具备由具有降解性的橡胶材料形成的可扩径的环状橡胶构件的钻井用堵塞器制造技术

本发明专利技术提供一种钻井用堵塞器，其具备：芯轴，和设置在其外周面上的至少1个可扩径的环状橡胶构件和至少1个卡瓦，其中，(i)芯轴由降解性材料形成，并且，(ii)至少1个可扩径的环状橡胶构件由具有如下降解性的橡胶材料形成的钻井用堵塞器：在温度为150℃的水中浸渍24小时后的50％应变压缩应力，相对于浸渍前的该压缩应力的降低率为5％以上，以及/或者，在温度为150℃的水中，浸渍72小时后的质量，相对于浸渍前的质量的减少率为5～100％。本发明专利技术还提供使用所述钻井用堵塞器，进行钻井孔的封堵处理后，该堵塞器的部分或全部被降解的钻井方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种为开发石油或天然气等油气资源而进行的钻井作业中使用的钻井用堵塞器以及钻井方法。
技术介绍
石油或天然气等油气资源是通过具有多孔性及渗透性的地下层的井，来进行挖掘和生产。上述井为油井或者气井。有时统称为“坑井”。伴随着能源消耗的增大，坑井也不断高深度化，目前世界上已经有深度超过9000m的挖掘纪录，在日本也有超过6000m的高深度坑井。在继续被开采的坑井中，有的地下层随着时间经过而浸透性下降，甚至浸透性原本就并不充分，为了从这些地下层中继续有效地开采油气资源，会对生产层进行刺激(stimulate)，作为刺激方法，已知有酸处理和破碎方法，参照专利文献I。酸处理是将盐酸或氢氟酸等强酸的混合物注入生产层中，通过使基岩的反应成分，即碳酸盐、粘土矿物、硅酸盐等溶解，来增加生产层的浸透性的方法，但已被指出了因使用强酸而产生的各种问题，而且包括各种对策在内还被提出了成本增大的问题。于是，利用流体压力在生产层形成龟裂即裂缝(fracture)的方法，也称为“压裂法”或“水压破碎法”受到了关注。水压破碎法是利用水压等流体压力，以下有时会简称为“水压”，在生产层产生龟裂的方法，这种生产层的刺激方法，一般为先挖掘垂直孔，接着将垂直孔折弯，在地下数千米的地层内挖掘水平孔，然后利用高压将压裂液送入这些钻井孔内，这些钻井孔是指用来形成坑井而设置的孔，有时也会称为“钻井”，并利用水压在高深度地下的生产层，即产出石油或天然气等油气资源的层中产生龟裂即裂缝，并通过该裂缝采集油气资源。水压破碎法的有效性在所谓页岩油即在页岩中成熟的油、页岩气等非常规资源的开发中也已受到了关注。在水压消失时，通过水压等流体压力形成的龟裂即裂缝会因地层压力立即闭塞。为了防止龟裂即裂缝的闭塞，会在压裂液即用于裂缝的钻井处理液中含有支撑剂(proppant)，并将其送入钻井孔内，在龟裂即裂缝处配置支撑剂。作为压裂液中含有的支撑剂，可使用无机或有机材料，但考虑到尽可能的在长时间、高温高压的高深度地下的环境内能够防止裂缝闭塞的观点，以往使用了二氧化硅、氧化铝等无机物粒子，通常广泛地使用了砂粒、例如20/40目的砂粒等。作为压裂液等钻井处理液，可使用各种类型的水基、油基以及乳浊液。由于要求钻井处理液具有可将支撑剂搬运至在钻井孔内产生裂缝的位置的功能，所以通常在要求其具有规定的粘度并且支撑剂的分散性良好的同时，还要求其后处理容易、环境负荷小等。此夕卜，为了在支撑剂之间形成页岩油、页岩气等可通过的流道，在压裂液中有时还会含有沟道剂(channe Iant)。因此，钻井处理液中，除了支撑剂以外，还会使用沟道剂(channel ant)、胶凝剂、阻垢剂、用于溶解岩石等的酸、以及摩擦改良剂等各种添加剂。为了使用压裂液，利用水压在高深度地下的生产层，即产出页岩油等石油或页岩气等天然气等的油气资源的层中产生龟裂即裂缝，通常采用以下方法。也就是说，对于在地下数千米的地层内挖掘出的钻井孔即钻井，从钻井孔的前端部开始依序进行封堵，并且将规定区域部分闭塞，利用高压将压裂液送入该闭塞区域内，实施在生产层产生龟裂的压裂。接着，闭塞下一个规定区域，通常为先行区域的前一个区域，即地上侧的区域实施压裂。以下，重复实施该工序，直至完成必要的封堵和压裂。不仅是新的钻井，有时对于已经形成的钻井孔的所期望的区域，也有时再次通过压裂来对生产层实施刺激。此时，也同样地反复实施钻井孔的闭塞和压裂等操作。此外，为了实施坑井的完井，也有时闭塞钻井孔，隔断来自下部的流体，在实施该上部的完井后，再解除闭塞。作为实施钻井孔的闭塞和压裂等的方法，已知有各种方法，例如在专利文献2和专利文献3中公开了一种可实施钻井孔的闭塞和固定的堵塞器，有时也称为“压裂塞”、“桥塞”或“封隔器”等。专利文献2中公开了一种钻井用钻井堵塞器，以下有时简称为“钻井用堵塞器”或者“堵塞器”，具体而言，这种堵塞器具备在轴向上具有中空部的芯轴即主体，并且在与芯轴的轴向垂直的外周面上，沿轴向具有环或环状构件(annular member)、第I圆锥状构件(coni cal member)及卡瓦(slip)、由弹性体或橡胶等形成的可锻性元件(malleableelement)、第2圆锥状构件及卡瓦、以及抗旋转机构(ant1-rotat1n feature)。利用该钻井用堵塞器对钻井孔实施的闭塞如下所述。也就是说，随着通过芯轴的轴向上移动，而环或者环状构件与防旋转装置之间的间隙缩小，从而卡瓦同圆锥状构件的倾斜面抵接，且沿着圆锥状构件前进，从而以放射状扩径而移动，接着，卡瓦的前端与钻井孔的内壁相抵接，从而被固定在钻井孔内，以及可锻性元件伴随着芯轴的轴向距离缩小而扩径变形，并与钻井孔的内壁相抵接，从而闭塞钻井孔。根据记载，作为形成堵塞器的材料，可广泛列举铝、钢、不锈钢等金属材料、纤维、木、复合材料以及塑料等，优选为含有碳纤维等强化材料的复合材料、特别是环氧树脂及酚醛树脂等聚合物复合材料，芯轴由铝或复合材料形成。钻井用堵塞器直至坑井完成为止，被依次配置在钻井孔内，而在开始生产页岩油等石油或者页岩气等天然气的阶段，以下有时候会统称为开始生产“石油和天然气”的阶段，需要消除作为钻井用堵塞器构件的卡瓦和可扩径的环状橡胶构件所形成的钻井孔的闭塞，并去除该堵塞器。堵塞器通常未设计成在使用后可解除闭塞并回收，因此会通过破碎、穿孔等方法使其破碎或实现小片化来进行去除，但破碎和穿孔等必须花费大量经费和时间。此外，也有特殊设计的、在使用后可收回的堵塞器(retrievable plug)，不过由于堵塞器设置在高深度地下，因此要将其全部回收，要耗费大量经费和时间。专利文献3中，公开了一种一次性钻井工具即钻井堵塞器等，或其构件，其使用了会在曝露于坑井内的环境时进行降解的生物降解性材料，并且作为生物降解性材料，公开了聚乳酸等脂肪族聚酯等降解性聚合物。并且，在专利文献3中记载了在轴向上具有流通孔(flow bore)的圆筒状主体部件(tubular body element)、在与该圆筒状主体部件的轴向垂直的外周面上沿轴向由上部密封元件、中心密封元件以及下部密封元件构成的封隔器元件集合体(packer element assembly)、以及卡瓦和机械性卡瓦主体(mechanical slipbody)的组合。此外，还公开了在圆筒状主体构件的流通孔中，通过设置球，从而只允许流体朝向一个方向流动的技术。但是，在专利文献3中并未记载钻井工具或其构件中的任意一者有无使用含有生物降解性材料的材料。由于对能源资源的确保以及环境保护等的要求在提高，特别是在非常规资源的采掘扩大的情况下，高深度化等采掘条件变得越来越严峻。作为钻井用堵塞器，要求一种能够切实地实施钻井孔的闭塞和压裂，并且能够容易地将其去除并确保流道，从而能够削减钻井的经费并缩短工序的钻井用堵塞器。因此，对于具有最合适的机械性特性等的材料的选定和组成的最优化、形成该堵塞器构件的厚度等的形状的最优化、构件的组合等，在钻井用堵塞器这样一种功能材料的制约之内，进行了各种试错，但是，还尚未找到能够充分满足要求的。现有技术文献专利文献专利文献1:日本专利特表2003-533619号公报(与国际专利国际公开第01/0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻井用堵塞器，其具备：芯轴，和设置在与芯轴的轴向垂直的外周面上的至少1个可扩径的环状橡胶构件和至少1个卡瓦，其特征在于，(i)芯轴由降解性材料形成，并且，(ii)至少1个可扩径的环状橡胶构件，由具有如下降解性的橡胶材料形成，即在温度为150℃的水中浸渍24小时后的50％应变压缩应力，相对于浸渍前的50％应变压缩应力的降低率为5％以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：大仓正之，高桥健夫，
申请(专利权)人：株式会社吴羽，
类型：发明
国别省市：日本;JP