WO2020246541A1 - 掘削流体、掘削方法及び掘削流体添加剤 - Google Patents

掘削流体、掘削方法及び掘削流体添加剤 Download PDF

Info

Publication number
WO2020246541A1
WO2020246541A1 PCT/JP2020/022090 JP2020022090W WO2020246541A1 WO 2020246541 A1 WO2020246541 A1 WO 2020246541A1 JP 2020022090 W JP2020022090 W JP 2020022090W WO 2020246541 A1 WO2020246541 A1 WO 2020246541A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
excavation
fluid
biodegradable
drilling
drilling fluid
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/022090
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
成実 長縄
竜太郎 向井
Original Assignee
国立大学法人秋田大学
株式会社カネカ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 国立大学法人秋田大学, 株式会社カネカ filed Critical 国立大学法人秋田大学
Priority to US17/614,807 priority Critical patent/US11970654B2/en
Priority to JP2021524900A priority patent/JP7538505B2/ja
Priority to EP20817634.7A priority patent/EP3981853A4/en
Priority to CN202080040429.7A priority patent/CN113906194A/zh
Publication of WO2020246541A1 publication Critical patent/WO2020246541A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
    • C08L101/16—Compositions of unspecified macromolecular compounds the macromolecular compounds being biodegradable
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/01—Arrangements for handling drilling fluids or cuttings outside the borehole, e.g. mud boxes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/02—Well-drilling compositions
    • C09K8/03—Specific additives for general use in well-drilling compositions
    • C09K8/035—Organic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L1/00—Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
    • C08L1/02—Cellulose; Modified cellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L1/00—Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
    • C08L1/08—Cellulose derivatives
    • C08L1/26—Cellulose ethers
    • C08L1/28—Alkyl ethers
    • C08L1/286—Alkyl ethers substituted with acid radicals, e.g. carboxymethyl cellulose [CMC]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/02—Well-drilling compositions
    • C09K8/04—Aqueous well-drilling compositions
    • C09K8/06—Clay-free compositions
    • C09K8/08—Clay-free compositions containing natural organic compounds, e.g. polysaccharides, or derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/02—Well-drilling compositions
    • C09K8/04—Aqueous well-drilling compositions
    • C09K8/06—Clay-free compositions
    • C09K8/12—Clay-free compositions containing synthetic organic macromolecular compounds or their precursors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/52—Compositions for preventing, limiting or eliminating depositions, e.g. for cleaning
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/06—Arrangements for treating drilling fluids outside the borehole
    • E21B21/062—Arrangements for treating drilling fluids outside the borehole by mixing components
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/06—Arrangements for treating drilling fluids outside the borehole
    • E21B21/063—Arrangements for treating drilling fluids outside the borehole by separating components
    • E21B21/065—Separating solids from drilling fluids
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2208/00—Aspects relating to compositions of drilling or well treatment fluids
    • C09K2208/08—Fiber-containing well treatment fluids

Definitions

  • the present invention relates to excavation fluids, excavation methods and excavation fluid additives.
  • the excavation fluid also called excavation muddy water
  • the excavation fluid is sent into the well for oil mining, etc., and the inside of the well is fluidized to remove excavation debris (cuttings) from the bottom of the well and around the bit, and then carried to the ground surface; drill.
  • cuttings transport depends on the fluid characteristics of the drilling fluid, the inclination angle of the well, the rotation speed of the drill pipe, the flow velocity, the shape of the well and other drilling parameters. Therefore, in order to improve the cutting transport, it is possible to add additives such as a weighting agent, a dispersant, a thickener and a fiber to the drilling fluid.
  • Patent Documents 1 and 2 describe hydrophilic fibers selected from the group consisting of polyolefin, polyester and nylon as such additives in order to discharge cuttings from wells.
  • Drill bit Corresponds to a drilling blade.
  • Drill pipe A pipe that transmits rotational power to a drill bit. The drill pipe can flow the excavation fluid in the drill pipe and send it to the drill bit excavation part to flow the excavation fluid in the well.
  • Annulus part The area where the excavated fluid outside the drill pipe can flow.
  • the viscosity of the drilling fluid in the high shear rate region such as in the drill pipe and around the drill bit is low, the pressure loss in the drill pipe can be reduced and the jet thrust of the drilling fluid from the drill bit can be increased. It is advantageous for efficient transport and hole cleaning. It can also be efficiently removed when cuttings are removed from the excavated fluid after use.
  • the viscosity of the excavation fluid in the high shear rate region if the viscosity of the excavation fluid in the high shear rate region is kept low, the viscosity of the excavation fluid in the low shear rate region tends to decrease. If the viscosity of the drilling fluid in the low shear rate region becomes too low, it will deviate from the properties of the pseudoplastic fluid or Bingham fluid, which are the rheological characteristics required for the drilling fluid, and the cutting transport and hole cleaning capabilities will be reduced. Insufficient.
  • An object of the present invention is to provide a drilling fluid having excellent cutting transport and hole cleaning ability and having a small environmental load.
  • the first of the present disclosure is an excavation fluid containing water, biodegradable fibers, and a thickener, wherein the thickener contains a biodegradable polysaccharide and the biodegradable polysaccharide is the excavation.
  • the present invention relates to an excavated fluid contained in the fluid of 0.01 g / L or more and 5 g / L or less.
  • the thickener may be the biodegradable polysaccharide.
  • the biodegradable fiber may be a fiber composed of polyhydroxyalkanoate.
  • the polyhydroxy alkanoate may contain 3-hydroxy alkanoate represented by the following general formula (1).
  • R represents an alkyl group represented by C p H 2p + 1
  • p represents an integer of 1 to 15.
  • the polyhydroxy alkanoate may be poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate).
  • the fiber length of the biodegradable fiber may be 3 mm or more and 100 mm or less.
  • the content of the biodegradable fiber may be 5 parts by weight or more and 500 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the thickener.
  • the biodegradable polysaccharide may be at least one selected from the group consisting of carboxymethyl cellulose, polyanionic cellulose, xanthan gum and guar gum.
  • the thickener may be the biodegradable polysaccharide.
  • the excavation may be riser excavation or riserless excavation in a marine environment.
  • the excavation may be riserless excavation in a marine environment.
  • the third aspect of the present disclosure relates to a drilling fluid additive containing a fiber composed of poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate).
  • the drilling may be riser drilling or riserless drilling in a marine environment.
  • the drilling may be riserless drilling in a marine environment.
  • Excavation fluid containing 2.5 g / L of biodegradable polysaccharides and 0 g / L, 0.5 g / L and 1.0 g / L of biodegradable fibers with an average fiber length of 15 mm (Comparative Example 1-1, It is the result of plotting the shear stress at each shear rate in the log-log graph for Example 1-1 and Example 1-2).
  • the vertical axis is Shear Stress (Pa)
  • the horizontal axis is Shear Rate (1 / s).
  • Excavation fluid containing 2.5 g / L of biodegradable polysaccharides and 0 g / L, 0.5 g / L and 1.0 g / L of biodegradable fibers with an average fiber length of 15 mm (Comparative Example 1-1, It is the result of plotting the viscosity at each shear rate in a log-log graph for Example 1-1 and Example 1-2).
  • the vertical axis is the viscosity (Viscosity) (mPa ⁇ s), and the horizontal axis is the shear rate (Shear Rate) (1 / s).
  • Excavation fluid containing 1.0 g / L of biodegradable polysaccharide and 0 g / L and 1.0 g / L of biodegradable fibers with an average fiber length of 14 mm (Comparative Example A-2 and Example A-1) Is the result of plotting the shear stress at each shear rate on a log-log graph.
  • the vertical axis is Shear Stress (Pa)
  • the horizontal axis is Shear Rate (1 / s).
  • Excavation fluid containing 1.0 g / L of biodegradable polysaccharide and 0 g / L and 1.0 g / L of biodegradable fibers with an average fiber length of 14 mm (Comparative Example A-2 and Example A-1) Is the result of plotting the viscosity at each shear rate on a log-log graph.
  • the vertical axis is the viscosity (Viscosity) (mPa ⁇ s), and the horizontal axis is the shear rate (Shear Rate) (1 / s).
  • the drilling fluid of the present disclosure is a drilling fluid containing water, biodegradable fibers, and a thickener, wherein the thickener contains a biodegradable polysaccharide and the biodegradable polysaccharide is the drilling.
  • the fluid contains 0.01 g / L or more and 5 g / L or less.
  • the water contained in the excavation fluid is not particularly limited, and water contained in a conventionally known water-based excavation fluid can be used.
  • water contained in a conventionally known water-based excavation fluid can be used.
  • fresh water for example, fresh water; brine containing seawater; tap water; groundwater; and water that can invade wells by well drilling performed in all environments such as flat land such as rainwater, mountains, rivers, canals, and oceans. ..
  • Biodegradable fiber The biodegradable fiber contained in the excavation fluid is not particularly limited as long as it is a biodegradable fiber.
  • Biodegradability refers to the property of being able to be decomposed into low molecular weight compounds by microorganisms in nature. Specifically, under aerobic conditions, ISO 14855 (compost) and ISO 14851 (activated sludge), under anaerobic conditions, ISO 14853 (aqueous phase) and ISO 15985 (solid phase), etc., based on tests suitable for each environment. Whether or not it is degradable can be determined. In addition, the degradability of microorganisms in seawater can be evaluated by measuring the biochemical oxygen demand.
  • fibers show the morphological characteristics of being thin and long.
  • the fiber used in the present disclosure may have a fineness of 100 ⁇ m or less, and the fiber length may be 3 mm or more, although it is determined by the relative relationship with the fineness.
  • the fineness of biodegradable fibers is represented by denier (D) or dtex.
  • the denier (D) displays the weight per 9,000 m length in g units, and the dtex displays the weight per 10,000 m length in g units.
  • the fineness of the biodegradable fiber is preferably 1 dtex or more, more preferably 3 dtex or more, and even more preferably 5 dtex or more.
  • the fineness of the biodegradable fiber is preferably 100 dtex or less, more preferably 50 dtex or less, and further preferably 10 dtex or less.
  • the fiber length of the biodegradable fiber is preferably 100 mm or less, more preferably 80 mm or less, further preferably 50 mm or less, and most preferably 30 mm or less.
  • the fiber length of the biodegradable fiber is preferably 3 mm or more, more preferably 5 mm or more, still more preferably 10 mm or more.
  • the excellent dispersibility of biodegradable fibers leads to good support of cuttings due to the interaction between fibers and the interaction between fibers and other components, and to the improvement of cuttings transport and hole cleaning ability. Contribute.
  • the cuttings transport means to transport the cuttings, and the hole cleaning means to transport the cuttings well out of the well without settling and accumulating the cuttings in the well.
  • the diameter and length of 50 to 100 randomly selected fibers are measured by a fineness measuring device DENICON-DC21 (manufactured by Search Co., Ltd.).
  • a method of calculating the average value can be mentioned. Therefore, the fineness can be rephrased as the average fiber diameter, and the fiber length can be rephrased as the average fiber length.
  • the biodegradable fiber contained in the excavation fluid is preferably water-insoluble. It is necessary to maintain the fiber shape in the drilling fluid, at least during the drilling operation.
  • biodegradable fibers include fibers derived from biological resources (biomass) such as microorganisms, plants and animals. Fibers derived from biological resources (biomass) include those obtained by extracting fibers possessed by biological resources (biomass) and those obtained by chemically synthesizing monomers possessed by biological resources (biomass).
  • biodegradable fibers examples include monofibers or composite fibers containing aliphatic polyesters such as polyhydroxyalkanoate and polylactic acid; or polysaccharides such as cellulose.
  • aliphatic polyesters such as polyhydroxyalkanoate and polylactic acid
  • polysaccharides such as cellulose.
  • a fiber made of polyhydroxyalkanoate is preferable. This is because polyhydroxyalkanoate has the most clarified biodegradation mechanism and has an appropriate decomposition rate in the environment, so that it is useful as an environment-friendly material.
  • the polyhydroxy alkanoate contains 3-hydroxy alkanoate represented by the following general formula (1). This is because it is possible to achieve both appropriate molding processability and good biodegradability.
  • R represents an alkyl group represented by C p H 2p + 1
  • p represents an integer of 1 to 15.
  • the polyhydroxy alkanoate is poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate).
  • it is excellent in biodegradability, has a small environmental load, and has excellent cutting transport and hole cleaning ability.
  • the viscosity of the drilling fluid in the high shear rate region such as around the drill bit remains low.
  • the viscosity (and shear stress) of the excavated fluid in the low shear rate region can be increased (in other words, while maintaining the fluidity), so that the cutting transport and hole cleaning capabilities can be sufficiently improved.
  • the fiber made of poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) is particularly excellent in biodegradability, the environmental load due to being discarded or dumped and remaining is small. Specifically, for example, since it has an excellent seawater decomposition property that it is decomposed into water and carbon dioxide by microorganisms existing in seawater and does not remain in seawater, the environmental load is small even if it is dumped in the ocean.
  • the content of biodegradable fibers in the excavation fluid is not particularly limited.
  • the content of the biodegradable fiber may be 5 parts by weight or more and 500 parts by weight or less, 10 parts by weight or more and 500 parts by weight or less, and 10 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the following thickener. It may be 100 parts by weight or less, 15 parts by weight or more and 50 parts by weight or less, and 20 parts by weight or more and 40 parts by weight or less.
  • the content of the biodegradable fiber with respect to the thickener in the excavation fluid is within the above range, the dispersibility of the biodegradable fiber in the excavation fluid is excellent.
  • the excellent dispersibility of biodegradable fibers leads to good support of cuttings due to the interaction between fibers and the interaction between fibers and other components, and to the improvement of cuttings transport and hole cleaning ability. Contribute.
  • the content of the biodegradable fiber is preferably 0.1 g / L or more and 20 g / L or less, more preferably 0.2 g / L or more and 15 g / L or less, as the content of the biodegradable fiber in the excavation fluid. It is more preferably 4 g / L or more and 10 g / L or less, and most preferably 0.5 g / L or more and 5 g / L or less. When the content of the biodegradable fiber is in the above range, the dispersibility of the biodegradable fiber in the excavation fluid is excellent.
  • the thickener is not particularly limited as long as it contains a biodegradable polysaccharide and increases the viscosity of the excavation fluid by addition.
  • biodegradable polysaccharide is contained in the excavated fluid in an amount of 0.01 g / L or more and 5 g / L or less.
  • the thickener may be the biodegradable polysaccharide and may contain components other than the biodegradable polysaccharide.
  • components other than the biodegradable polysaccharide include inorganic minerals and organic colloids (polymers).
  • examples of the inorganic mineral include bentonite and sepiolite, and examples of the organic colloid (polymers) include PHPA (Partical Hydrolized Poly Acrylamide) polymer containing polyacrylamide and a copolymer of acrylamide and acrylic acid.
  • bentonite product examples include "Tergel”, the commercially available product of sepiolite is “Thermogel”, and the commercially available product of acrylamide (Partical Hydrolized Poly Acrylamide) polymer is “Telcoat” (both manufactured by Telnite Co., Ltd.).
  • the thickener is composed of only the biodegradable polysaccharide, it is particularly excellent in biodegradability and does not remain in the environment, so that it is preferable because it has the smallest environmental load.
  • the content of inorganic minerals in the drilling fluid may be 0.01 g / L or more, 1 g / L or more, 10 g / L or more, 20 g / L or more, or 30 g / L or more, 100 g / L or less, 80 g / L or more. It may be less than or equal to 60 g / L or less.
  • the content of organic colloids (polymers) in the drilling fluid may be 0.01 g / L or more, 0.5 g / L or more, or 1 g / L or more, and is 10 g / L or less, 5 g / L or less, or 3 g. It may be less than / L.
  • the content of biodegradable polysaccharide in the excavated fluid is 0.01 g / L or more and 5 g / L or less, preferably 0.01 g / L or more and less than 5 g / L, and 0.05 g / L or more and 4 g / L or less. Is more preferable, and 0.1 g / L or more and 3 g / L or less is further preferable.
  • the content of the biodegradable polysaccharide in the excavation fluid is less than 0.01 g / L, the dispersibility of the biodegradable fiber in the excavation fluid is inferior.
  • the biodegradable polysaccharide is not particularly limited as long as it is a biodegradable polysaccharide, has water solubility, and increases the viscosity of the excavation fluid by addition.
  • water-soluble means that each polysaccharide is dissolved in water without retaining its shape or leaving a residue under appropriate dissolution conditions (dissolution temperature, concentration, stirring time, etc.). .. It may be dissolved in the excavation fluid at least during the excavation work.
  • biodegradable polysaccharides include cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose and polyanionic cellulose; glucosamine such as chitosan; xanthan gum; and guar gum.
  • cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose and polyanionic cellulose
  • glucosamine such as chitosan
  • xanthan gum a polyanionic cellulose
  • guar gum at least one selected from the group consisting of carboxymethyl cellulose, polyanyonic cellulose, xanthan gum and guar gum is preferable.
  • guar gum has the best viscosity and moisturizing properties at low temperatures
  • carboxymethyl cellulose has excellent viscosity and is inexpensive
  • polyanionic cellulose has excellent viscosity and high salt resistance
  • xanthan gum has excellent viscosity.
  • the weight average molecular weight of the biodegradable polysaccharide is preferably 200,000 or more. Further, it may be 1,000,000 or less.
  • the drilling fluid of the present disclosure may contain any component other than water, biodegradable fibers and thickeners in addition to water, biodegradable fibers and thickeners within the scope of the present invention.
  • biodegradable fibers and thickeners include, for example, a weighting agent such as barite; a dispersant such as a lignosulfonic acid derivative and humic acid; a mudstone hydration and swelling inhibitor such as KCl (potassium chloride).
  • a weighting agent such as barite
  • a dispersant such as a lignosulfonic acid derivative and humic acid
  • a mudstone hydration and swelling inhibitor such as KCl (potassium chloride).
  • Dehydration regulators e.g., KCl (potassium chloride).
  • mud wall strengthening agents such as lubricants; surfactants; and pH regulators such as caustic soda.
  • the drilling fluid of the present disclosure is excellent because the viscosity (and shear stress) of the drilling fluid in the low shear rate region can be kept high and the viscosity (and shear stress) of the drilling fluid in the high shear rate region can be kept low. Has the ability of shear transport and hole cleaning. In addition, the effect of reducing the friction between the drill pipe and the inner wall of the well and the cuttings can be expected. Further, as described above, the environmental load is small and disposal is easy.
  • the rheological properties of the drilling fluid of the present disclosure can be approximated by the power law (also referred to as the power law model), which is a general flow equation for non-Newtonian fluids.
  • the Bingham plastic model which is one of the typical rheological models representing the rheological properties of the excavated fluid, is expressed by the following mathematical formula (1).
  • ⁇ p is the plastic viscosity and ⁇ y is the yield value, which are generally expressed as PV (plastic viscosity) and YP (yield point) in the petroleum industry, respectively.
  • the power law (also called the power low model), which is another typical rheology model, is expressed by the following mathematical formula (2).
  • n is a power index and K is a consistency index.
  • the Herschel-Bulkley equation (modified power low model) is a model having a yield stress ⁇ y corresponding to YP of the Bingham plastic model, and is expressed by the following equation (3).
  • the viscosity of the excavation fluid in the low shear rate region is high, and excavation in the high shear rate region. Since the viscosity of the fluid is low, it can be evaluated as having excellent cuttings transport and hole cleaning ability.
  • the excavation method of the present disclosure includes a step of excavating the well while feeding the excavation fluid into the well and discharging the generated excavation waste to the outside of the well, and the excavation fluid is water and biodegradable. It contains a fiber and a thickener, the thickener contains a biodegradable polysaccharide, and the biodegradable polysaccharide is contained in the drilling fluid in an amount of 0.01 g / L or more and 5 g / L or less. ..
  • Specific examples of the method of excavating a well include a method of inserting a drill pipe having a drill bit at the tip into the well and crushing or shaving the stratum with the drill bit.
  • Specific examples of the method of feeding the excavation fluid into the well include a method of pumping the excavation fluid inside the drill pipe and ejecting it from the drill bit at the tip.
  • the method of discharging the generated debris to the outside of the well include a method of transporting the debris together with the excavation fluid to the ground surface through an annulus portion on the outside of the drill pipe and sending it to the outside of the well. ..
  • the annulus portion refers to the area where the excavation fluid outside the drill pipe can flow.
  • the annular portion includes the drill pipe, a casing pipe, a riser pipe, or the like. It is formed by the formation of the well wall surface.
  • Drilling fluid with digging debris sent out of the well can be recovered, digging debris removed, the composition of the drilling fluid adjusted as needed, fed into the well and reused for drilling. it can. At this time, the excavation fluid circulates inside the drill pipe, the drill bit, the annulus portion, and the excavation dust removing device.
  • a pipe that connects the bottom of the sea and an excavator on the sea to form an annulus part through which excavation fluid with excavation debris flows is called a riser pipe, and excavation using a riser pipe is called a riser excavation.
  • a ejector may be installed at the top of the well, that is, at the wellhead, in order to prevent ejecta from being ejected from the well due to an increase in pressure in the well.
  • Riserless drilling can be used if the drilling fluid with excavation debris sent out of the well is not recovered.
  • Riserless excavation is excavation that does not use a riser pipe. In riserless excavation, by feeding excavation fluid into the well, the generated excavation debris can be discharged to the outside of the well. The discharged digging waste is not collected and is discarded in seawater. Compared to riser excavation, riserless excavation has advantages such as being suitable for shallow excavation and being able to excavate many places in a short time.
  • the excavation method of the present disclosure uses an excavation fluid having excellent cutting transport and hole cleaning ability and a small environmental load
  • the excavation method of the present disclosure uses an excavation fluid having excavation debris sent to the outside of a well. By applying it to riserless excavation that is discarded in the environment without collecting it, cuttings transport and hole cleaning can be performed more efficiently and the environmental load is greatly reduced compared to conventional excavation methods. It is possible.
  • the excavation method of the present disclosure is suitable for both riser excavation and riserless excavation.
  • the environment in which the excavation method of the present disclosure is used is not particularly limited, and can be used in any environment such as flat land, mountains, rivers, canals, and the ocean.
  • the drilling method of the present disclosure is preferably used in a marine environment where reduction of environmental load is particularly required. It can also be used for geothermal well drilling. However, the geothermal formations are much hotter than oil and natural gas, and the pressure of the formations is low, so it is necessary to avoid adding heat-sensitive components to the drilling fluid.
  • Biodegradable fiber As biodegradable fibers, fibers made of poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) cut into average fiber lengths of 5 mm, 15 mm and 30 mm were prepared, respectively.
  • the fiber made of the poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) has a fineness of 10.0 dtex, a tensile strength of 1.3 cN / dtex, an elongation of 70.0%, and a Young's modulus of 2. It is 2 Gpa.
  • Example fluid Put each biodegradable fiber in each base fluid and stir well with a household mixer in the same manner, and sample the concentrations of biodegradable fiber and biodegradable polysaccharide shown in Tables 1, 2 and 3, respectively. Prepared.
  • n value and the K value were determined separately for cases where the shear rate was 511 (1 / s) or more and 340 (1 / s) or less according to the API standard RP13D.
  • Tables 4, 5 and 6 show the measurement results of the drilling fluid using biodegradable fibers with an average fiber length of 15 mm
  • Tables 7 and 6 show the measurement results of the drilling fluid using biodegradable fibers with an average fiber length of 5 mm
  • Table 9 shows the measurement results of the drilling fluid using biodegradable fibers having an average fiber length of 30 mm.
  • FIGS. 1 and 2 show an approximate straight line when the result is approximated by the power law (also referred to as a power law model) in the mathematical formula (2).
  • the shear stress and viscosity equivalent to those of each base fluid of the comparative example are obtained in the high shear rate regions of 170.23, 340.46, 510.69 and 1021.38 (1 / s). As it is, it was shown to have higher shear stress and viscosity than each base fluid of Comparative Examples at shear rates of 5.11 and 10.21 (1 / s), which are low shear rate regions.
  • the viscosity of the drilling fluid in a high shear rate region such as around a drill bit is kept low. It shows that the viscosity (and shear stress) of the drilling fluid in the low shear rate region can be increased (in other words, while maintaining fluidity), that is, it has excellent cutting transport and hole cleaning ability.
  • the shear stress and viscosity did not change in either the high shear rate region or the low shear rate region even when the biodegradable fiber was blended. In other words, it had little effect on rheological properties.
  • a biodegradable polysaccharide As a biodegradable polysaccharide, a polyanionic cellulosic polymer (terpolymer H (main component: polyanionic cellulosic polymer), manufactured by Ternite Co., Ltd.) is put into water and used as a mixer for preparing an excavation fluid for testing.
  • the base fluids having biodegradable polysaccharide concentrations of 0.00 g / L and 1.0 g / L were prepared by sufficiently stirring and dissolving them with a general Hamilton Beach mixer.
  • Biodegradable fiber As the biodegradable fiber, a fiber made of poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) cut to an average fiber length of 14 mm was prepared.
  • the fiber made of the poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) has a fineness of 10.1 dtex, a tensile strength of 1.01 cN / dtex, an elongation of 95.2%, and a Young's modulus of 2. It is 0 Gpa.
  • the drilling fluid of Example A-1 is a comparative example containing no biodegradable fibers at shear rates of 170.23, 340.46, 510.69 and 1021.38 (1 / s), which are high shear rate regions.
  • the base of Comparative Example A-2 at the low shear rate regions 5.11 and 10.21 (1 / s) while maintaining the same or slightly higher shear stress and viscosity as the base fluid of A-2. It has been shown to have particularly higher shear stress and viscosity than fluids.
  • FIG. 5 is a schematic view of the flow loop tester 1.
  • the excavation fluid (sample) 2 is sent from the mud tank 3 to the return tank 4, heated by the heater 4a in the return tank 4 until the temperature of the excavation fluid (sample) reaches 30 ° C., and further using the mud pump 5. And sent it to the annual section 6.
  • the annular section 6 is installed so that the direction from the lower portion (pit bottom) 6a to the upper portion (pit entrance) 6b is vertically upward (the inclination angle of the drill pipe 10 is 0 °).
  • the excavation fluid (sample) 2 and the cuttings 9 in the cuttings storage tank 8 were mixed by the cuttings feeder 7 in the process of sending from the return tank 4 to the annual section 6.
  • the excavation fluid (sample) 2 mixed with the cuttings 9 was injected from the lower part (pit bottom) 6a of the annular section 6, the cuttings transportation state and the cuttings behavior were observed, and the cuttings transportation speed was calculated.
  • the drill pipe 10 is arranged.
  • the cuttings 9 were made of ceramics with a diameter of 3 mm (two types of red and white). A small amount of red cuttings is mixed with white cuttings to improve visibility.
  • FIG. 6 is a drawing for explaining the observation section 11 of the cuttings transportation status, the cuttings behavior, and the cuttings transportation speed in the general section 6.
  • the cuttings 9 flowing through the 1 m observation section 11 in the central portion are connected to the video camera 12 (Sony, FDR-X3000R, number of recording pixels: 1920 ⁇ 1080, frame rate: 120 fps, video recording format: XAVC S. HD, angle of view setting: wide angle) was taken, and the behavior and speed of Cuttings 9 were analyzed using MATLAB, which is a numerical analysis software. The analysis was performed on the red elements extracted from the target frame using the color threshold.
  • the flow rate of the excavation fluid (sample) 2 is 50, 40, 30, 25 and 20 m 3 / h; the injection amount of the cuttings 9 is 2.1 L / min corresponding to the excavation rate of 10 m / h; and the drill pipe 10
  • the rotation speed of was observed under the conditions of 0 rpm (no rotation) and 60 rpm.
  • the drill pipe 10 was observed at a rotation speed of 0 rpm (no rotation) for 3 minutes and then at 60 rpm for 3 minutes.
  • Table 12 shows the results of analysis and evaluation of the cuttings transportation status.
  • the evaluation criteria are as follows. X: All cuttings stagnated or settled. ⁇ : Some cuttings stagnated or settled. ⁇ : All cuttings were smoothly transported without staying or settling.
  • the results of analyzing and evaluating the cuttings behavior are shown in Table 13.
  • the evaluation criteria are as follows.
  • the vertical direction is vertically upward, and as described above, since the annular section 6 is installed vertically upward (the inclination angle of the drill pipe 10 is 0 °), the lower portion (pit bottom) of the annular section 6 is installed. It is also the direction from 6a to the upper part (wellhead) 6b.
  • the horizontal direction is a direction perpendicular to the vertical direction.
  • the excavation fluid of Comparative Example A-2 is used under both the conditions of the rotation speed of the drill pipe 10 of 0 rpm (no rotation) and 60 rpm.
  • the transport speed of the cuttings is faster at all flow rates than if they were.
  • the ratio of the transport speed of Example A-1 to the transport speed of Comparative Example A-2 increase rate (%)
  • the rate of increase is particularly high when the flow rate is low, and the excavation of the example It can be seen that it has an excellent transport speed due to the fluid. Since Comparative Example A-1 and Comparative Example A-3 had unstable behavior, the transport speed could not be calculated.
  • the relationship between the flow rate of the excavated fluid and the shear rate will be explained.
  • the flow rate and shear velocity in the pipe are distributed in the radial direction, and in the case of Newtonian fluid, the shear velocity is 0 (minimum) near the center of the flow path and maximum in the pipe wall part in the pipe without a drill pipe.
  • the shear velocity is 0 (minimum) near the center of the flow path and maximum in the pipe wall part in the pipe without a drill pipe.
  • the shear rate tends to be the minimum near the center of the flow path and the maximum at the pipe wall part. Therefore, the Newtonian fluid model can be used as a simple analysis model of the in-pipe flow for the purpose of simplifying the calculation.
  • the relationship between the flow rate of the excavated fluid and the flow velocity distribution is the following formula (4), and the flow rate of the excavated fluid and the shear rate are calculated.
  • the relationship with the maximum value can be shown by the following formula (5).
  • the flow rates of the excavation fluid (sample) 2 are 50, 40, 30, 25 and 20 (m) under the evaluation conditions of the cuttings transport status, the cuttings behavior, and the cuttings transport speed in Experiment 2.
  • 3 / h corresponds to the distribution range of the shear rate in the pipe is 0 to 145, 0 to 116, 0 to 87, 0 to 72.5, and 0 to 58 (1 / s), respectively.
  • the shear rate of the annulus part in well excavation is said to be about 10 to 100 (1 / s) (Reference: Fumichi Okino, Muddy water for boring ⁇ new edition>, May 25, 1981, p. 26. )
  • the drilling fluid of the example has excellent cuttings carrying conditions and cutting, especially under low flow rate conditions (that is, conditions closer to the low shear rate region). Shows shear behavior and cutting shear transport speed. This trend indicates that cuttings can be transported smoothly in both low and high shear rate regions, and according to the drilling fluid of the example, it has excellent cuttings transport and hole cleaning capabilities. You can see that.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Lubricants (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

本発明は、カッティングストランスポート及びホールクリーニングの能力に優れ、環境負荷が小さい掘削流体を提供することを目的とする。　水、生分解性繊維、及び増粘剤を含有する掘削流体であって、前記増粘剤が生分解性多糖類を含み、前記生分解性多糖類が、前記掘削流体において０．０１ｇ／Ｌ以上５ｇ／Ｌ以下含まれる、掘削流体。

Description

掘削流体、掘削方法及び掘削流体添加剤
　本発明は、掘削流体、掘削方法及び掘削流体添加剤に関する。
　掘削流体は、掘削泥水ともよばれ、石油採掘等のため坑井に送入し、坑井内部を流動させて坑底やビットの周辺から掘屑（カッティングス）を除去し、地表に運ぶ；ドリルビットの潤滑剤や冷却剤として用いる；及び坑井の安定性を維持する；等の様々な目的のために用いられる流体である。
　坑井掘削時において、カッティングスの沈降、堆積及び不十分なホールクリーニングは、ドリルストリングの揚降作業等の非生産時間の増加、早期のビット摩耗、及び掘削編成（ドリルストリングの先端）の抑留（言い換えれば、動かなくなる現象）等の掘削障害の原因になる。
　カッティングスの運搬（カッティングストランスポート）は、掘削流体の流体特性、坑井の傾斜角、ドリルパイプの回転速度、流速、坑井の形状及びその他の掘削パラメータに依存する。そのため、カッティングストランスポート改善のため、掘削流体に加重剤、分散剤、増粘剤及び繊維等の添加剤を加えることが挙げられる。
　特許文献１及び２には、坑井からカッティングスを排出するため、このような添加剤として、ポリオレフィン、ポリエステル及びナイロンからなる群から選択される親水性繊維が記載されている。
　本開示にて用いる次の用語について予め説明する。
ドリルビット：掘削刃に相当するものである。
ドリルパイプ：ドリルビットに回転動力を伝えるパイプである。ドリルパイプは、ドリルパイプ内に掘削流体を流してドリルビット掘削部に送り、掘削流体を坑井内で流動させることができる。
アニュラス部：ドリルパイプ外側の掘削流体が流れ得る領域をいう。
米国特許第６，１６４，３８０号明細書 米国特許第６，０１６，８７２号明細書
　ドリルパイプ内及びドリルビットの周辺等の高せん断速度領域にある掘削流体の粘度は低い方が、ドリルパイプ内の圧力損失を小さくでき、ドリルビットからの掘削流体の噴流推力を大きくできるため、カッティングストランスポート及びホールクリーニングの効率化のため有利である。また、使用後の掘削流体からカッティングスを除去する場合にも効率的に除去できる。
　一方で、アニュラス部等の低せん断速度領域にある掘削流体の粘度は高い方が、カッティングストランスポート及びホールクリーニングの効率に有利である。
　従来の掘削流体では、高せん断速度領域にある掘削流体の粘度を低く保とうとすると、低せん断速度領域にある掘削流体の粘度の方が低下しやすい。低せん断速度領域にある掘削流体の粘度が低下しすぎると、掘削流体に求められるレオロジー特性である擬塑性流体又はビンガム流体の性質からも乖離してしまい、カッティングストランスポート及びホールクリーニングの能力は不十分である。
　特に、石油開発、天然ガス開発又は地熱開発のために行われる坑井掘削、特に地熱開発のために行われる坑井掘削では、地層の温度及び／又は地層の圧力条件により、カッティングストランスポートの効率に不利になる低粘性又は低比重の掘削流体を使用せざるを得ない状況が起こり得る。このような状況下の坑井掘削では、アニュラス部等の低せん断速度領域にある掘削流体の粘度が低下しやすいと、よりカッティングストランスポート及びホールクリーニングの効率に特に不利になる。
　また、従来の添加剤を添加した掘削流体では、低せん断速度領域にある掘削流体の粘度を高くしようとすると、高せん断速度領域にある掘削流体の粘度も高くなり、高くなりすぎれば流動性を失ってしまう。そのため、カッティングストランスポート及びホールクリーニングの能力は不十分である。
　さらに、坑井掘削は、平地、山地、河川、運河、及び海洋等のあらゆる環境下で、地表面より下の構造を形成するために行われるものであるところ、生分解性に乏しい添加剤が環境中に廃棄又は投棄されること、及び残留すること等による環境負荷は大きい。
　本発明は、カッティングストランスポート及びホールクリーニングの能力に優れ、環境負荷が小さい掘削流体を提供することを目的とする。
　本開示の第一は、水、生分解性繊維、及び増粘剤を含有する掘削流体であって、前記増粘剤が生分解性多糖類を含み、前記生分解性多糖類が、前記掘削流体において０．０１ｇ／Ｌ以上５ｇ／Ｌ以下含まれる、掘削流体に関する。
　前記掘削流体において、前記増粘剤が前記生分解性多糖類であってよい。
　前記掘削流体において、前記生分解性繊維がポリヒドロキシアルカノエートからなる繊維であってよい。
　前記掘削流体において、前記ポリヒドロキシアルカノエートが、下記一般式（１）で示される３－ヒドロキシアルカン酸を含んでよい。
［－ＣＨＲ－ＣＨ２－ＣＯ－Ｏ－］　　　（１）
　一般式（１）中、ＲはＣｐＨ２ｐ＋１で表されるアルキル基を示し、ｐは１～１５の整数を示す。
　前記掘削流体において、前記ポリヒドロキシアルカノエートが、ポリ（３－ヒドロキシブチレート－コ－３－ヒドロキシヘキサノエート）であってよい。
　前記掘削流体において、前記生分解性繊維の繊維長が３ｍｍ以上１００ｍｍ以下であってよい。
　前記掘削流体において、前記生分解性繊維の含有量が、前記増粘剤１００重量部に対して、５重量部以上５００重量部以下であってよい。
　前記掘削流体において、前記生分解性多糖類が、カルボキシメチルセルロース、ポリアニオニックセルロース、キサンタンガム及びグアガムよりなる群から選択される少なくとも一種であってよい。
　本開示の第二は、坑井に掘削流体を送入しながら前記坑井を掘削し、生じた掘屑を坑井外に排出する工程を有し、前記掘削流体は、水、生分解性繊維、及び増粘剤を含有し、前記増粘剤が生分解性多糖類を含み、前記生分解性多糖類が、前記掘削流体において０．０１ｇ／Ｌ以上５ｇ／Ｌ以下含まれる、掘削方法に関する。
　前記掘削方法において、前記増粘剤が前記生分解性多糖類であってよい。
　前記掘削方法において、前記掘削が海洋環境におけるライザー掘削又はライザーレス掘削であってよい。
　前記掘削方法において、前記掘削が海洋環境におけるライザーレス掘削であってよい。
　本開示の第三は、ポリ（３－ヒドロキシブチレート－コ－３－ヒドロキシヘキサノエート）からなる繊維を含有する、掘削流体添加剤に関する。
　前記掘削流体添加剤において、前記掘削が海洋環境におけるライザー掘削又はライザーレス掘削であってよい。
　前記掘削流体添加剤において、前記掘削が海洋環境におけるライザーレス掘削であってよい。
　本発明によれば、カッティングストランスポート及びホールクリーニングの能力に優れ、環境負荷が小さい掘削流体を提供することができる。
２．５ｇ／Ｌの生分解性多糖類、及び０ｇ／Ｌ、０．５ｇ／Ｌ及び１．０ｇ／Ｌの平均繊維長１５ｍｍの生分解性繊維を含有する掘削流体（比較例１－１、実施例１－１及び実施例１－２）について、各せん断速度におけるせん断応力を両対数グラフにプロットした結果である。縦軸がせん断応力（Shear Stress）（Ｐａ）、横軸がせん断速度（Shear Rate）（１／ｓ）である。 ２．５ｇ／Ｌの生分解性多糖類、及び０ｇ／Ｌ、０．５ｇ／Ｌ及び１．０ｇ／Ｌの平均繊維長１５ｍｍの生分解性繊維を含有する掘削流体（比較例１－１、実施例１－１及び実施例１－２）について、各せん断速度における粘度を両対数グラフにプロットした結果である。縦軸が粘度（Viscosity）（ｍＰａ・ｓ）、横軸がせん断速度（Shear Rate）（１／ｓ）である。 １．０ｇ／Ｌの生分解性多糖類、及び０ｇ／Ｌ及び１．０ｇ／Ｌの平均繊維長１４ｍｍの生分解性繊維を含有する掘削流体（比較例Ａ－２及び実施例Ａ－１）について、各せん断速度におけるせん断応力を両対数グラフにプロットした結果である。縦軸がせん断応力（Shear Stress）（Ｐａ）、横軸がせん断速度（Shear Rate）（１／ｓ）である。 １．０ｇ／Ｌの生分解性多糖類、及び０ｇ／Ｌ及び１．０ｇ／Ｌの平均繊維長１４ｍｍの生分解性繊維を含有する掘削流体（比較例Ａ－２及び実施例Ａ－１）について、各せん断速度における粘度を両対数グラフにプロットした結果である。縦軸が粘度（Viscosity）（ｍＰａ・ｓ）、横軸がせん断速度（Shear Rate）（１／ｓ）である。 カッティングス運搬状況、カッティングス挙動、及びカッティングス運搬速度の評価に用いたフローループ試験機１の模式図を示す図面である。 カッティングス運搬状況、カッティングス挙動、及びカッティングス運搬速度の観察区画１１を説明する図面である。
　［掘削流体］
　本開示の掘削流体は、水、生分解性繊維、及び増粘剤を含有する掘削流体であって、前記増粘剤が生分解性多糖類を含み、前記生分解性多糖類が、前記掘削流体において０．０１ｇ／Ｌ以上５ｇ／Ｌ以下含まれる。
　（水）
　掘削流体に含まれる水は、特に限定されるものではなく、従来公知の水系掘削流体に含まれる水を用いることができる。例えば、清水；海水を含むブライン；水道水；地下水；及び雨水等の平地、山地、河川、運河、及び海洋等のあらゆる環境で行われる坑井掘削により坑井に侵入し得る水等が挙げられる。
　（生分解性繊維）
　掘削流体に含まれる生分解性繊維は、生分解性を有する繊維であれば特に限定されない。生分解性とは、自然界において微生物によって低分子化合物に分解され得る性質をいう。具体的には、好気条件ではＩＳＯ　１４８５５（compost）及びＩＳＯ　１４８５１(activated sludge)、嫌気条件ではＩＳＯ　１４８５３(aqueous phase)及びＩＳＯ　１５９８５(solid phase)等、各環境に適合した試験に基づいて生分解性の有無が判断できる。また、海水中における微生物の分解性については、生物化学的酸素要求量（Biochemical oxygen demand）の測定により評価できる。
　また、繊維とは、細くて長いという形態的特徴を示すものである。本開示において用いる繊維は、その繊度が１００μｍ以下であってよく、繊維長は、繊度との相対関係により決定されるが、繊維長が３ｍｍ以上であってよい。
　生分解性繊維の繊度はデニール（Ｄ）又はｄｔｅｘで表される。デニール（Ｄ）は９,０００ｍの長さ当たりの重量をｇ単位で表した数字で表示し、ｄｔｅｘは１０,０００ｍの長さ当たりの重量をｇ単位で表した数字で表示する。生分解性繊維の繊度は、１ｄｔｅｘ以上が好ましく、３ｄｔｅｘ以上がより好ましく、５ｄｔｅｘ以上がさらに好ましい。また、生分解性繊維の繊度は、１００ｄｔｅｘ以下が好ましく、５０ｄｔｅｘ以下がより好ましく、１０ｄｔｅｘ以下がさらに好ましい。
　生分解性繊維の繊維長は、１００ｍｍ以下が好ましく、８０ｍｍ以下がより好ましく、５０ｍｍ以下がさらに好ましく、３０ｍｍ以下が最も好ましい。また、生分解性繊維の繊維長は、３ｍｍ以上が好ましく、５ｍｍ以上がより好ましく、１０ｍｍ以上がさらに好ましい。繊維長が当該範囲にあることにより、掘削流体中の生分解性繊維の分散性に優れる。生分解性繊維の分散性が優れることは、繊維同士の相互作用、及び繊維とその他の成分との相互作用によるカッティングスの良好な支持、そして、カッティングストランスポート及びホールクリーニングの能力の向上に寄与する。なお、本開示において、カッティングストランスポートとは、カッティングスを運搬することをいい、ホールクリーニングとは、坑井中にカッティングスを沈降及び堆積させず良好に坑井外に運搬することをいう。
　生分解性繊維の繊度及び繊維長の測定方法としては、無作為に抽出した５０～１００本の繊維の直径及び長さをそれぞれ繊度測定器ＤＥＮＩＣＯＮ－ＤＣ２１（サーチ株式会社製）によって測定し、その平均値を算出する方法が挙げられる。したがって、繊度は平均繊維径、繊維長は平均繊維長と言い換えることができる。
　また、掘削流体に含まれる生分解性繊維は、非水溶性であることが好ましい。少なくとも掘削作業中、掘削流体中で繊維形状を保持する必要がある。
　生分解性繊維としては、微生物、植物及び動物等の生物資源（バイオマス）由来の繊維が挙げられる。生物資源（バイオマス）由来の繊維には、生物資源（バイオマス）が有する繊維を抽出したもの、及び生物資源（バイオマス）が有するモノマーを化学合成したものが含まれる。
　生分解性繊維としては、例えば、ポリヒドロキシアルカノエート及びポリ乳酸等の脂肪族ポリエステル；又はセルロース等の多糖類を含む、単繊維又は複合繊維が挙げられる。これらの中でも、生分解性繊維としては、ポリヒドロキシアルカノエートからなる繊維（単繊維又は複合繊維を含む）が好ましい。ポリヒドロキシアルカノエートは生分解機構が最も明らかにされており、環境中における適切な分解速度を有するため、環境調和型の材料として有用なためである。
　ポリヒドロキシアルカノエートが、下記一般式（１）で示される３－ヒドロキシアルカン酸を含むことがより好ましい。適切な成形加工性と良好な生分解性とを両立することが可能なためである。
［－ＣＨＲ－ＣＨ２－ＣＯ－Ｏ－］　　　（１）
　一般式（１）中、ＲはＣｐＨ２ｐ＋１で表されるアルキル基を示し、ｐは１～１５の整数を示す。
　さらに、ポリヒドロキシアルカノエートが、ポリ（３－ヒドロキシブチレート－コ－３－ヒドロキシヘキサノエート）であることが最も好ましい。特に、生分解性に優れ、環境負荷が小さく、カッティングストランスポート及びホールクリーニングの能力に優れるためである。
　ポリ（３－ヒドロキシブチレート－コ－３－ヒドロキシヘキサノエート）からなる繊維を掘削流体に添加することにより、ドリルビットの周辺等の高せん断速度領域にある掘削流体の粘度を低く保ったまま（言い換えれば、流動性を保ったまま）、低せん断速度領域にある掘削流体の粘度（及びせん断応力）を高くできるため、カッティングストランスポート及びホールクリーニングの能力を十分に向上することができる。
　また、ポリ（３－ヒドロキシブチレート－コ－３－ヒドロキシヘキサノエート）からなる繊維は、特に生分解性に優れるため、廃棄又は投棄されること、及び残留することによる環境負荷が小さい。具体的には、例えば、海水中に存在する微生物により水と二酸化炭素に分解され海水中に残存しなくなるという優れた海水分解特性を有するため、海洋中に投棄しても環境負荷が小さい。
　掘削流体における生分解性繊維の含有量は、特に限定されない。生分解性繊維の含有量は、下記増粘剤１００重量部に対して、５重量部以上５００重量部以下であってよく、１０重量部以上５００重量部以下であってよく、１０重量部以上１００重量部以下であってよく、１５重量部以上５０重量部以下であってよく、２０重量部以上４０重量部以下であってよい。掘削流体における増粘剤に対する生分解性繊維の含有量が当該範囲にあることにより、掘削流体中の生分解性繊維の分散性に優れる。生分解性繊維の分散性が優れることは、繊維同士の相互作用、及び繊維とその他の成分との相互作用によるカッティングスの良好な支持、そして、カッティングストランスポート及びホールクリーニングの能力の向上に寄与する。
　生分解性繊維の含有量は、掘削流体における生分解性繊維の含有量として、０．１ｇ／Ｌ以上２０ｇ／Ｌ以下が好ましく、０．２ｇ／Ｌ以上１５ｇ／Ｌ以下がより好ましく、０．４ｇ／Ｌ以上１０ｇ／Ｌ以下がさらに好ましく、０．５ｇ／Ｌ以上５ｇ／Ｌ以下が最も好ましい。生分解性繊維の含有量が当該範囲にあることにより、掘削流体中の生分解性繊維の分散性に優れる。
　（増粘剤）
　増粘剤は、生分解性多糖類を含むものであって、添加により掘削流体の粘度を増加するものであれば、特に限定されない。
　また、生分解性多糖類は、前記掘削流体において０．０１ｇ／Ｌ以上５ｇ／Ｌ以下含まれるものである。
　増粘剤は、前記生分解性多糖類であってよく、前記生分解性多糖類以外の成分を含んでよい。前記生分解性多糖類以外の成分としては、無機鉱物及び有機コロイド（ポリマー類）等が挙げられる。無機鉱物としては、ベントナイト及びセピオライト等が挙げられ、有機コロイド（ポリマー類）としては、ポリアクリルアミド及びアクリルアミドとアクリル酸の共重合体を含むＰＨＰＡ（Partical Hydrolized Poly Acrylamide）ポリマー等が挙げられる。ベントナイトの市販品としては「テルゲル」、セピオライトの市販品としては「サーモゲル」、ＰＨＰＡ（Partical Hydrolized Poly Acrylamide）ポリマーの市販品としては「テルコート」（いずれも株式会社テルナイト製）が挙げられる。
　増粘剤が前記生分解性多糖類のみからなる場合は、特に生分解性に優れ、環境に残存することが無いことから、最も環境負荷が小さい点で好ましい。
　掘削流体における無機鉱物の含有量は、０．０１ｇ／Ｌ以上、１ｇ／Ｌ以上、１０ｇ／Ｌ以上、２０ｇ／Ｌ以上、又は３０ｇ／Ｌ以上であってよく、１００ｇ／Ｌ以下、８０ｇ／Ｌ以下、又は６０ｇ／Ｌ以下であってよい。
　掘削流体における有機コロイド（ポリマー類）の含有量は、０．０１ｇ／Ｌ以上、０．５ｇ／Ｌ以上、又は１ｇ／Ｌ以上であってよく、１０ｇ／Ｌ以下、５ｇ／Ｌ以下、又は３ｇ／Ｌ以下であってよい。
　掘削流体における生分解性多糖類の含有量は、０．０１ｇ／Ｌ以上５ｇ／Ｌ以下であるところ、０．０１ｇ／Ｌ以上５ｇ／Ｌ未満が好ましく、０．０５ｇ／Ｌ以上４ｇ／Ｌ以下がより好ましく、０．１ｇ／Ｌ以上３ｇ／Ｌ以下がさらに好ましい。掘削流体における生分解性多糖類の含有量が０．０１ｇ／Ｌ未満であると、掘削流体中の生分解性繊維の分散性に劣る。掘削流体における生分解性多糖類の含有量が５ｇ／Ｌを超えると、生分解性繊維の配合によっても、低せん断速度領域の粘度（及びせん断応力）を高くすることができず、カッティングストランスポート及びホールクリーニングを効率的に行えない。
　生分解性多糖類は、生分解性を有する多糖類であって、水溶性を有し、添加により掘削流体の粘度を増加するものであれば、特に限定されない。
　ここで、水溶性とは、各多糖類の適切な溶解条件（溶解温度、濃度、又は攪拌時間等）によって、その形状を保持することも残留物を残すことも無く水に溶解することを指す。少なくとも掘削作業中、掘削流体に溶解すればよい。
　生分解性多糖類としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、及びポリアニオニックセルロース等のセルロース誘導体；キトサン等のグルコサミン；キサンタンガム；及びグアガム等が挙げられる。これらの中でも、カルボキシメチルセルロース、ポリアニオニックセルロース、キサンタンガム及びグアガムよりなる群から選択される少なくとも一種が好ましい。例えば、グアガムは低温条件における粘性と保湿性が最も優れており、カルボキシメチルセルロースは優れた粘性を有しつつ安価であり、ポリアニオニックセルロースは優れた粘性を有しつつ耐塩性が高く、キサンタンガムは少量で高い粘性を発現し、シアシニング性（せん断速度が上がると粘度が下がる特性）を有するためである。これらの多糖類は、掘削する坑生の環境や掘削条件、市場の流通状況等により適切に選択することができる。
　生分解性多糖類の重量平均分子量としては、２００，０００以上が好ましい。また、１,０００,０００以下であってよい。
　（任意成分）
　本開示の掘削流体は、本発明の目的の範囲において、水、生分解性繊維及び増粘剤の他に、水、生分解性繊維及び増粘剤以外の任意成分を含有することができる。
　水、生分解性繊維及び増粘剤以外の任意成分としては、例えば、バライト等の加重剤；リグノスルホン酸誘導体及びフミン酸等の分散剤；ＫＣｌ（塩化カリウム）等の泥岩水和膨潤抑制剤；脱水調整剤；泥壁強化剤；潤滑剤；界面活性剤；並びに苛性ソーダ等のｐＨ調整剤等が挙げられる。
　本開示の掘削流体は、低せん断速度領域にある掘削流体の粘度（及びせん断応力）を高く、かつ高せん断速度領域にある掘削流体の粘度（及びせん断応力）を低く保つことができるため、優れたカッティングストランスポート及びホールクリーニングの能力を有する。また、ドリルパイプ及び坑井内壁とカッティングスとの摩擦を低減する効果も期待できる。さらに、前記のとおり環境負荷が小さく、処分が容易である。
　本開示の掘削流体のレオロジー特性は、非ニュートン性流体の一般的な流動方程式である、べき乗則（パワーローモデルとも称する）によって近似できる。
　掘削流体のレオロジー特性を表す代表的なレオロジーモデルの1つであるビンガム塑性モデルは下記数式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、μｐは塑性粘度、τｙは降伏値で、一般に石油業界ではそれぞれＰＶ（plastic viscosity）及びＹＰ（yield point）と表現される。
　また、もうひとつの代表的なレオロジーモデルである、べき乗則（パワーローモデルとも称する）は下記数式（２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、ｎはべき乗指数、Ｋはコンシステンシーインデックスである。
　一方、Herschel-Bulkley式（修正パワーローモデル）は、ビンガム塑性モデルのＹＰに相当する降伏応力τyを持ったモデルであり、下記数式（３）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　これはビンガム塑性モデルとパワーローモデルを組み合わせたそれらの中間的性質を持ったモデルであり、ｎ＝１のときビンガム塑性モデルに、τｙ＝０のとき、べき乗則（パワーローモデル）に等しくなる。
　べき乗則（パワーローモデル）を示す前記数式（２）におけるｎ値が０により近く、Ｋ値がより大きい方が、低せん断速度領域にある掘削流体の粘度は高く、高せん断速度領域にある掘削流体の粘度は低くなるので、カッティングストランスポート及びホールクリーニングの能力に優れると評価できる。
　［掘削方法］
　本開示の掘削方法は、坑井に掘削流体を送入しながら前記坑井を掘削し、生じた掘屑を坑井外に排出する工程を有し、前記掘削流体は、水、生分解性繊維、及び増粘剤を含有し、前記増粘剤が生分解性多糖類を含み、前記生分解性多糖類が、前記掘削流体において０．０１ｇ／Ｌ以上５ｇ／Ｌ以下含まれるものである。
　坑井に掘削流体を送入しながら坑井を掘削し、生じた掘屑を坑井外に排出する工程について述べる。
　坑井を掘削する方法としては、具体的には、例えば、先端にドリルビットを備えるドリルパイプを坑井に入れ、ドリルビットにより地層を砕く又は削る方法が挙げられる。
　坑井に掘削流体を送入する方法としては、具体的には、例えば、掘削流体をドリルパイプ内側に圧送して、先端のドリルビットから噴出する方法が挙げられる。
　生じた掘屑を坑井外に排出する方法としては、具体的には、例えば、掘屑を掘削流体と共にドリルパイプ外側のアニュラス部を通じて、地表まで運搬し、坑井外に送る方法が挙げられる。アニュラス部は、前記のとおり、ドリルパイプ外側の掘削流体が流れ得る領域をいう。アニュラス部は、例えば、ドリルパイプと、ドリルパイプの外側に設けられるケーシングパイプ、ライザーパイプ、又は坑井壁面の地層とにより二重管構造を構成する場合、ドリルパイプと、ケーシングパイプ、ライザーパイプ又は坑井壁面の地層とにより形成される。
　坑井外に送られた掘屑を有する掘削流体を回収し、掘屑を除去し、必要に応じて掘削流体の成分を調整し、坑井に送入して、掘削に再度使用することもできる。このとき、掘削流体はドリルパイプ内側、ドリルビット、アニュラス部及び掘屑の除去装置を循環する。
　海洋環境において、掘屑を有する掘削流体が流れるアニュラス部を形成するために海底面と海上の掘削装置をつなぐパイプをライザーパイプといい、ライザーパイプを用いる掘削をライザー掘削という。
　ライザー掘削は、海洋環境において掘屑を有する掘削流体を回収できる、坑井が壊れにくいためより深い掘削が可能になる、及び坑井内の圧力調整が容易である等の利点がある。坑井内の圧力上昇により、坑井内から噴出物が噴出することを防ぐため、坑井の上部つまり坑口に、防噴装置（ＢＯＰ）を設置してよい。
　坑井外に送られた掘屑を有する掘削流体を回収しない場合、ライザーレス掘削を用いることができる。ライザーレス掘削は、ライザーパイプを用いない掘削である。ライザーレス掘削においては、坑井に掘削流体を送入することで、生じた掘屑を坑井外に排出できる。排出された掘屑は回収されず海水中に廃棄される。ライザーレス掘削は、ライザー掘削と比較して、浅い掘削に適する、短時間で多くの場所を掘削できる等の利点がある。
　本開示の掘削方法において用いる、水、生分解性繊維、及び増粘剤を含有する掘削流体についての詳細な説明は、前記のとおりである。
　本開示の掘削方法は、カッティングストランスポート及びホールクリーニングの能力に優れ、環境負荷が小さい掘削流体を用いるので、本開示の掘削方法を、坑井外に送られた掘屑を有する掘削流体を回収せずに、環境中に廃棄されるライザーレス掘削に適用することにより、従来の掘削方法に比べ、カッティングストランスポート及びホールクリーニングを効率的に行うことができる上、環境負荷も大きく低減することが可能である。
　以上のとおり、本開示の掘削方法は、ライザー掘削及びライザーレス掘削のいずれにも好適である。
　本開示の掘削方法を用いる環境は、特に限定されず、平地、山地、河川、運河、及び海洋等のあらゆる環境下で用いることができる。環境負荷の低減が特に要求される海洋環境において、本開示の掘削方法は好適に用いられる。また、地熱井掘削にも用いることができる。ただし、地熱地帯の地層は、石油・天然ガスに比べてはるかに高温で、地層の圧力が低いため、熱に弱い成分の掘削流体への配合は避ける必要がある。
　以下に実施例で本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら制限されるものではない。
　＜実験１＞
　（増粘剤を含有するベース流体）
　生分解性多糖類として、ポリアニオニックセルロース系ポリマー（テルポリマーＨ（主成分：ポリアニオニックセルロース系ポリマー）、（株）テルナイト製）を水道水に入れ、家庭用ミキサーで十分に攪拌して、溶解し、生分解性多糖類の濃度が、２．５ｇ／Ｌ、５．０ｇ／Ｌ、及び７．５ｇ／Ｌのベース流体をそれぞれ調製した。
　（生分解性繊維）
　生分解性繊維として、ポリ（３－ヒドロキシブチレート－コ－３－ヒドロキシヘキサノエート）からなる繊維を、平均繊維長５ｍｍ、１５ｍｍ及び３０ｍｍに切断したものをそれぞれ準備した。
　当該ポリ（３－ヒドロキシブチレート－コ－３－ヒドロキシヘキサノエート）からなる繊維の繊度は１０．０ｄｔｅｘ、引張強度は１．３ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度７０．０％、及びヤング率は２．２Ｇｐａである。
　（掘削流体）
　各ベース流体に各生分解性繊維を入れ、同様に家庭用ミキサーで十分に攪拌して、表１、表２及び表３に示す生分解性繊維及び生分解性多糖類の濃度の試料をそれぞれ調製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　（分散性の評価）
　掘削流体における生分解性繊維の分散性の評価は、各生分解性繊維を混合してから、１２時間以上静置した後の各ベース流体について行った。肉眼で観察し、生分解性繊維全体が集合して底面に沈んだ状態、又は浮いた状態になったものを分散性に劣るとし、これらの状態にならなかったものを分散性に優れると評価した。
　生分解性繊維の濃度、及び増粘剤の濃度がそれぞれ高い程、生分解性繊維の分散性により優れるものになった。また、生分解性繊維の長さが長い程、生分解性繊維の分散性により優れるものになった。
　（レオロジー特性の評価）
　２重円筒型回転粘度計であるＶＧメーター（ｍｏｄｅｌ　３５、Fann Instrument Company製）を用い、API（American Petroleum Institute）規格の掘削流体の標準試験法API RP13B（ISO 10414-1:2008）に従って、室温にて各せん断速度におけるせん断応力及び粘度を測定した。このせん断応力及び粘度からレオロジー特性の評価を行った。レオロジー特性は、非ニュートン性流体の一般的な流動方程式である、前記数式（２）べき乗則（パワーローモデルとも称する）によって近似したときのｎ値及びＫ値に基づいて評価した。ｎ値及びＫ値は、ＡＰＩ規格ＲＰ１３Ｄに従ってせん断速度５１１（１／ｓ）以上及び３４０（１／ｓ）以下の場合に分けて求めた。平均繊維長１５ｍｍの生分解性繊維を用いた掘削流体の測定結果を表４、表５及び表６に、平均繊維長５ｍｍの生分解性繊維を用いた掘削流体の測定結果を表７及び表８に、そして、平均繊維長３０ｍｍの生分解性繊維を用いた掘削流体の測定結果を表９に示す。
　２．５ｇ／Ｌの生分解性多糖類、及び０ｇ／Ｌ、０．５ｇ／Ｌ及び１．０ｇ／Ｌの平均繊維長１５ｍｍの生分解性繊維を含有する掘削流体（比較例１－１、実施例１－１及び実施例１－２）について、各せん断速度におけるせん断応力（Ｐａ）及び粘度（ｍＰａ・ｓ）をそれぞれ両対数グラフにプロットした結果を図１及び図２に示す。また、その結果を前記数式（２）べき乗則（パワーローモデルとも称する）によって近似したときの近似直線も図１及び図２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
　実施例では、高せん断速度領域である１７０．２３、３４０．４６、５１０．６９及び１０２１．３８（１／ｓ）のせん断速度において、比較例の各ベース流体と同等のせん断応力及び粘度を有したまま、低せん断速度領域である５．１１及び１０．２１（１／ｓ）のせん断速度において、比較例の各ベース流体よりも高いせん断応力及び粘度を有することが示された。
　また、せん断速度が５．１１（１／ｓ）び１０．２１（１／ｓ）における挙動と、１７０．２３、３４０．４６、５１０．６９及び１０２１．３８（１／ｓ）における挙動とを比較すると、異なる挙動（近似直線が異なる傾き）を示した（図１及び図２参照）。結果として、各グラフの形状から、非ニュートン性流体のうち、掘削流体の特性として有用とされる擬塑性（pseudoplastic）の特性を効果的に発現することが明確に判断できる（参考：レオロジー要論１９６８、小野木重治著）。
　以上より、実際に、実施例の掘削流体を用いて、ドリルパイプを使用して坑井掘削を行った場合、ドリルビットの周辺等の高せん断速度領域にある掘削流体の粘度を低く保ったまま（言い換えれば、流動性を保ったまま）、低せん断速度領域にある掘削流体の粘度（及びせん断応力）を高くできること、すなわち、優れたカッティングストランスポート及びホールクリーニングの能力を有することを示す。
　一方、比較例の掘削流体は、生分解性繊維の配合によっても、高せん断速度領域及び低せん断速度領域のいずれもせん断応力及び粘度に変化はなかった。言い換えれば、レオロジー特性にほとんど影響を及ぼさなかった。
　＜実験２＞
　（増粘剤を含有するベース流体）
　生分解性多糖類として、ポリアニオニックセルロース系ポリマー（テルポリマーＨ（主成分：ポリアニオニックセルロース系ポリマー）、（株）テルナイト製）を水に入れ、試験用の掘削流体の調製用ミキサーとして一般的なHamilton Beach社製のミキサーで十分に攪拌して、溶解し、生分解性多糖類の濃度が、０．００ｇ／Ｌ、及び１．０ｇ／Ｌのベース流体をそれぞれ調製した。
　（生分解性繊維）
　生分解性繊維として、ポリ（３－ヒドロキシブチレート－コ－３－ヒドロキシヘキサノエート）からなる繊維を、平均繊維長１４ｍｍに切断したものを準備した。
　当該ポリ（３－ヒドロキシブチレート－コ－３－ヒドロキシヘキサノエート）からなる繊維の繊度は１０．１ｄｔｅｘ、引張強度は１．０１ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度９５．２％、及びヤング率は２．０Ｇｐａである。
　（掘削流体）
　各ベース流体に各生分解性繊維を入れ、同様にHamilton Beach社製のミキサーで十分に攪拌して、表１０に示す生分解性繊維及び生分解性多糖類の濃度の試料をそれぞれ調製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
　（レオロジー特性の評価）
　２重円筒型回転粘度計であるＶＧメーター（ｍｏｄｅｌ　３５、Fann Instrument Company製）を用い、API（American Petroleum Institute）規格の掘削流体の標準試験法API RP13B（ISO 10414-1:2008）に従って、室温にて各せん断速度におけるせん断応力及び粘度を測定した。このせん断応力及び粘度からレオロジー特性の評価を行った。レオロジー特性は、非ニュートン性流体の一般的な流動方程式である、前記数式（２）べき乗則（パワーローモデルとも称する）によって近似したときのｎ値及びＫ値に基づいて評価した。ｎ値及びＫ値は、ＡＰＩ規格ＲＰ１３Ｄに従ってせん断速度５１１（１／ｓ）以上及び３４０（１／ｓ）以下の場合に分けて求めた。結果を表１１に示す。
　各せん断速度におけるせん断応力（Ｐａ）及び粘度（ｍＰａ・ｓ）をそれぞれ両対数グラフにプロットした結果を図３及び図４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
　実施例Ａ－１の掘削流体は、高せん断速度領域である１７０．２３、３４０．４６、５１０．６９及び１０２１．３８（１／ｓ）のせん断速度において、生分解性繊維を含まない比較例Ａ－２のベース流体と同等又は若干高いせん断応力及び粘度を有したまま、低せん断速度領域である５．１１及び１０．２１（１／ｓ）のせん断速度において、比較例Ａ－２のベース流体よりも特に高いせん断応力及び粘度を有することが示された。
　（カッティングス運搬状況、カッティングス挙動、及びカッティングス運搬速度）
　カッティングス運搬状況、カッティングス挙動、及びカッティングス運搬速度は、フローループ試験機を用いて評価した。図面を参照して説明する。図５は、フローループ試験機１の模式図である。掘削流体（試料）２を、マッドタンク３からリターンタンク４へ送って、リターンタンク４内のヒーター４ａで掘削流体（試料）の温度が３０℃になるまで加温し、さらにマッドポンプ５を用いてアニュラーセクション６へ送り出した。このとき、アニュラーセクション６は、その下部（坑底）６aから上部（坑口）６ｂに向かう方向が鉛直上向き（ドリルパイプ１０の傾斜角が０°）になる向きに設置した。
　リターンタンク４からアニュラーセクション６へ送る過程にあるカッティングスフィーダ７にて、掘削流体（試料）２と、カッティングス貯蔵槽８にあるカッティングス９とを混合した。カッティングス９と混合した掘削流体（試料）２をアニュラーセクション６の下部（坑底）６aから注入し、カッティングス運搬状況及びカッティングス挙動を観察し、カッティングス運搬速度を算出した。
　アニュラーセクション６は、坑井を模したものであり、全長９ｍ、抗径（内径）０．１２７ｍ（＝５ｉｎｃｈ）のアニュラス部を模した円筒の内側に、０．０５２４ｍ（＝２．０６３ｉｎｃｈ）のドリルパイプ１０が配置されている。
　カッティングス９は、直径３ｍｍセラミックス製（赤白２種類）を用いた。視認性を高めるために白色のカッティングスに赤色のカッティングスを少量混入したものである。
　図６は、アニュラーセクション６のうち、カッティングス運搬状況、カッティングス挙動、及びカッティングス運搬速度の観察区画１１を説明する図面である。アニュラーセクション６のうち、中央部分の１ｍの観察区画１１を流れるカッティングス９をビデオカメラ１２（Ｓｏｎｙ製、ＦＤＲ－Ｘ３０００Ｒ、記録画素数：１９２０×１０８０、フレームレート：１２０ｆｐｓ、動画記録フォーマット：ＸＡＶＣ　Ｓ　ＨＤ、画角設定：広角）で撮影し、数値解析ソフトであるＭＡＴＬＡＢを用いてカッティングス９の挙動や速度を解析した。解析は、対象のフレームから色のしきい値を利用して抽出した赤色要素を対象に行った。
　掘削流体（試料）２の流量は、５０、４０、３０、２５及び２０ｍ３／ｈ；カッティングス９の注入量は、掘進率１０ｍ／ｈに相当する２．１Ｌ／ｍｉｎ；並びに、ドリルパイプ１０の回転速度は、０ｒｐｍ（回転なし）及び６０ｒｐｍの条件にて観察した。なお、ドリルパイプ１０の回転速度０ｒｐｍ（回転なし）で３分間、その後６０ｒｐｍにて３分間観察した。
　カッティングス運搬状況を解析し、評価した結果は表１２に示す。評価基準は以下のとおりである。
×：全てのカッティングスが滞留又は沈降した。
△：一部のカッティングスが滞留又は沈降した。
〇：全てのカッティングスが滞留又は沈降せずに円滑に運搬された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
　表１２に示すように、実施例の掘削流体を用いた場合、すべての流量において、すべてのカッティングスが滞留又は沈降せずに円滑に運搬された。一方、比較例の掘削流体を用いた場合には、流量が多い場合には比較的円滑に運搬される傾向となったが、流量が少ない場合には、一部のカッティングスが滞留又は沈降した。
　カッティングス挙動を解析し、評価した結果は表１３に示す。評価基準は以下のとおりである。
×：カッティングスの変位方向（垂直方向及び水平方向）並びに流速は不均一で不安定であった。
〇：カッティングスの変位方向（垂直方向及び水平方向）、並びに流速は一様で安定していた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
　表１３に示すように、実施例の掘削流体を用いた場合、流量２０ｍ３／ｈにおいて不安定になったが、流量２５～５０ｍ３／ｈにおいて、すべてのカッティングスが安定して、垂直方向に運搬された。一方、比較例の掘削流体を用いた場合には、流量３０又は２５ｍ３／ｈ以下において不安定な状態となった。なお、本開示において、垂直方向とは鉛直上向きであり、前記のとおり、アニュラーセクション６は、鉛直上向き（ドリルパイプ１０の傾斜角が０°）に設置したため、アニュラーセクション６の下部（坑底）６ａから上部（坑口）６ｂに向かう方向でもある。水平方向とは、前記垂直方向と直角をなす方向である。
　ドリルパイプ１０の回転速度０ｒｐｍ（回転なし）及び６０ｒｐｍのそれぞれにおける、カッティングスの運搬速度は、単位時間あたりの垂直方向の変位量から算出した。結果は表１４及び表１５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000018
　表１４及び表１５に示すように、実施例の掘削流体を用いた場合、ドリルパイプ１０の回転速度０ｒｐｍ（回転なし）及び６０ｒｐｍのいずれの条件においても、比較例Ａ－２の掘削流体を用いた場合に比べ、すべての流量において、カッティングスの運搬速度が速い。また、比較例Ａ－２の運搬速度に対する実施例Ａ－１の運搬速度の比率（増加率（％））が示すように、特に、流量が少ない場合に、増加率が高く、実施例の掘削流体による優れた運搬速度を有することが分かる。なお、比較例Ａ－１及び比較例Ａ－３は、不安定な挙動であったことから、運搬速度の算出はできなかった。
　ここで、掘削流体の流量とせん断速度の関係について説明する。管内における流量及びせん断速度は、それぞれ半径方向において分布が存在し、ニュートン流体の場合、ドリルパイプが無い管内においては、せん断速度は流路の中心付近で０（最小）、管壁部位で最大となる。掘削流体の代表的な非ニュートン流体（ビンガム塑性）の場合、ニュートン流体の分布とは厳密には異なるものの、せん断速度が流路の中心付近で最小、管壁部位で最大となる傾向はニュートン流体と同様であるあるため、計算の単純化を目的として、管内流動の簡易解析モデルとしてニュートン流体モデルを用いることが出来る。
　さらに、ニュートン流体モデルを用いることにより、図５に示すフローループ試験機１を用いた場合、掘削流体の流量と流速分布との関係は下記数式（４）で、掘削流体の流量とせん断速度の最大値との関係は下記数式（５）で示すことが出来る。下記数式（５）に基づけば、実験２におけるカッティングス運搬状況、カッティングス挙動、及びカッティングス運搬速度の評価条件では、掘削流体（試料）２の流量５０、４０、３０、２５及び２０（ｍ３／ｈ）は、それぞれ管内におけるせん断速度の分布範囲が０～１４５、０～１１６、０～８７、０～７２．５、０～５８（１／ｓ）に相当する。なお、坑井掘削におけるアニュラス部のせん断速度は、１０～１００（１／ｓ）程度であるとされる（参考：沖野文吉、ボーリング用泥水＜新版＞、1981年5月25日、第26頁）
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
　表１１、１２、１３及び１４から明らかなように、実施例の掘削流体は、特に低流量の条件において（つまり、低せん断速度領域に近い条件である程）、優れたカッティングス運搬状況、カッティングス挙動、及びカッティングス運搬速度を示す。この傾向は、低せん断速度及び高せん断速度領域の両方で、カッティングスをスムーズに運搬できることを示しており、実施例の掘削流体によれば、優れたカッティングストランスポート及びホールクリーニングの能力を有することが分かる。
　１　フローループ試験機
　２　掘削流体（試料）
　３　マッドタンク
　４　リターンタンク
　５　マッドポンプ
　６　アニュラーセクション
　７　カッティングスフィーダ
　８　カッティングス貯蔵槽
　９　カッティングス
　１０　ドリルパイプ
　１１　観察区画
　１２　ビデオカメラ

Claims (15)

  1. 　水、生分解性繊維、及び増粘剤を含有する掘削流体であって、
    前記増粘剤が生分解性多糖類を含み、
    前記生分解性多糖類が、前記掘削流体において０．０１ｇ／Ｌ以上５ｇ／Ｌ以下含まれる、掘削流体。
  2. 　前記増粘剤が前記生分解性多糖類である、請求項１に記載の掘削流体。
  3. 　前記生分解性繊維がポリヒドロキシアルカノエートからなる繊維である、請求項１又は２に記載の掘削流体。
  4. 　前記ポリヒドロキシアルカノエートが、下記一般式（１）で示される３－ヒドロキシアルカン酸を含む、請求項３に記載の掘削流体。
    ［－ＣＨＲ－ＣＨ２－ＣＯ－Ｏ－］　　　（１）
    　一般式（１）中、ＲはＣｐＨ２ｐ＋１で表されるアルキル基を示し、ｐは１～１５の整数を示す。
  5. 　前記ポリヒドロキシアルカノエートが、ポリ（３－ヒドロキシブチレート－コ－３－ヒドロキシヘキサノエート）である、請求項３に記載の掘削流体。
  6. 　前記生分解性繊維の繊維長が３ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、請求項１～５のいずれか一項に記載の掘削流体。
  7. 　前記生分解性繊維の含有量が、前記増粘剤１００重量部に対して、５重量部以上５００重量部以下である、請求項１～６のいずれか一項に記載の掘削流体。
  8. 　前記生分解性多糖類が、カルボキシメチルセルロース、ポリアニオニックセルロース、キサンタンガム及びグアガムよりなる群から選択される少なくとも一種である、請求項１～７のいずれか一項に記載の掘削流体。
  9. 　坑井に掘削流体を送入しながら前記坑井を掘削し、生じた掘屑を坑井外に排出する工程を有し、
    前記掘削流体は、水、生分解性繊維、及び増粘剤を含有し、
    前記増粘剤が生分解性多糖類を含み、
    前記生分解性多糖類が、前記掘削流体において０．０１ｇ／Ｌ以上５ｇ／Ｌ以下含まれる、掘削方法。
  10. 　前記増粘剤が前記生分解性多糖類である、請求項９に記載の掘削方法。
  11. 　前記掘削が海洋環境におけるライザー掘削又はライザーレス掘削である、請求項９又は１０に記載の掘削方法。
  12. 　前記掘削が海洋環境におけるライザーレス掘削である、請求項９又は１０に記載の掘削方法。
  13. 　ポリ（３－ヒドロキシブチレート－コ－３－ヒドロキシヘキサノエート）からなる繊維を含有する、掘削流体添加剤。
  14. 　前記掘削が海洋環境におけるライザー掘削又はライザーレス掘削である、請求項１３に記載の掘削流体添加剤。
  15. 　前記掘削が海洋環境におけるライザーレス掘削である、請求項１３に記載の掘削流体添加剤。
PCT/JP2020/022090 2019-06-07 2020-06-04 掘削流体、掘削方法及び掘削流体添加剤 WO2020246541A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/614,807 US11970654B2 (en) 2019-06-07 2020-06-04 Drilling fluid, drilling method, and drilling fluid additive
JP2021524900A JP7538505B2 (ja) 2019-06-07 2020-06-04 掘削流体、掘削方法及び掘削流体添加剤
EP20817634.7A EP3981853A4 (en) 2019-06-07 2020-06-04 DRILLING MUD, DRILLING PROCEDURES AND DRILLING MUD ADDITIVE
CN202080040429.7A CN113906194A (zh) 2019-06-07 2020-06-04 挖掘流体、挖掘方法及挖掘流体添加剂

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-107351 2019-06-07
JP2019107351 2019-06-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020246541A1 true WO2020246541A1 (ja) 2020-12-10

Family

ID=73652222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/022090 WO2020246541A1 (ja) 2019-06-07 2020-06-04 掘削流体、掘削方法及び掘削流体添加剤

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11970654B2 (ja)
EP (1) EP3981853A4 (ja)
JP (1) JP7538505B2 (ja)
CN (1) CN113906194A (ja)
WO (1) WO2020246541A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022118964A1 (ja) * 2020-12-04 2022-06-09 国立大学法人秋田大学 掘削流体、掘削方法及び掘削流体用添加剤

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6016872A (en) 1997-03-17 2000-01-25 Forta Corporation Method for removing debris from a well-bore
US20160108713A1 (en) * 2014-10-20 2016-04-21 Schlumberger Technology Corporation System and method of treating a subterranean formation
US20170081585A1 (en) * 2015-09-18 2017-03-23 Baker Hughes Incorporated Method of Diversion and Zonal Isolation in a Subterranean Formation Using a Biodegradable Polymer

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG49096A1 (en) * 1994-01-28 1998-05-18 Procter & Gamble Biodegradable 3-polyhydtoxybuyrate/3- polyhydroxyhexanoate copolymer films
WO1997026310A1 (en) 1996-01-17 1997-07-24 Great Lakes Chemical Corporation Viscosification of high density brines
JP2011225758A (ja) * 2010-04-21 2011-11-10 Sumitomo Seika Chem Co Ltd 掘削泥水用添加剤
JP2013087392A (ja) 2011-10-18 2013-05-13 Kaneka Corp 生分解性ポリエステル系ナノ繊維およびその製造方法
US8887808B2 (en) * 2011-11-09 2014-11-18 Halliburton Energy Services, Inc. Engineered methods and materials for wellbore strengthening in subterranean operations
US20150159477A1 (en) * 2013-12-11 2015-06-11 Schlumberger Technology Corporation Method of treating a subterranean formation
JP6717459B2 (ja) 2016-06-03 2020-07-01 国立大学法人信州大学 ナノ繊維の製造方法
US10662366B2 (en) 2016-08-09 2020-05-26 Schlumberger Technology Corporation Compositions and methods for servicing subterranean wells
US10352116B2 (en) 2017-11-16 2019-07-16 Saudi Arabian Oil Company ARC perm-squeeze RDF—a permeable plug forming rapidly dehydrating fluid

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6016872A (en) 1997-03-17 2000-01-25 Forta Corporation Method for removing debris from a well-bore
US6164380A (en) 1997-03-17 2000-12-26 Forta Corporation Method for clearing debris in a bore
US20160108713A1 (en) * 2014-10-20 2016-04-21 Schlumberger Technology Corporation System and method of treating a subterranean formation
US20170081585A1 (en) * 2015-09-18 2017-03-23 Baker Hughes Incorporated Method of Diversion and Zonal Isolation in a Subterranean Formation Using a Biodegradable Polymer

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BUNKICHI OKINO, DRILLING MUD FOR BORING, 25 May 1981 (1981-05-25), pages 26
See also references of EP3981853A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022118964A1 (ja) * 2020-12-04 2022-06-09 国立大学法人秋田大学 掘削流体、掘削方法及び掘削流体用添加剤

Also Published As

Publication number Publication date
EP3981853A4 (en) 2023-06-07
CN113906194A (zh) 2022-01-07
US20220228048A1 (en) 2022-07-21
EP3981853A1 (en) 2022-04-13
JP7538505B2 (ja) 2024-08-22
JPWO2020246541A1 (ja) 2020-12-10
US11970654B2 (en) 2024-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1141352C (zh) 非粘土型生物可降解钻井液及使用该钻井液的方法
EP2053111B1 (en) Drilling composition, process for its preparation and applications thereof
US6489270B1 (en) Methods for enhancing wellbore treatment fluids
US6258756B1 (en) Salt water drilling mud and method
US20070287636A1 (en) Drilling fluid additive and base fluid compositions of matter containing B100 biodiesels; and applications of such compositions of matter in well drilling, completion, and workover operations
EA011205B1 (ru) Раствор брейкерного флюида и способы с его использованием
CN103384708A (zh) 含有交联聚丙烯酸的水性钻井流体
EP2814902B1 (fr) Utilisation et procedes, mettant en oeuvre un agent inhibiteur de gonflement des argiles
WO2022118964A1 (ja) 掘削流体、掘削方法及び掘削流体用添加剤
WO2020246541A1 (ja) 掘削流体、掘削方法及び掘削流体添加剤
CN108504339A (zh) 一种适用于致密油藏的水基钻井液及其制备方法和应用
Oseh et al. Transports of different cuttings sizes in a wellbore using henna and lignite materials
CN101501159A (zh) 改进的高性能水基钻井液
WO2007146067A2 (en) Drilling fluid additive and base fluid compositions of matter containing b100 biodiesels; and applications of such compositions of matter in well drilling, completion, and workover operations
US11591508B2 (en) Oil-based drill-in fluid with enhanced fluid loss properties
US20170114265A1 (en) Water-based drilling fluid for reducing bitumen accretion
RU2230092C2 (ru) Буровые растворы
CN104497996B (zh) 一种硝酸钙环保钻井液及制备方法
Tabzar et al. Effectiveness of colloidal gas aphron fluids formulated with a biosurfactant enhanced by silica nanoparticles
AU2014402851B2 (en) Polymer-based drilling fluids containing non-biodegradable materials and methods for use thereof
US11279863B2 (en) Thermoassociative polymers in subterranean treatment fluids
US20200172787A1 (en) Treatment fluids containing high density iodide brines
JP2843997B2 (ja) 高温度用泥水組成物
RU2274651C1 (ru) Полимерглинистый раствор для бурения скважин в многолетнемерзлых породах
US11773705B1 (en) Changing calcium carbonate particle size with starch for reservoir fluids

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20817634

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021524900

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2020817634

Country of ref document: EP