具备由降解性材料形成的心轴的钻井用堵塞器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明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。
【背景技术】
[0002]石油或天然气等油气资源是通过含有具有多孔质及浸透性的地下层的井(油井或气井。有时会统称为“坑井”)开采而生产出的。随着能源消耗的增大，坑井的高深度化日益推进，世界上已经出现了深度超过9000m的挖掘记录，在日本也已经出现了超过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(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。
[0003]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m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(是指用来形成坑井而设置的孔，有时也会称为“钻井”)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已受到了众人关注。
[0004]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)，并将其送入钻井孔内，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。
[0005]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。此外，为了在支撑剂之间形成可通过页岩油、页岩气等的流道，在压裂液中有时还会含有channelanto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。
[0006]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)，通常采用了以下方法。也就是说，对于在地下数千m的地层内挖掘出的钻井孔(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。
[0007]不仅是新的坑井挖掘，有时对于已经形成的钻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，有时也会闭塞钻井孔，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。
[0008]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在公开了一种可实施钻井孔的闭塞和固定的堵塞器(有时也会称为“压裂塞”、“桥塞”或“封隔器”等)。
[0009]专利文献2在公开了一种钻井用钻井堵塞器(以下有时会简称为“堵塞器”)，具体地说，这种堵塞器具备在轴方向上具有中空部的心轴(主体)，并且在与心轴的轴方向垂直的外周面上，沿轴方向具有环或环状构件(annular member)、第I圆锥状构件(conicalmember)及卡瓦(slip)、由弹性体或橡胶等形成的可锻性要素(malleable element)、第2圆锥状构件及卡瓦、以及抗旋转机构(ant1-rotat1n feature)。利用钻井用钻井堵塞器对钻井孔实施的封锁如下所述。也就是说，通过使心轴向该轴方向移动，缩小环或环状构件与抗旋转机构的间隙，从而使卡瓦与圆锥状构件的倾斜面抵接，并沿圆锥状构件前进，因此会向外侧呈放射状扩大并与钻井孔的内壁抵接，固定在钻井孔上，并且可锻性要素会发生扩径变形，抵接于钻井孔的内壁，将钻井孔进行封锁。心轴上存在轴方向的中空部，并将球体等放置在其中，因此能够封锁钻井孔。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。另一方面，根据记载，球体等除了之前说明的材料以外，还可使用会因温度、压力、pH(酸、碱)等而分解的材料。
[0010]钻井用的钻井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(以下有时会统称为“石油和天然气”或“石油及/或天然气”)等的阶段中，必须将它们去除。堵塞器通常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经费和时间。此外，也有采用特殊设计可在使用后进行回收的堵塞器(retrievable plug)，但堵塞器需要放置在高深度地下，因此要将其全部回收需要大量的经费和时间。
[0011]专利文献3中，公开了一种一次性钻井工具(表示钻井堵塞器等)或其构件，其使用了会在曝露于坑井内的环境时进行分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体。并且，在专利文献3在记载了在轴方向上具有流通孔(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方向垂直的外周面上沿轴方向由上部密封要素、中心密封要素以及下部密封要素构成的封隔器要素集合体(packer element assembly)、以及卡瓦和机械性卡瓦主体(mechanical slip body)的组合。此外，根据记载，通过在圆筒状主体部件的流通孔中放置球体，可仅允许流体单向流动。但是，在专利文献3中并未记载钻井工具或其构件中的任一者有无使用含有生物降解性材料的材料。
[0012]随着能源资源确保和环境保护等要求的提高，特别是在非常规资源的开采日益扩大的背景下，高深度化等开采条件越来越严格，因此作为钻井用堵塞器，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。
[0013]现有技术文献
[0014]专利文献
[0015]【专利文献I】日本专利特表2003-533619号公报(与国际专利国际公开第01/088333 号对应)
[0016]【专利文献2】美国专利申请公开第2011/0277989号说明书
[0017]【专利文献3】美国专利申请公开第2005/0205266号说明书
【发明内容】
[0018]要解决的技术问题
[0019]本发明的课题在于，提供一种在高深度化等开采条件日益严格的背景下，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。并且，本发明的课题还在于，提供一种使用该钻井用堵塞器的钻井方法。
[0020]技术方案
[0021]本发明者等为解决所述课题，深入研究后发现，通过在心轴的外周面设置环和可扩径的环状橡胶部件等，并且使用特有的物质作为它们的材料，能够解决所述课题，并完成了本发明。
[0022]也就是说，根据本发明的第I方面，提供(I) 一种钻井用堵塞器，其特征在于，具有:(a)心轴，其由降解性材料形成；
[0023](b) 一对环，其中至少一个由降解性材料形成，并且放置在与心轴的轴方向垂直的外周面上；以及
[0024](c)至少一个可扩径的环状橡胶部件，其在与心轴的轴方向垂直的外周面上、放置在一对环之间的位置上。
[0025]此外，作为本发明的第I方面所涉及的发明的具体方式，提供以下⑵?(30)所述的钻井用堵塞器。
[0026](2)如所述(I)的钻井用堵塞器，其中，心轴由温度60°C时的拉伸强度为50MPa以上的降解性材料形成。
[0027](3)如所述(I)或⑵的钻井用堵塞器，其中，心轴由温度66°C时的剪切应力为30MPa以上的降解性材料形成。
[0028](4)如所述(I)?(3)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，心轴在温度66°C时的拉伸载重为5kN以上。
[0029](5)如所述⑴?(4)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，心轴由含有强化材料的脂肪族聚酯形成。
[0030](6)如所述⑴?(5)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，心轴在温度66°C的水中浸渍I小时后的厚度减少小于5_，在温度149°C的水中浸渍24小时后的厚度减少为10mm以上。
[0031](7)如所述⑴?(6)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，心轴具有沿轴方向设置的中空部。
[0032](8)如所述(7)的钻井用堵塞器，其中，心轴的中空部外径与心轴直径的比率为0.7以下。
[0033](9)如所述⑴?⑶中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，心轴具有固定部，用于将可扩径的环状橡胶部件以压缩状态固定于外周面上。
[0034](10)如所述(9)的钻井用堵塞器，其中，固定部是选自由沟槽、阶梯部以及螺纹所组成的群组中的至少一个。
[0035](11)如所述⑴?(10)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，心轴外周面的加工部分的曲率半径为0.5mm以上。
[0036](12)如所述⑴?(11)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，心轴的外周面具有被金属保护的部位。
[0037](13)如所述⑴?(12)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，心轴与一对环中的一个环形成为一体。
[0038](14)如所述(13)的钻井用堵塞器，其中，其通过一体成型而形成。
[0039](15)如所述(13)的钻井用堵塞器，其中，其通过机械加工而形成。
[0040](16)如所述⑴?(15)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，一对环由温度66°C时的剪切应力为30MPa以上的降解性材料形成。
[0041](17)如所述⑴?(16)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，可扩径的环状橡胶部件在心轴轴方向上的长度为心轴长度的10?70%。
[0042](18)如所述⑴?(17)中任一项所述的钻井用堵塞器，其中，具备多个可扩径的环状橡胶部件。
[0043](19)如所述⑴?(1