钻井工具用可扩径的环状分解性密封构件、钻井用堵塞器、以及钻井方法技术

本发明专利技术提供一种可扩径的环状密封构件，即钻井工具用分解性密封构件，其中，可扩径的环状密封构件具备沿轴向划分的两个以上的环状构件，并且各个环状构件由硬度在A60～D80范围内的具有分解性的高分子材料形成；一种钻井用堵塞器；以及使用该钻井工具用分解性密封构件的钻井方法。

【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等的钻井工具用分解性密封构件、钻井用堵塞器、以及钻井方法。
技术介绍
石油或者天然气等的油气资源是通过具有多孔性及渗透性的地下层的井(油井或气井。有时统称为“坑井”)来进行挖掘和生产。伴随着能源消耗的增大，坑井也不断高深度化，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。在继续开采的坑井中，有的地下层会随着时间经过而降低浸透性，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(专利文献1)。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(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(裂缝、fracture)的方法(也称为“压裂法”或“水压破碎法”)受到了人们关注。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坑井孔(是指用来形成坑井而设置的孔，有时也称为“钻孔”)内，并利用水压在高深度地下的生产层(产出石油或天然气等油气资源的层)中产生龟裂(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(在页岩中成熟的油)、页岩气等非常规资源的开发中也受到了众人关注。在水压消失时，通过水压等流体压力形成的龟裂(裂缝)会因地层压力立即闭塞。为了防止龟裂(裂缝)的闭塞，会在压裂液(即用于裂缝的坑井处理液)中含有支撑剂(proppant)，并将其送入坑井孔内，在龟裂(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，但考虑到可在尽量长的时间、高温高压的高深度地下的环境内防止裂缝闭塞的观点，以往会使用二氧化硅、氧化铝等无机物粒子，通常使用砂粒、例如20/40目的砂粒等。作为压裂液等坑井处理液，可使用各种类型的水基、油基以及乳浊液。由于要求坑井处理液具有可将支撑剂搬运至在坑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。此外，压裂液中有时候还含有channelant，其目的在于在支撑剂之间形成能够流通页岩油、页岩气等的流路。因此，坑井处理液中，除了支撑剂以外，还会使用channelant、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(产出页岩油等石油或页岩气等天然气等的油气资源的层)产生龟裂(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坑井孔(钻孔)，从坑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，实施会在生产层产生龟裂的压裂。接着，闭塞下一个规定区域(通常为较之前区域更近、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。不仅是新的坑井挖掘，有时对于已经形成的坑井孔的所期望的区域，也会再次通过压裂来对生产层实施刺激。此时，也同样地会反复实施坑井孔的闭塞和压裂等操作。此外，为了实施坑井的完井，有时也会闭塞坑井孔，隔断来自下部的流体，在实施过该上部的完井后，再解除闭塞。作为实施坑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，公开了一种可实施坑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孔堵塞器(以下有时称为“钻井用堵塞器”或简称为“堵塞器”)，具体地说，这种堵塞器具备在轴向上具有中空部的心轴(主体)，并且在与心轴的轴向垂直的外周面上，沿轴向具有环或环状构件(annularmember)、第1圆锥状构件(conicalmember)及卡瓦(slip)、由弹性体或橡胶等形成的可锻元件(malleableelement)、第2圆锥状构件及卡瓦、以及抗旋转机构(anti-rotationfeature)。利用钻井用堵塞器对坑井孔实施的堵塞如下所述。也就是说，通过使心轴在其轴向上移动，令环或者环状构件与防旋转装置之间间隙缩小，同时令卡瓦同圆锥状构件的倾斜面抵接，且通过沿着圆锥状构件前进，而呈放射状进行扩径地移动之后，卡瓦的顶端与坑井孔的内壁抵接，从而固定在坑井孔上，以及随着心轴的轴向距离的缩小可锻元件直径扩大变形并同坑井孔的内壁抵接，从而封闭坑井孔。根据记载，作为形成堵塞器的材料，可广泛列举金属材料(铝、钢、不锈钢等)、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体复合材料，心轴由铝或复合材料形成。钻井用堵塞器依序配置在坑井内，直至坑井完成，但在开始生产页岩油等石油或页岩气等天然气(以下有时统称为“石油或天然气”)等的阶段中，需要解除作为钻井用堵塞器的构件的卡瓦以及可扩径的环状密封构件对坑井孔的堵塞，并且去除该堵塞器。堵塞器通常并未设计成在使用后可解除闭塞进行回收，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时间和经费。此外，也有特殊设计的、在使用后可收回的堵塞器(retrievableplug)，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(表示钻孔堵塞器等)或其构件，其使用了会在曝露于坑井内的环境时进行分解的生物分解性材料，并且作为生物分解性材料，公开了聚乳酸等脂肪族聚酯等分解性聚合体。并且，在专利文献3中，记载了在轴向上具有流通孔(flowbore)的圆筒状主体部件(tubularbodyelement)、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(packerelementassembly)、以及卡瓦和机械性卡瓦主体(mechanicalslipbody)的组合。此外，还公开了在圆筒状主体构件的流通孔中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可扩径的环状密封构件，即钻井工具用分解性密封构件，其特征在于，可扩径的环状密封构件具备沿轴向划分的两个以上的环状构件，并且各个环状构件由硬度在A60～D80范围内的具有分解性的高分子材料形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.27 JP 2013-271310;2014.06.20 JP 2014-127561.一种可扩径的环状密封构件，即钻井工具用分解性密封构件，其
特征在于，
可扩径的环状密封构件具备沿轴向划分的两个以上的环状构件，并
且
各个环状构件由硬度在A60～D80范围内的具有分解性的高分子材
料形成。
2.根据权利要求1所述的钻井工具用分解性密封构件，其特征在于，
形成两个以上环状构件的高分子材料各自的、于温度150℃的水中浸泡
后的50％应变压缩应力，相对于浸泡前的50％应变压缩应力的降低率为
5％以上的时间之差为2日以内。
3.根据权利要求1或2所述的钻井工具用分解性密封构件，其特征
在于，形成各个环状构件的高分子材料于温度150℃的水中浸泡72小时
后的质量，相对于浸泡前的质量的减少率为5至100％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的钻井工具用分解性密封构
件，其特征在于，形成各个环状构件的高分子材料在干燥环境下稳定，
在温度23℃的水中浸泡6小时后的50％应变压缩应力，相对于浸泡1小
时后的50％应变压缩应力的降低率为不足5％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的钻井工具用分解性密封构
件，其特征在于，各个环状构件于温度66℃的拉伸断裂应变为50％以上，
70％的应变压缩应力为10MPa以上并且压缩断裂应变为50％以上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的钻井工具用分解性密封构
件，其特征在于，各个环状构件在温度66℃中，相对于压缩应变5％的
压缩应力，压缩应变70％的压缩应力的比例为5倍以上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的钻井工具用分解性密封构
件，其特征在于，可扩径的环状密封构件配置在与心轴的轴向垂直的外
周面上，并且，至少一个环状构件通过向轴向压缩而扩径，并堵塞钻孔
的内壁与可扩径的环状密封构件之间的间隙，至少另一环状构件通过堵
塞心轴与可扩径的环状密封构件之间的间隙而具有阻断流体的功能。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的钻井工具用分解性密封构
件，其特征在于，具有分解性的高分子材料含有选自由聚氨酯橡胶、丙
烯酸酯橡胶、聚酯系热可塑性弹性体、聚酰胺系热可塑性弹性体、天然
橡胶、异戊二烯橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、苯乙烯橡胶、脂肪族聚酯
橡胶以及氯丁橡胶组成的组中的至少一种橡胶材料。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的钻井工具用分解性密封构
件，其特征在于，具有分解性的高分子材料含有具有水解性官能基的高
分子材料。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的钻井工具用分解性密封构
件，其特征在于，具有分解性的高分子材料含有具有氨基甲酸酯键、酯
键或酰胺键中的至少一种键的高分子材料。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的钻井工具用分解性密封构
件，其特征在于，具有分解性的高分子材料含有选自由聚氨酯橡胶、聚
酯系热可塑性弹性体以及聚酰胺系热可塑性弹性体组成的组中的至少一
种。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的钻井工具用分解性密封构
件，其特征在于，具有分解性的高分子材料相对于所述具有分解性的高
分子材料100质量份，含有分解促进剂0.1～20质量份。
13.根据权利要求12所述的钻井工具用分解性密封构件，其特征在
于，分解促进剂为酸性物质。
14.根据权利要求13所述的钻井工具用分解性...

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