value of “slip continuous thickness” indicating the length of portions other than the hollow portion 64 on a straight line passing through It is preferable to be disposed in the range of 80% to 47%, more preferably in the range of 80% to 47%, and particularly preferably in the range of 70% to 47%.
  • the “maximum slip thickness” can also be expressed as the thickness in the radial direction of the slips 6 a and 6 b in the cross section.
  • the “slip continuous thickness” can also be expressed as the maximum length of a continuous portion in the thickness direction of the slips 6a, 6b excluding the hollow portion 64 portion.
  • the slips 6a and 6b have grooves on the outer surface side through which fluid in the axial direction of the mandrel 1 can pass.
  • the size of the groove is not limited as long as the effects of the present invention can be obtained.
  • the width of the groove is preferably a small width to secure strength, for example, 10 mm or less is preferable, 7 mm or less is more preferable, and 5 mm or less Particularly preferred.
  • 45% or less of the maximum slip thickness is preferable, 40% or less is more preferable, and 25% or less is particularly preferable.
  • the shape of the groove is easy to process if it is a straight line from end to end of one surface of the slips 6a and 6b, but for example, among the above-mentioned surfaces, a portion in contact with the casing 20 after hydraulic fracturing.
  • the ends of the grooves of the slips 6a and 6b are preferably in a plane perpendicular to the axial direction of the mandrel 1 because the introduction of fluid along the axial direction of the mandrel is easy, and in particular on the side to which the fluid is supplied. It is preferable to be in the near surface.
  • the slip 61 shown in FIG. 4 is constituted by a plurality of slip division pieces 612 divided by a cut 611 which is terminated on the way from one end to the other end in the axial direction.
  • Each slip divided piece 612 is provided with a plurality of projections 613 on the surface in contact with the casing 20 and one hollow portion 614 through which the fluid along the axial direction of the mandrel 1 can pass.
  • the slip 6b may have the same configuration. The same applies to the following other aspects.
  • the slip 62 shown in FIG. 5 is provided with a plurality of hollow portions 614 in each slip divided piece 612. As a result, the area in contact with the fluid increases, and the downhole plug 10 becomes easier to disassemble and remove.
  • each slip split piece 612 is provided with a groove 637 along the axial direction of the mandrel 1 located on the surface that abuts on the casing 20. Since the fluid also penetrates into the groove 637 and the fluid comes in contact with the surface of the groove 637, the decomposition progresses also from the surface of the groove 637. As described above, the area in contact with the fluid is increased, and the downhole plug 10 becomes easier to disassemble and remove.
  • a hollow or grooved cone In one aspect of the cones 4 and 5 in the present embodiment, the cones 4 and 5 are provided with hollow portions through which a fluid flowing along the axial direction of the mandrel 1 can pass.
  • the size of the hollow portion is not limited as long as the effect of the present invention can be obtained.
  • the cross section of the hollow portion is circular, it is preferable to have a small diameter in order to secure the strength of the cones 4 and 5
  • 10 mm or less is preferable, 7 mm or less is more preferable, 6 mm or less is more preferable, and 5 mm or less is particularly preferable.
  • the diameter is preferably 1 mm or more, more preferably 3 mm or more, and particularly preferably 4 mm or more.
  • the number of hollow portions per cone is not limited as long as the desired effect can be obtained, but it is preferably 4 or more, more preferably 8 or more, and particularly preferably 12 or more, because the decomposition promoting effect is high.
  • the position of the hollow portion is not limited as long as the desired effect can be obtained, but the outer surfaces of the cones 4, 5 and the inner surfaces of the cones 4, 5 and the outer peripheral surface of the mandrel 1 or the mandrel 1 and its cone It is located between the other peripheral member disposed between it and the inner surface in contact with it.
  • the hollow portion is a straight line passing through the central axis of the mandrel 1 in a cross section perpendicular to the axial direction of the mandrel 1 of the downhole plug 10, and the point A on the inner periphery of the cones 4 and 5 and the point B on the outer periphery
  • the maximum value of "cone continuous thickness" indicating the length of the part other than the hollow part on the passing straight line ranges from 91% to 47% of the "cone maximum thickness" represented by the maximum length from point A to point B It is preferable that the composition be arranged such that the range of 80% to 47% is more preferable, and the range of 70% to 47% is particularly preferable.
  • the “cone maximum thickness” can also be expressed as the radial thickness of the cones 4 and 5 in the cross section.
  • the “cone continuous thickness” can also be expressed as the maximum length of a continuous portion in the thickness direction of the cones 4 and 5 excluding the hollow portion.
  • the cones 4 and 5 are provided on the outer surface side with grooves through which fluid can pass along the axial direction or circumferential direction of the mandrel 1.
  • the size of the groove is not limited as long as the effects of the present invention can be obtained.
  • the width of the groove is preferably a small width to secure strength, for example, 10 mm or less is preferable, 7 mm or less is more preferable, and 5 mm or less Particularly preferred.
  • the groove depth is preferably 45% or less of the maximum thickness of the cone, more preferably 40% or less, and particularly preferably 25% or less.
  • the cones 4 and 5 are provided with grooves in the surface that abuts the sealing member 2 or the socket 3.
  • This groove allows the movement of fluid in the direction perpendicular to the axis of the downhole plug 10.
  • a plurality of radially arranged ones are on a straight line passing from the central axis of the mandrel 1 to the outer periphery of the cones 4 and 5. It is preferable that it is a groove of The size of the groove is not limited as long as the desired effect of the present invention can be obtained.
  • the width of the groove is preferably a small width to secure strength, for example, 10 mm or less is preferable, 7 mm or less is more preferable, 5 mm The following are particularly preferred.
  • the groove depth is preferably 45% or less of the maximum thickness of the cone, more preferably 40% or less, and particularly preferably 25% or less.
  • a cone 51 shown in FIG. 7 includes a plurality of hollow portions 511 through which fluid in the axial direction of the mandrel 1 can pass. After hydraulic fracturing, the fluid does not contact the portion of the surface 512 of the cone 51 that partially abuts the slip 6 b, the surface 513 that abuts the socket 3, and the surface 514 that abuts the mandrel 1.
  • the hollow portion 511 is connected to an opening at the other end along the axial direction of the mandrel 1 from the surface 513 which abuts on the socket 3. Therefore, the fluid intrudes from the opening and the fluid contacts the inner wall of the hollow portion 511, so the downhole plug 10 is easily disassembled and removed.
  • the cone 52 shown in FIG. 8 further comprises a groove 525 along the circumferential direction of the surface 512 which partially abuts the slip 6b. Therefore, after hydraulic fracturing, a gap is formed between the slip 6b and the cone 52 by the groove 525, and the fluid in the cut portion of the slip 6b infiltrates the gap. Accordingly, since the cone 52 is disintegrated from the gap formed by the inner wall of the hollow portion 511 in contact with the fluid and the groove 525, the downhole plug 10 can be easily disassembled and removed.
  • FIG. 9 Another aspect of the cone 5 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • the cone 53 shown in FIG. 9 is provided with a groove 535 along the axial direction of the mandrel 1 located on the surface 532 partially abutting the slip 6 b. After hydraulic fracturing, the groove 535 forms a gap along the axial direction of the mandrel 1 between the slip 6b and the cone 53, and the fluid penetrates the gap.
  • the disassembly of the cone 53 proceeds from the gap created by the groove 535 in contact with the fluid, so the disassembly and removal of the downhole plug 10 is facilitated.
  • the cone 54 shown in FIG. 10 further comprises a groove 545 along the axial direction of the mandrel 1 located on the surface 512 partially abutting the slip 6b. After hydraulic fracturing, a gap is formed between the slip 6b and the cone 54 by the groove 545, and the fluid penetrates the gap. Accordingly, since the cone 54 is disintegrated from the gap formed by the inner wall of the hollow portion 511 in contact with the fluid and the groove 545, the downhole plug 10 can be easily disassembled and removed.
  • the cone 55 shown in FIG. 11 further comprises, on the surface 513 abutting the socket 3, a radial, flowable channel 555 directed from the central axis of the mandrel 1 to the outer surface of the cone 55. Furthermore, as compared with the hollow portion 511 in the cone 51 of the first aspect, the hollow portion 511 is also provided at a position farther from the mandrel 1. After hydraulic fracturing, the intruding fluid flows through a groove 555 provided on the surface 513 abutting the socket 3 from the central axis of the mandrel 1 to the outer surface of the cone 55. Accordingly, since the cone 55 is disassembled from the gap formed by the inner wall of the hollow portion 511 in contact with the fluid and the groove 555, the downhole plug 10 can be easily disassembled and removed.
  • the downhole plug 10 of the present embodiment is manufactured by assembling a conventionally known method using the mandrel 1 and the peripheral member.
  • the mandrel 1 can be manufactured by a conventionally known method according to the material.
  • a conventionally known method can be selected according to the material of the peripheral member, and usually, after forming the base material, a hole or a groove is formed by cutting, drilling or the like. Manufacture by making.
  • the downhole plug of the present embodiment includes the mandrel made of the degradable material, and the plurality of peripheral members made of the degradable material provided on the outer peripheral surface of the mandrel. At least one has a hollow portion through which a fluid flowing in the axial direction of the mandrel can pass, or a groove in at least a part of a surface to be an outer surface of the downhole plug or a surface in contact with the mandrel is there.
  • the hollow portion is connected to at least one opening in the surface of the peripheral member provided with the hollow portion.
  • the opening appears on the outer surface side of the downhole plug after the installation of the downhole plug.
  • the hollow portion is a through hole.
  • the cross section of the hollow portion is circular.
  • the peripheral member also has at least one opening in the surface in contact with the mandrel, and the hollow portion is connected to the opening in the surface in contact with the mandrel.
  • the peripheral member also has at least one groove on the surface in contact with the mandrel.
  • the at least one peripheral member is a slip or a cone.
  • the at least one peripheral member has the hollow portion, is a cross section perpendicular to the axial direction of the mandrel, and includes the hollow portion.
  • the maximum length of the continuous portion in the thickness direction of the peripheral member excluding the hollow portion is 47% or more and 91% or less of the thickness of the peripheral member in the radial direction.
  • one aspect of the downhole plug of the present embodiment is a downhole plug including a mandrel and a peripheral member provided on the outer peripheral surface of the mandrel, wherein the peripheral member is made of a degradable material, and the peripheral member is It can be expressed that the ratio of the continuous thickness maximum value to the maximum thickness is 47% or more and 91% or less.
  • the present invention has industrial applicability because it provides a degradable downhole tool utilized in hydraulic fracturing, which is a technique of shale gas oil drilling.
  • Mandrel 2 Seal member (peripheral member) 3: Socket (peripheral members) 4, 5, 51, 52, 53, 54, 55: cone (peripheral member) 6a, 6b, 61, 62, 63: Slip (peripheral members) 7a, 7b: Ring members 8a, 8b: Outer side holding members (peripheral members) 10: downhole plug 20: casing 64: hollow portion 100: conventional downhole plug 101: mandrel 102: sealing member 103: holding member 104, 105: conventional cone 106a, 106b: conventional slip 200: casing 511, 614 Hollow part 525, 535, 545, 637: Groove

Abstract

坑井掘削用のダウンホールプラグであって、水圧破砕後に速やかに分解されることにより、短時間で流路が回復されるダウンホールプラグを提供する。ダウンホールプラグ（１０）であって分解性材料からなるマンドレル（１）と、マンドレル（１）の外周面上に設けられた分解性材料からなる複数の周辺部材（２，３，４，５，６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ）とを含み、複数の周辺部材の少なくとも一つ（６ａ，６ｂ）は、マンドレル（１）の軸方向に沿って流れる流体が通過可能な中空部（６４）、またはダウンホールプラグ（１０）の外表面となる面もしくはマンドレル（１）と接する面の少なくとも一部に溝を有する。

Description

分解性ダウンホールプラグ
　本発明は、水圧破砕法に用いられる分解性ダウンホールプラグに関する。
　水圧破砕法は、水圧等の流体圧（以下、単に「水圧」ということがある。）により生産層に穿孔および亀裂（フラクチャ）等を発生させ、該フラクチャ等を通して炭化水素資源を採取・回収するための生産層の刺激方法である。なお、生産層とは、シェールオイル等の石油またはシェールガス等の天然ガスなどの炭化水素資源を産出する層のことである。水圧破砕法は、一般に、垂直な孔を掘削し、続けて、垂直な孔を曲げて、地下数千ｍの地層内に水平な孔を掘削する。その後、それらの坑井孔内にフラクチャリング流体等の流体を高圧で送り込み、地下の生産層に水圧によって亀裂等を生じさせる。そして、該フラクチャ等を通して炭化水素資源を採取・回収する。なお、坑井孔とは、坑井を形成するために設ける孔を意味し、「ダウンホール」ということもある。
　高圧で送り込まれる流体を使用して、地下の生産層に水圧によって亀裂および穿孔を生じさせるためには、通常、以下の方法が採用されている。すなわち、地下数千ｍの地層内に掘削した坑井孔（ダウンホール）に対して、坑井孔の先端部から順次、所定区画を部分的に閉塞し、その閉塞した区画内に流体を高圧で送入して、生産層に亀裂および穿孔を生じさせる。次いで、次の所定区画（通常は、先行する区画より手前、すなわち地上側の区画）を閉塞して亀裂および穿孔を生じさせる。以下、この工程を、必要な区画すべてにおいて亀裂および穿孔の形成が完了するまで繰り返し実施する。
　坑井孔において固定され、坑井孔を閉塞するものとして、種々のダウンホールツールが開発され、用いられている。これらのダウンホールツールの１種として、ダウンホールプラグが知られている。ダウンホールプラグは坑井孔の一部を閉塞するために坑井孔内に設置されるものである。ダウンホールプラグは、フラックプラグ、ブリッジプラグまたはパッカーなどと呼ばれ、少なくとも１つのマンドレル、およびマンドレルの外周面上に取り付けられる１つ以上の部材を持つ。
　ダウンホールプラグを坑井孔に導入後、所定の部材が拡径し、坑井孔の内壁に当接することで坑井孔に固定されるとともに、同じくダウンホールプラグを構成するシール部材などが坑井孔の内壁とダウンホールプラグの間をシールすることで坑井孔が閉塞される。
　このようなダウンホールプラグを構成する部材は、その機能に応じてさまざまな設計がなされており、たとえば特許文献１には坑井孔の内壁からの熱を遮断する断熱性をもたせる目的で穴をあけたスリップが開示されている。また、特許文献２にはドリルによる破壊を容易にする目的で、内部が空洞になったスリップが開示されている。
　ところで、ダウンホールプラグは、工法によっては坑井孔の一時的な閉塞に用いられるため、使用後にダウンホールプラグを除去する必要がある。除去を容易にするために、種々の分解性ダウンホールプラグが提案されている。分解性ダウンホールプラグはその構成部材の少なくとも一部が、坑井環境に応じて分解する分解性材料で形成されている。これにより、使用後に分解性ダウンホールプラグ全体が分解または解体し、その結果、ダウンホールプラグの除去が容易となるものである（例えば、特許文献３）。このような分解性ダウンホールプラグにおいては分解性の制御が課題となっており、たとえば分解速度が不足している材料の分解を促進するため、分解促進剤を埋め込んだボトムサブも提案されている（特許文献４）。
米国特許出願公開２０１５／０１０１７９６号 米国特許出願公開２００２／００２９８８０号 米国特許出願公開２０１７／０２３４１０３号 米国特許出願公開２０１６／０１６０６１１号
　図１および２は、従来のダウンホールプラグを説明するための参考図である。図１は、従来のダウンホールプラグの軸方向の断面の一部分を概略的に示す図である。図２は、図１に示すダウンホールプラグをケーシングに設置した際の図であり、図２の（ａ）は水圧破砕前、図２の（ｂ）は水圧破砕後を示している。なお、説明の都合上、図１および２では、ダウンホールプラグの軸方向を紙面左右方向として示しているが、実際の使用時には、ダウンホールプラグは、ダウンホールプラグの軸方向が坑井孔の深さ方向に沿うようにして配置されることもある。
　はじめに、図１に示すように、ダウンホールプラグ１００は、マンドレル１０１と、シール部材１０２と、シール部材１０２の一方側においてシール部材１０２に隣接して配置された保持部材１０３と、シール部材１０２および保持部材１０３を挟むようにして配置されたコーン１０４，１０５と、一対のスリップ１０６ａ，１０６ｂと、一対のリング部材１０７ａ，１０７ｂとを備えている。リング部材１０７ａはマンドレル１０１に対してマンドレル１０１の軸方向に摺動可能であり、リング部材１０７ｂはマンドレル１０１に固定されている。本実施形態におけるシール部材１０２は、所定の力を加えると変形する弾性材料またはゴム材料で形成されている。
　ダウンホールプラグ１００は、坑井孔（図示せず）において、図２の（ａ）に示すように、坑井孔の内部に配置されたケーシング２００内に設置される。ダウンホールプラグ１００をケーシング２００に設置する際には、マンドレル１０１を図中矢印Ｐで示す軸方向に移動させて一対のリング部材１０７ａ，１０７ｂ同士のマンドレル軸方向の距離を縮小させる。これにより、スリップ１０６ａ，１０６ｂがコーン１０４，１０５の斜面に沿ってマンドレル１０１の軸方向と直交する外方に移動し、坑井孔の内壁と当接することで、ダウンホールプラグ１００を坑井孔の所定位置に設置することができる。また、マンドレル１０１が軸方向に移動してコーン１０４と保持部材１０３との間の距離が縮小することに伴い、シール部材１０２は変形してマンドレル１０１の軸の外周方向外側へと拡がる。そしてシール部材１０２がケーシング２００と当接することで、ダウンホールプラグ１００とケーシング２００との間が閉塞される。その後、マンドレル１０１の軸方向の中空部にボール等（図示せず）をセットすることにより坑井孔は閉塞される。次いで閉塞した区画内にコーン１０４側から流体を高圧で送入して、生産層に亀裂を生じさせる水圧破砕を行う。
　ダウンホールプラグが坑井中の流体によって分解される分解性材料から形成された分解性ダウンホールプラグである場合は、所定時間坑井中の流体に曝されることにより、流体との接触部分からダウンホールプラグが分解され、崩壊、溶解することでダウンホールプラグが除去され、閉塞されていた流路を回復させることができる。
　ところが、本発明者らの検討により、分解性ダウンホールプラグの分解が想定よりも遅延し、流路の回復が遅れる虞があることがわかった。
　本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、坑井掘削用のプラグであって、水圧破砕後に、速やかに分解することにより、短時間で流路が回復されるプラグを提供することにある。
　本発明者らが鋭意検討した結果、ケーシングと分解性ダウンホールプラグ、および分解性ダウンホールプラグを構成する部材どうしが密着していることにより、分解性ダウンホールプラグに坑井中の流体が十分にいきわたらず、流体に曝される分解性ダウンホールプラグの表面が小さくなることで分解の遅延を生じさせていることを見出した。すなわち、図２の（ｂ）に示すように、水圧破砕後には分解性ダウンホールプラグのスリップ１０６ａ，１０６ｂおよびシール部材１０２がケーシング２００と当接する。また、コーン１０４はシール部材１０２とスリップ１０６ａと当接する。さらに、コーン１０５は保持部材１０３とスリップ１０６ｂと当接する。そうすると、水圧破砕後の分解性ダウンホールプラグにおいて、マンドレルの軸方向、すなわち図２中の矢印Ｆ１またはＦ２の方向に沿って流れる流体に曝される表面が限定されているために、分解が遅延していることを見出した。
　本発明は、上記の課題を解決するために本発明者らが見出した新規知見に基づき完成されたものであり、本発明に係るダウンホールプラグは、分解性材料からなるマンドレルと、該マンドレルの外周面上に設けられた分解性材料からなる周辺部材とを含み、上記周辺部材は、上記マンドレルの軸方向に沿って流れる流体が通過可能な中空部、または上記ダウンホールプラグの外表面となる面もしくは上記マンドレルと接する面の少なくとも一部に溝を有する。
　本発明によれば、水圧破砕後に短時間で流路が回復される分解性ダウンホールプラグを提供することができる。
従来のダウンホールプラグの軸方向の断面の一部分を概略的に示す図である。 図１に示す従来のダウンホールプラグをケーシングに設置、固定した際の図であり、（ａ）は水圧破砕前、（ｂ）は水圧破砕後を示している。 本発明の実施形態に係るダウンホールプラグをケーシングに設置し、圧力を加えた後を示す図である。 本発明の実施形態に係るスリップの一態様を概略的に示す斜視部分断面図である。 本発明の実施形態に係るスリップの一態様を概略的に示す斜視部分断面図である。 本発明の実施形態に係るスリップの一態様を概略的に示す斜視部分断面図である。 本発明の実施形態に係るコーンの一態様を概略的に示す斜視部分断面図である。 本発明の実施形態に係るコーンの一態様を概略的に示す斜視部分断面図である。 本発明の実施形態に係るコーンの一態様を概略的に示す斜視部分断面図である。 本発明の実施形態に係るコーンの一態様を概略的に示す斜視部分断面図である。 本発明の実施形態に係るコーンの一態様を概略的に示す斜視部分断面図である。
　１．ダウンホールプラグ
　本発明に係るダウンホールプラグは、分解性材料からなるマンドレルと、マンドレルの外周面上に設けられた分解性材料からなる複数の周辺部材とを含み、複数の周辺部材の少なくとも一つは、マンドレルの軸方向に沿う流体が通過可能な中空部、またはダウンホールプラグの外表面側の溝を、少なくとも一部に有する構成である。
　上記中空部は、従来の水圧破砕後のダウンホールプラグにおいて、マンドレルの軸方向の流体の流れを妨げていた周辺部材に設けられることが好ましい。そのような周辺部材に上記中空部があることで流体が通過可能となり、分解性ダウンホールプラグの分解、除去が促進される。また、本発明のダウンホールプラグの分解初期から流体の通過が容易になるため、上記中空部は、上記周辺部材の中で上記流れに接する面にある、少なくとも１つの開口とつながっていることが好ましく、２つ以上の開口とつながっている貫通孔であることがさらに好ましい。
　また、上記周辺部材の溝は、上記周辺部材の、上記ダウンホールプラグの外表面側に位置する表面にある溝である。特に、水圧破砕後にケーシングと当接している面にあることが好ましい。
　以下、本発明に係るダウンホールプラグの具体的な実施形態について図３～１１を参照しながら説明する。
　図３は、本実施形態に係るダウンホールプラグのマンドレルの軸方向の断面における、軸に対して対称な断面のうち一方のみを概略的に示す図である。図４～６は本実施形態に係るダウンホールプラグの周辺部材のひとつであるスリップの具体的な態様を概略的に示す斜視部分断面図である。図７～１１は本実施形態に係るダウンホールプラグの周辺部材のひとつであるコーンの具体的な態様を概略的に示す斜視部分断面図である。
　これらの図を参照して説明すると、ダウンホールプラグ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、筒状部材であるマンドレル１と、マンドレル１の外周面上に設けられた周辺部材とを備えている。周辺部材としては、シール部材２と、保持部材であるソケット３と、コーン４，５と、一対のスリップ６ａ，６ｂと、一対のリング部材７ａ，７ｂと、一対の外側保持部材８ａ，８ｂとを備えている。なお、ソケット３は任意の部材であり、ソケット３とコーン５とが一体成型されていてもよい。また、図３では、ダウンホールプラグ１０は、坑井孔の内部に配置されたケーシング２０内に設置されている。
　マンドレル１は、ダウンホールプラグ１０の強度を確保するための部材である。
　シール部材２は、弾性材料またはゴム材料で形成される環状の部材であって、ソケット３とコーン４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。マンドレル１が軸方向に移動してコーン４とソケット３との間の距離が縮小することに伴い、シール部材２は変形し、シール部材２はマンドレル１の軸の外周方向外側へと拡径してケーシング２０に当接する。シール部材２の内方はマンドレル１の外周面と当接しているため、シール部材２のケーシング２０への当接により、ダウンホールプラグ１０とケーシング２０との間の空間を閉塞（シール）する。次いでフラクチャリングが遂行されている間、シール部材２は、ケーシング２０およびマンドレル１の外周面との当接状態を維持することにより、ダウンホールプラグ１０とケーシング２０とのシールを維持する機能を有する。シール部材２は、例えば高温高圧下の環境下においても、シール部材２による坑井孔の閉塞機能が失われない材料から形成されていることが好ましい。シール部材２を形成する好ましい材料としては、例えばニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、アクリルゴムおよびフッ素ゴム等が挙げられる。また、シール部材２を形成する材料として、ポリウレタンゴム、天然ゴム、ポリイソプレン、アクリルゴム、脂肪族ポリエステルゴム、ポリエステル系熱可塑性エラストマーおよびポリアミド系熱可塑性エラストマー等の分解性ゴムを使用することができる。
　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とコーン５と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。
　スリップ６ａ，６ｂは、マンドレル１の軸方向の力が加えられることにより、マンドレル１の軸方向と直交する外方に移動し、ケーシング２０の内壁に当接して、ダウンホールプラグ１０とケーシング２０の内壁との固定を行う。スリップ６ａ，６ｂには、ダウンホールプラグ１０とケーシング２０との間の空間の閉塞（シール）を一層確実なものとするために、ケーシング２０の内壁との当接部に、１以上の溝、凸部、および粗面（ギザギザ）などを設けてもよい。また、スリップ６ａ，６ｂは、予めマンドレル１の軸方向に直交する円周方向において所定の数に分割されているものでもよい。あるいは、予め所定の数に分割されてはおらず、軸方向に沿う一端部から他端部に向かい途中で終了する切れ目を有するものでもよい。切れ目を有する場合は、コーン４，５にマンドレル１の軸方向の力が加えられて、コーン４，５がスリップ６ａ，６ｂの下面側に進入することにより、スリップ６ａ，６ｂが、前記の切れ目およびその延長線に沿って割られて分割し、次いで各分割片がマンドレル１の軸方向と直交する外方に移動する。
　一対のリング部材７ａ，７ｂは、マンドレル１の軸方向と直交する外周面上に置かれた部材であり、拡径可能なシール部材２、および、所望により置かれるスリップ６ａ，６ｂとコーン４，５、ソケット３との組み合わせに対して、マンドレル１の軸方向の力を加えるために備えられた部材である。
　また、図３に示すダウンホールプラグ１０では、コーン５、スリップ６ａ，６ｂおよび外側保持部材８ａ，８ｂに、それぞれ、中空部５１、中空部６４および中空部８１が設けられているが、中空部または溝が設けられる周辺部材またはその組み合わせはこれに限定されるものではない。
　本実施形態において、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、および一対のリング部材７ａ，７ｂは、それぞれ分解性樹脂または分解性金属によって形成されていることが好ましい。これにより、ダウンホールプラグ１０を用いて坑井処理を行った後に、ダウンホールプラグ１０の除去が容易となる。
　なお、本明細書において、「分解性樹脂または分解性金属」とは、生分解または加水分解、水または坑井内の炭化水素に溶解、さらには何らかの化学的な方法によって分解または脆化して簡単に崩壊させることのできる樹脂または金属を意味する。分解性樹脂としては、例えば、ポリ乳酸（ＰＬＡ）およびポリグリコール酸（ＰＧＡ）等のヒドロキシカルボン酸系脂肪族ポリエステル、ポリ－カプロラクトン（ＰＣＬ）等のラクトン系脂肪族ポリエステル、ポリエチレンサクシネートおよびポリブチレンサクシネート等のジオール・ジカルボン酸系脂肪族ポリエステル、これらの共重合体、例えば、グリコール酸・乳酸共重合体、ならびに、これらの混合物、ポリエチレンアジペート／テレフタレート等の芳香族成分を組み合わせて使用する脂肪族ポリエステル等が挙げられる。また、分解性樹脂として水溶性樹脂を用いてもよい。水溶性樹脂としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリアクリルアミド（Ｎ，Ｎ置換物でもよい。）、ポリアクリル酸およびポリメタクリル酸等が挙げられ、さらには、これらの樹脂を形成する単量体の共重合体、例えば、エチレン・ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、およびアクリルアミド・アクリル酸・メタクリル酸インターポリマー等が挙げられる。分解性金属としては、例えば、マグネシウム、アルミニウムおよびカルシウム等を主要成分とした合金が挙げられる。
　本実施形態の一態様において、中空部または溝が設けられている周辺部材は、表面分解する材料によって形成されていることが好ましい。表面分解する材料とは、分解を起こす原因（酸素および水など）と接触する表面においてのみ分解することで重量減少していく材料である。加水分解性材料の場合、分解性金属およびポリグリコール酸など、水に対するバリア性の高い材料が表面分解する材料に該当する。表面分解する材料の場合、分解に伴って中空部または溝が拡がるため、周辺部材の表面積が増加して加速度的に分解が速くなる。一方、バルク分解する材料の場合は、表面分解する材料で形成された周辺部材と比べると中空部または溝の拡がる速度が遅いので、表面分解する材料ほどの分解を速める効果は得られない。
　以下、スリップまたはコーンにおいて、中空部または溝が設けられている場合の一態様について説明する。なお、分解促進の観点から、周辺部材の中でも、スリップ６ａ，６ｂまたはコーン４，５において中空部または溝が設けられていることが好ましい。また、スリップ６ａ，６ｂおよびコーン４，５の両方に中空部または溝を設けてもよいが、強度の観点からスリップおよびコーンの何れか一方にのみ設けることが好ましい。
　２．中空部または溝のあるスリップ
　本実施形態におけるスリップ６ａ，６ｂの一態様では、スリップ６ａ，６ｂはマンドレル１の軸方向に沿う流体が通過可能な中空部６４を備えている。中空部６４の大きさは本発明の効果が得られる限り制限はないが、例えば、中空部６４の断面が円形の場合には、スリップ６ａ，６ｂの強度を担保するために小さな直径であることが好ましく、たとえば１０ｍｍ以下が好ましく、７ｍｍ以下がより好ましく、６ｍｍ以下がさらに好ましく、５ｍｍ以下が特に好ましい。また、大きな中空部６４はスリップ６ａ，６ｂの分解促進効果が高いため、たとえば円形の場合は直径１ｍｍ以上が好ましく、３ｍｍ以上がさらに好ましく、４ｍｍ以上が特に好ましい。なお、分解性材料としてマグネシウム、アルミニウムまたはカルシウムを主要成分とした合金を用いた場合には、直径３ｍｍ以上とすることが好ましい。直径を３ｍｍ以上とすることにより、分解により生じる分解副生物（例えば、水酸化マグネシウム）によって中空部６４が詰まることを防ぐことができ、中空部６４を有することによる効果を確実に得ることができる。
　本明細書において、「マンドレル１の軸方向に沿う流体が通過可能な中空部６４」とは、マンドレル１の軸方向に沿う流体が中空部６４を通過可能であればよく、中空部６４の中心軸がマンドレル１の軸方向と一致する形態に限定することを意図したものではない。
　中空部６４の数については所望の効果が得られる限り制限はないが、分解促進効果が高いため、例えば分割片１つあたりに１つ以上が好ましく、２つ以上がさらに好ましく、３つ以上が特に好ましい。さらに中空部６４の配置については、所望の効果が得られる限り制限はないが、スリップ６ａ，６ｂの外表面と、スリップ６ａ，６ｂの内表面であってマンドレル外周面またはマンドレル外周面とそのスリップとの間に配置された他の周辺部材と接触する内表面との間に配置される。中空部６４は、ダウンホールプラグ１０のマンドレル１の軸方向と垂直な断面において、マンドレル１の中心軸を通る直線であって、スリップ６ａ，６ｂ内周上の点Ａおよび外周上の点Ｂを通る直線上で、中空部６４以外の部分の長さを示す「スリップ連続厚み」の最大値が、点Ａから点Ｂの最大長さで表される「スリップ最大厚み」の９１％～４７％の範囲となるように配置されることが好ましく、８０％～４７％の範囲がさらに好ましく、７０％～４７％の範囲が特に好ましい。なお、「スリップ最大厚み」は、断面における、スリップ６ａ，６ｂの放射方向の厚みとも表現することができる。また、「スリップ連続厚み」は、中空部６４部分を除いたスリップ６ａ，６ｂの厚み方向において連続する部分の最大長さとも表現することができる。
　本実施形態の別の態様においては、スリップ６ａ，６ｂは外表面側にマンドレル１の軸方向に沿う流体が通過可能な溝を備えている。溝の大きさは本発明の効果が得られる限り制限はないが、例えば、溝の幅は強度を担保するために小さな幅が好ましく、たとえば１０ｍｍ以下が好ましく、７ｍｍ以下がさらに好ましく、５ｍｍ以下が特に好ましい。また、溝深さも強度を担保する観点から、スリップ最大厚みの４５％以下が好ましく、４０％以下がさらに好ましく、２５％以下が特に好ましい。また、溝の形状は、スリップ６ａ，６ｂのひとつの面の端から端までの直線であれば加工が容易であるが、たとえば上記の面のうち、水圧破砕後にケーシング２０と当接している部分の端から端を結ぶ直線であった場合は、長さがより短いため、本発明の効果を得つつ強度が担保されるので好ましい。スリップ６ａ，６ｂの溝の端は、マンドレルの軸方向に沿う流体の導入が容易となることから、マンドレル１の軸方向と垂直な面にあることが好ましく、なかでも流体が供給される側に近い面にあることが好ましい。
　〔スリップの第１の態様〕
　本実施形態にかかるスリップ６ａの第１の態様について、図４を参照して説明する。図４に示すスリップ６１は、軸方向に沿う一端部から他端部に向かい途中で終了する切れ目６１１で分割される複数のスリップ分割片６１２によって構成されている。各スリップ分割片６１２は、ケーシング２０と当接する表面に複数の凸部６１３と、マンドレル１の軸方向に沿う流体が通過可能な１つの中空部６１４とを備えている。水圧破砕後、スリップ６１のケーシング２０と当接する表面、およびコーン４と当接する表面６１５における当接部分は分解を促進する流体との接触が阻害されているため、分解が進まない。一方、コーン４と当接する表面６１５からマンドレル１の軸方向に沿う他端部６１６は流体と接しているため、端部６１６の面にある開口とつながっている中空部６１４には流体が侵入し、中空部６１４の内壁に流体が接触する。また、切れ目６１１部分にも流体が侵入する。従って、スリップ６１は、流体と接する切れ目６１１が形成する表面と、端部６１６と、中空部６１４の内壁から分解が進行するため、ダウンホールプラグ１０の分解・除去が容易となる。なお、スリップ６ｂにおいても同様の構成を有し得る。このことは、以下の別の態様についても同様である。
　〔スリップの第２の態様〕
　本実施形態にかかるスリップ６ａの別の態様について、図５を参照して説明する。なお、本態様では、第１の態様との相違点について説明するため、前記態様において説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する。
　図５に示すスリップ６２は、各スリップ分割片６１２において中空部６１４が複数設けられている。これにより、流体と接する面積が増加し、ダウンホールプラグ１０の分解・除去がより容易となる。
　〔スリップの第３の態様〕
　本実施形態にかかるスリップ６ａの別の態様について、図６を参照して説明する。なお、本態様では、第１の態様との相違点について説明するため、前記態様において説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する。
　図６に示すスリップ６３は、各スリップ分割片６１２において中空部６１４が複数設けられている。さらにスリップ６３では、各スリップ分割片６１２が、ケーシング２０と当接する表面上に位置する、マンドレル１の軸方向に沿った溝６３７を備えている。この溝６３７にも流体が侵入し、溝６３７の表面に流体が接触することになるため、溝６３７の表面からも分解が進行する。以上により、流体と接する面積が増加し、ダウンホールプラグ１０の分解・除去がより容易となる。
　３．中空部または溝のあるコーン
　本発実施形態におけるコーン４，５の一態様では、コーン４，５はマンドレル１の軸方向に沿って流れる流体が通過可能な中空部を備えている。中空部の大きさは本発明の効果が得られる限り制限はないが、例えば、中空部の断面が円形の場合には、コーン４，５の強度を担保するために小さな直径であることが好ましく、たとえば１０ｍｍ以下が好ましく、７ｍｍ以下がより好ましく、６ｍｍ以下がさらに好ましく、５ｍｍ以下が特に好ましい。また、大きな中空部はコーン４，５の分解促進効果が高いため、たとえば円形の場合は直径１ｍｍ以上が好ましく、３ｍｍ以上がさらに好ましく、４ｍｍ以上が特に好ましい。コーン１つあたりの中空部の数については所望の効果が得られる限り制限はないが、分解促進効果が高いため、例えば４以上が好ましく、８以上がさらに好ましく、１２以上が特に好ましい。さらに中空部の位置については所望の効果が得られる限り制限はないが、コーン４，５の外表面と、コーン４，５の内表面であってマンドレル１外周面またはマンドレル１とそのコーンとの間に配置された他の周辺部材と接触する内表面との間に位置する。中空部は、ダウンホールプラグ１０のマンドレル１の軸方向と垂直な断面において、マンドレル１の中心軸を通る直線であって、コーン４，５の内周上の点Ａおよび外周上の点Ｂを通る直線上で、中空部以外の部分の長さを示す「コーン連続厚み」の最大値が、点Ａから点Ｂの最大長さであらわされる「コーン最大厚み」の９１％～４７％の範囲となるように配置されることが好ましく、８０％～４７％の範囲がさらに好ましく、７０％～４７％の範囲が特に好ましい。なお、「コーン最大厚み」は、断面における、コーン４，５の放射方向の厚みとも表現することができる。また、「コーン連続厚み」は、中空部部分を除いたコーン４，５の厚み方向において連続する部分の最大長さとも表現することができる。
　本実施形態の別の態様においては、コーン４，５は外表面側に、マンドレル１の軸方向または周方向に沿った、流体が通過可能な溝を備えている。溝の大きさは本発明の効果が得られる限り制限はないが、例えば、溝の幅は強度を担保するために小さな幅が好ましく、たとえば１０ｍｍ以下が好ましく、７ｍｍ以下がさらに好ましく、５ｍｍ以下が特に好ましい。また、溝深さはコーン最大厚みの４５％以下が好ましく、４０％以下がさらに好ましく、２５％以下が特に好ましい。
　本実施形態のさらに別の態様においては、コーン４，５はシール部材２またはソケット３に当接する表面に溝を備えている。この溝があることで、ダウンホールプラグ１０の軸に垂直な方向への流体の移動を可能としている。コーン４，５における溝の形状および配置としては、ダウンホールプラグ１０の軸に直交する断面において、マンドレル１の中心軸からコーン４，５の外周を通る直線上にあり、放射状に配置される複数の溝であることが好ましい。溝の大きさは所望の本発明の効果が得られる限り制限はないが、例えば、溝の幅は強度を担保するために小さな幅が好ましく、たとえば１０ｍｍ以下が好ましく、７ｍｍ以下がさらに好ましく、５ｍｍ以下が特に好ましい。また、溝深さはコーン最大厚みの４５％以下が好ましく、４０％以下がさらに好ましく、２５％以下が特に好ましい。
　〔コーンの第１の態様〕
　本実施形態にかかるコーン５の第１の態様について、図７を参照して説明する。図７に示すコーン５１は、マンドレル１の軸方向に沿う流体が通過可能な複数の中空部５１１を備えている。水圧破砕後、コーン５１の表面５１２のうち部分的にスリップ６ｂと当接する部分と、ソケット３と当接する表面５１３、およびマンドレル１と当接する表面５１４には流体が接触しない。中空部５１１は、ソケット３と当接する表面５１３からマンドレル１の軸方向に沿った他端部にある開口とつながっている。そのため、当該開口部から流体が侵入し、中空部５１１の内壁と流体が接触するため、ダウンホールプラグ１０の分解・除去が容易となる。
　〔コーンの第２の態様〕
　本実施形態にかかるコーン５の別の態様について、図８を参照して説明する。なお、本態様では、第１の態様との相違点について説明するため、前記態様において説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する。
　図８に示すコーン５２は、部分的にスリップ６ｂと当接する表面５１２の周方向に沿った溝５２５をさらに備えている。よって、水圧破砕後、スリップ６ｂとコーン５２との間には溝５２５により間隙ができ、その間隙に、スリップ６ｂの切れ目部分にある流体が侵入する。従って、コーン５２は流体と接触する中空部５１１の内壁と溝５２５により作られた間隙から分解が進むため、ダウンホールプラグ１０の分解・除去が容易となる。
　〔コーンの第３の態様〕
　本実施形態にかかるコーン５の別の態様について、図９を参照して説明する。図９に示すコーン５３は、スリップ６ｂと部分的に当接する表面５３２に位置する、マンドレル１の軸方向に沿った溝５３５を備えている。水圧破砕後、スリップ６ｂとコーン５３との間には溝５３５によりマンドレル１の軸方向に沿った間隙ができ、その間隙に流体が侵入する。コーン５３は流体と接触する溝５３５により作られた間隙から分解が進むため、ダウンホールプラグ１０の分解・除去が容易となる。
　〔コーンの第４の態様〕
　本実施形態にかかるコーン５の別の態様について、図１０を参照して説明する。なお、本態様では、第１の態様との相違点について説明するため、前記態様において説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する。
　図１０に示すコーン５４は、スリップ６ｂと部分的に当接する表面５１２に位置する、マンドレル１の軸方向に沿った溝５４５をさらに備えている。水圧破砕後、スリップ６ｂとコーン５４との間には溝５４５により間隙ができ、その間隙に、流体が侵入する。従って、コーン５４は流体と接触する中空部５１１の内壁と溝５４５により作られた間隙から分解が進むため、ダウンホールプラグ１０の分解・除去が容易となる。
　〔コーンの第５の態様〕
　本実施形態にかかるコーンの別の態様について、図１１を参照して説明する。なお、本態様では、第１の態様との相違点について説明するため、前記態様において説明した部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付し、その説明を省略する。
　図１１に示すコーン５５は、ソケット３に当接する表面５１３にマンドレル１の中心軸からコーン５５の外表面へ向かう放射状の、流体が通過可能な溝５５５をさらに備えている。さらに、第１の態様のコーン５１における中空部５１１と比較し、マンドレル１からより離れた位置にも中空部５１１が設けられている。水圧破砕後、侵入した流体は、ソケット３に当接する表面５１３に備えられた、マンドレル１の中心軸からコーン５５の外表面へと向かう溝５５５を通じて流体が流れる。従って、コーン５５は流体と接触する中空部５１１の内壁と溝５５５により作られた間隙から分解が進むため、ダウンホールプラグ１０の分解・除去が容易となる。
　４．ダウンホールプラグの製造方法
　本実施形態のダウンホールプラグ１０は、マンドレル１および周辺部材を用い、従来公知の方法で組み立てて製造される。マンドレル１の製造方法としては、材質に応じて従来公知の方法で製造することができる。また、上記周辺部材の製造方法としては、上記周辺部材の材質に合わせて従来周知の方法を選択することができ、通常は基材を成形してから、切削および穴あけ加工等により穴または溝を作ることで製造する。
　（まとめ）
　上述の通り、本実施形態のダウンホールプラグは、分解性材料からなるマンドレルと、該マンドレルの外周面上に設けられた分解性材料からなる複数の周辺部材とを含み、上記複数の周辺部材の少なくとも一つは、上記マンドレルの軸方向に沿って流れる流体が通過可能な中空部、または上記ダウンホールプラグの外表面となる面もしくは上記マンドレルと接する面の少なくとも一部に溝を有する、構成である。
　また、本実施形態のダウンホールプラグの一態様では、上記中空部は、上記中空部が設けられた上記周辺部材の表面にある少なくとも１つの開口とつながっている。
　また、本実施形態のダウンホールプラグの一態様では、上記開口は、上記ダウンホールプラグの設置後に上記ダウンホールプラグの外表面側に現れる。
　また、本実施形態のダウンホールプラグの一態様では、上記中空部が貫通孔である。
　また、本実施形態のダウンホールプラグの一態様では、上記中空部の断面は円形である。
　また、本実施形態のダウンホールプラグの一態様では、上記周辺部材は、上記マンドレルと接する面にも少なくとも１つの開口をもち、上記中空部は上記マンドレルと接する面における上記開口とつながっている。
　また、本実施形態のダウンホールプラグの一態様では、上記周辺部材は、上記マンドレルと接する面にも少なくとも１つの溝をもつ。
　また、本実施形態のダウンホールプラグの一態様では、上記少なくとも一つの周辺部材は、スリップまたはコーンである。
　また、本実施形態のダウンホールプラグの一態様では、上記少なくとも一つの上記周辺部材は上記中空部を有しており、上記マンドレルの軸方向に垂直な断面であって、上記中空部を含む断面において、上記周辺部材の放射方向の厚みに対する、上記中空部部分を除いた上記周辺部材の上記厚み方向における連続部分の最大長さが、４７％以上、９１％以下である。
　また、本実施形態のダウンホールプラグの一態様は、マンドレルとマンドレルの外周面上に設けられた周辺部材とを含むダウンホールプラグであって、上記周辺部材は分解性材料からなり、上記周辺部材の連続厚み最大値の、最大厚みに対する比が４７％以上、９１％以下である構成である、と表現できる。
　本発明は、シェールガス・オイル掘削の一手法である水圧破砕法に利用される分解性ダウンホールツールを提供するので、産業上の利用可能性を有する。
１：マンドレル
２：シール部材（周辺部材）
３：ソケット（周辺部材）
４，５，５１、５２、５３、５４、５５：コーン（周辺部材）
６ａ，６ｂ，６１、６２、６３：スリップ（周辺部材）
７ａ，７ｂ：リング部材
８ａ，８ｂ：外側保持部材（周辺部材）
１０：ダウンホールプラグ
２０：ケーシング
６４：中空部
１００：従来のダウンホールプラグ
１０１：マンドレル
１０２：シール部材
１０３：保持部材
１０４、１０５：従来のコーン
１０６ａ、１０６ｂ：従来のスリップ
２００：ケーシング
５１１、６１４：中空部
５２５、５３５、５４５、６３７：溝

Claims (9)

  1. 　ダウンホールプラグであって、分解性材料からなるマンドレルと、該マンドレルの外周面上に設けられた分解性材料からなる複数の周辺部材とを含み、
    　上記複数の周辺部材の少なくとも一つは、上記マンドレルの軸方向に沿って流れる流体が通過可能な中空部、または上記ダウンホールプラグの外表面となる面もしくは上記マンドレルと接する面の少なくとも一部に溝を有する、ダウンホールプラグ。
  2. 　上記中空部は、上記中空部が設けられた上記周辺部材の表面にある少なくとも１つの開口とつながっている、請求項１に記載のダウンホールプラグ。
  3. 　上記開口は、上記ダウンホールプラグの設置後に上記ダウンホールプラグの外表面側に現れる、請求項２に記載のダウンホールプラグ。
  4. 　上記中空部が貫通孔である、請求項２に記載のダウンホールプラグ。
  5. 　上記中空部の断面は円形である、請求項１に記載のダウンホールプラグ。
  6. 　上記中空部が設けられた上記周辺部材は、上記マンドレルと接する面にも少なくとも１つの開口をもち、上記中空部は上記マンドレルと接する面における上記開口ともつながっている、請求項２に記載のダウンホールプラグ。
  7. 　上記周辺部材は、上記マンドレルと接する面にも少なくとも１つの溝をもつ、請求項１に記載のダウンホールプラグ。
  8. 　上記少なくとも一つの周辺部材は、スリップまたはコーンである、請求項１に記載のダウンホールプラグ。
  9. 　上記少なくとも一つの上記周辺部材は上記中空部を有しており、上記マンドレルの軸方向に垂直な断面であって、上記中空部を含む断面において、上記周辺部材の放射方向の厚みに対する、上記中空部部分を除いた上記周辺部材の上記厚み方向における連続部分の最大長さが、４７％以上、９１％以下である、請求項１に記載のダウンホールプラグ。
     
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