堵塞器、保持构件以及使用了该堵塞器的坑井挖掘方法与流程

本发明涉及一种用于坑井挖掘的堵塞器和保持构件以及使用了该堵塞器的坑井挖掘方法。

背景技术：

为了进行用于通过水力压裂等采掘页岩油/气体的坑井孔的阻塞和固定，开发出被称为井下工具的各种各样的工具。作为这些井下工具的一种，已知有井下堵塞器。该井下堵塞器的功能之一是构成井下堵塞器的规定的构件抵接于坑井孔的内壁，井下堵塞器被固定于坑井孔，并且通过构成该井下堵塞器的弹性构件等阻塞坑井孔(例如，专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开2011/0277989号(2011年11月17日公开)

技术实现要素：

发明要解决的问题

再者，在通过弹性构件阻塞坑井孔的井下工具的情况下，若未控制弹性构件的变形，则存在以下问题：因未预期的弹性构件的变形而无法得到所期望的效果，最坏的情况下，会引起构成井下堵塞器的其他零件的破损。使用图6和图7对该问题进行详细说明。

图6和图7是用于说明以往的井下堵塞器的问题点的参考图。图6是概略地表示以往的井下堵塞器的轴向的剖面的一部分的图。图7是表示图6所示的井下堵塞器的一部分的图。需要说明的是，为了说明的方便，在图6和图7中，将井下堵塞器的轴向表示为纸面左右方向，但在实际使用时，井下堵塞器有时也以井下堵塞器的轴向沿坑井孔的深度方向的方式来配置。此外，在图7中，简化了图6中所示的一部分的构件的形状。

首先，如图6所示，井下堵塞器100具备：心轴101；弹性构件102；在弹性构件102的一侧与弹性构件102邻接地配置的保持构件103；以夹住弹性构件102和保持构件103方式配置的锥体104、105；一对滑卡(slip)106a、106b；以及一对环构件107a、107b。

在坑井孔(未图示)中，如图7的(a)所示，在配置于坑井孔的内部的壳体20内设置有井下堵塞器100。在通过井下堵塞器100阻塞坑井孔时，心轴101沿轴向移动，由此，随着锥体105与保持构件103的间隙缩小，弹性构件102变形，弹性构件102向心轴101的轴的外周方向外侧扩展。然后，弹性构件102与壳体20抵接，由此，井下堵塞器100与壳体20之间被阻塞。之后，通过在心轴101的轴向的中空部设置球(ball)等来阻塞坑井孔。接着，在阻塞后的划分内从锥体105侧以高压送入流体，在生产层进行使裂纹产生的水力压裂。

再者，在未控制弹性构件102的变形的情况下，在弹性构件102因施加于锥体105的压力而变形时，如图7的(b)中以箭头所示那样，弹性构件102进入心轴101与保持构件103之间。这样，通过进入心轴1与保持构件103之间的弹性构件102，引起心轴101的紧固或拉伸。其结果是，恐怕会在心轴101产生变形或者使构成井下堵塞器的其他零件(未图示)破损。

需要说明的是，上述的保持构件103有时与锥体104一体化。参照图8对具备这样的构成的井下堵塞器进行说明。

图8是以往的井下堵塞器的另一方案，是概略地表示井下堵塞器的轴向的剖面的一部分的图。需要说明的是，为了说明方便，对具有与图6所示的构件相同功能的构件标注相同的附图标记，省略其说明。

如图8所示，在井下堵塞器200中，保持部203形成为图6所示的保持部103与锥体104一体化。即使是这样的井下堵塞器200，也会产生与上述的井下堵塞器100(参照图6)相同的问题。

本发明是鉴于上述的问题点而完成的，其目的在于提供一种堵塞器，是坑井挖掘用的堵塞器，在阻塞坑井孔时，不会对构成堵塞器的构件造成破坏等影响。

技术方案

为了解决上述问题，本发明的堵塞器是设于挖掘时的坑井的具有使坑井孔阻塞的功能的堵塞器，具备：中空的筒状构件；环状的弹性构件，装配于筒状构件的外周面，受到压力而变形；以及环状的保持构件，在筒状构件的外周面，在弹性构件受到的压力的下游侧与弹性构件邻接地装配，保持构件构成为包括：环状的内侧部，与筒状构件的外周面相接；以及环状的外侧部，具有与内侧部相同或大于上述内侧部的内径，可动地装配于内侧部，外侧部具有与上述弹性构件对置的面。

此外，本发明提供一种用于设于挖掘时的坑井的具有使坑井孔阻塞的功能的堵塞器的保持构件。本发明的保持构件是用于设于挖掘时的坑井的具有使坑井孔阻塞的功能的堵塞器的环状的保持构件，堵塞器具备：中空的筒状构件；以及环状的弹性构件，装配于筒状构件的外周面，受到压力而变形，保持构件在筒状构件的外周面，在弹性构件受到的压力的下游侧与弹性构件邻接地装配，保持构件构成为包括：环状的内侧部，与筒状构件的外周面相接；以及环状的外侧部，具有与上述内侧部相同或大于上述内侧部的内径，可动地装配于内侧部，外侧部具有成为与上述弹性构件对置的面。

本发明还提供一种坑井挖掘方法。本发明的坑井挖掘方法使用了本发明的堵塞器。

有益效果

根据本发明，能提供一种在阻塞坑井孔时，不会对构成堵塞器的构件造成破坏等影响的堵塞器。

附图说明

图1是概略地表示本发明的一实施方式的井下堵塞器的轴向的剖面的一部分的图。

图2是本发明一实施方式的管套内侧部和管套外侧部的剖面立体图。

图3是示意性地表示在本发明的一实施方式的井下堵塞器中，橡胶变形的状态的图，(a)表示施加压力前，(b)表示施加压力后。

图4是概略地表示本发明的第一个另一方案的井下堵塞器的轴向的剖面的一部分的图。

图5是概略地表示本发明的第二个另一方案的井下堵塞器的轴向的剖面的一部分的图。

图6是概略地表示以往的井下堵塞器的轴向的剖面的一部分的图。

图7是表示图6所示的井下堵塞器的一部分的图，(a)表示施加压力前，(b)表示施加压力后。

图8是以往的井下堵塞器的另一方案，是概略地表示井下堵塞器的轴向的剖面的一部分的图。

具体实施方式

〔井下堵塞器〕

首先，基于图对本发明的井下堵塞器(堵塞器)和管套(保持构件)的一实施方式进行说明。

图1是概略地表示本实施方式的井下堵塞器的轴向剖面的一部分的图。如图1所示，井下堵塞器10具备：心轴1(筒状构件)；密封构件(弹性构件)2；管套(保持构件)3；锥体4、5；一对滑卡6a、6b；以及一对环状固定构件7a、7b。

需要说明的是，为了说明的方便，在图1中，将井下堵塞器的轴向表示为纸面左右方向，但在实际使用时，井下堵塞器有时也以井下堵塞器的轴向沿坑井孔的深度方向的方式来配置。

井下堵塞器10是为了进行坑井孔(未图示)的阻塞和固定而使用的坑井挖掘用的工具。

心轴1是用于确保井下堵塞器10的强度的构件，具有中空形状。

密封构件2是环状的橡胶构件，在管套3与锥体5之间，装配于心轴1的轴向外周面上。密封构件2在井下堵塞器10受到压力时变形。密封构件2优选由例如即使在高温高压下的环境下，也不会失去密封构件2对坑井孔的阻塞功能的材料形成。作为形成密封构件2的优选材料，例如可列举出：丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、丙烯酸橡胶以及氟橡胶等。此外，可以使用：肪族聚酯系橡胶、聚氨酯橡胶、天然橡胶、聚异戊二烯、丙烯酸橡胶、脂肪族聚酯橡胶、聚酯系热塑性弹性体，或聚酰胺系热塑性弹性体等分解性橡胶。

管套3是环状的构件，在心轴1的轴向外周面上，在密封构件2受到的压力的下游侧与密封构件邻接地装配。

在本实施方式中，管套3包括环状的管套内侧部31和管套外侧部32。管套外侧部32可动地装配于管套内侧部31。需要说明的是，关于管套3的详情见后文叙述。

在对一对滑卡6a、6b向密封构件2侧施加压力的情况下，锥体4、5形成为滑卡6a、6b在锥体4、5各自的倾斜面滑动。

固定构件7a、7b是环状构件，对滑卡6a、6b相对于心轴1的轴向的位置进行固定。固定构件7a、7b在心轴1的外周面上，与滑卡6a、6b邻接地配置。

在本实施方式中，作为形成心轴1、管套3、锥体4、5、一对滑卡6a、6b以及一对固定构件7a、7b的材料，例如可列举出：铝、钢或不锈钢等金属材料、纤维、木、复合材料以及树脂等。心轴1例如可以由含有碳纤维等增强剂的复合材料，具体而言，例如，含有环氧树脂及以及酚醛树脂等聚合物的复合材料等形成。心轴1、管套3、锥体4、5、一对滑卡6a、6b以及一对固定构件7a、7b优选分别由分解性树脂或分解性金属形成。由此，在使用井下堵塞器10进行坑井处理后，井下堵塞器10的去除变得容易。

需要说明的是，在本说明书中，“分解性树脂或分解性金属”是指能通过生物降解或水解而溶解于水或坑井内的烃，进一步通过某种化学方法分解、脆化而使其简单地崩解的树脂或金属。作为分解性树脂，例如可列举出：聚乳酸(pla)、聚乙醇酸(pga)等羟基羧酸系脂肪族聚酯、聚己内酯(pcl)等内脂系脂肪族聚酯、聚琥珀酸乙二酯、聚琥珀酸丁二醇酯等二醇/二羧酸系脂肪族聚酯、它们的共聚物、例如，乙醇酸/乳酸共聚物以及它们的混合物、组合聚己二酸乙二酯/对苯二酯等芳香族成分来使用的脂肪族聚酯等。

此外，作为水溶性树脂，可列举出：聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩甲醛、聚丙烯酰胺(也可以是n,n取代物)、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸等，可列举出：形成这些树脂的单体的共聚物，例如，乙烯/乙烯醇共聚物(evoh)、丙烯酰胺/丙烯酸/甲基丙烯酸互聚物等。

作为分解性金属，例如可列举出：以镁、铝、钙等为主要成分的合金。

接着，引入图2和图3对图1所示的管套3的构成进行详细地说明。

图2是图1所示的管套内侧部31和管套外侧部32的剖面立体图。图3是示意性地表示在图1所示的井下堵塞器10中，密封构件2变形的状态的图。为了说明的方便，在图2和图3中，将井下堵塞器的轴向表示为纸面左右方向，但在实际使用时，井下堵塞器有时也以井下堵塞器的轴向沿坑井孔的深度方向的方式来配置。

当参照图2和图3进行说明时，如上述那样，管套外侧部32可动地装配于管套内侧部31。更具体而言，在轴向，在管套内侧部31的密封构件2侧，管套外侧部32可动地装配于管套内侧部31。在本实施方式中，采用通过由管套内侧部31和密封构件2夹住管套外侧部32，管套外侧部32装配于管套内侧部31的构成。因此，管套外侧部32具有与密封构件2对置的面322。

管套外侧部32具有大于管套内侧部31的内径。因此，在管套3中，仅管套内侧部31与心轴1相接，管套外侧部32与心轴1不相接。另一方面，管套内侧部31的外径与管套外侧部32的外径相同。

由此，在图3的(a)所示的状态下，当密封构件2受到来自锥体5的压力而密封构件2变形时，装配于压力的下游侧的管套3承受密封构件2的变形。此时，当密封构件2被推抵至管套外侧部32的与密封构件2对置的面322，施加力时，管套外侧部32以管套外侧部32的直径扩张的方式变形，由此，管套外侧部32在管套内侧部31上滑动而管套3的形态变化。由此，从密封构件2施加至管套3的力分散，能防止管套3等构成井下堵塞器的构件破损。

由此，管套外侧部32优选能够以在从密封构件2受到压力时进行扩径的方式变化的材质。在本实施方式中，管套外侧部32由pga形成。

在本实施方式中的井下堵塞器10中，管套内侧部31的与心轴1相接的内周缘311向密封构件2侧突出。更详细而言，该突出部分的顶端以与心轴1相接的方式向密封构件2侧突出。即，包括突出部分在内，管套内侧部31的内周面整体具有与心轴1相接的构成。因此，能有效地防止受到向管套3方向的压力而变形的密封构件2的一部分进入管套内侧部31与心轴1之间。因此，能防止因密封构件2进入管套3与心轴1之间而产生的心轴1的变形或破损，进而能防止构成井下堵塞器10的其他构件的变形或破损。

而且，在本实施方式的井下堵塞器10中，密封构件2的与管套3相接的一侧进入由管套内侧部31的内周缘311和管套外侧部32的外周缘321突出而形成的内周缘311与外周缘321之间的凹陷部分。因此，在坑井孔内(未图示)，在密封构件2受到载荷而变形时，能以更小的载荷将密封构件2推抵至管套3。因此，能以更小的载荷进行坑井孔的阻塞。

需要说明的是，在上述的实施方式的井下堵塞器10中，管套内侧部31的外径与管套外侧部32的外径相同，但并不限定于此。例如，管套外侧部32的外径也可以具有大于管套内侧部31的外径。在该情况下，管套3的外周面仅由管套外侧部32形成。此外，管套外侧部32的外径也可以具有小于管套内侧部31的外径。在该情况下，管套3的外周面仅由管套内侧部32形成。

而且，作为另一方案，也可以是，管套内侧部31和管套外侧部32中的至少一方由两个以上的零件构成。即，管套3也可以由三个以上的零件构成。

而且，作为另一方案，也可以是，以即使在施加压力的上游侧也与密封构件2相接的方式设置管套3。即，也可以采用在锥体5与密封构件2之间也设置管套3，密封构件2被两个管套夹住的构造。

在本实施方式中，井下堵塞器的构成不限定于上述的井下堵塞器10的构成。因此，在本实施方式的井下堵塞器中，也可以是，未图示的管套外侧构件具有与管套内侧构件相同的内径，可动地装配于管套内侧构件。

而且，本实施方式的井下堵塞器也可以作为以下所述的第一个或第二个另一方案来实施。

(第一个另一方案)

在本实施方式的井下堵塞器的第一个另一方案中，也可以是，如图1所示的井下堵塞器10的管套内侧构件32与锥体4成为一体。参照图4对具备这样的构成的井下堵塞器进行说明。

图4是概略地表示第一个另一方案的井下堵塞器的轴向的剖面的一部分的图。为了说明的方便，在图4中，将井下堵塞器的轴向表示为纸面左右方向，但在实际使用时，井下堵塞器有时也以井下堵塞器的轴向沿坑井孔的深度方向的方式来配置。需要说明的是，为了说明的方便，对具有与图1所示的构件相同功能的构件标注相同的附图标记，省略其说明。

如图4所示，在井下堵塞器53中，管套内侧构件33如上述那样，形成为如图1所示的管套内侧构件31与锥体4一体化的构件。即，是在锥体还具有管套，具体而言还具有管套内侧构件的作用的构成。因此，锥体的内周缘的密封构件2侧的构造具有上述的管套的内周缘的密封构件2侧的构造。采用这样的井下堵塞器53，也能得到与井下堵塞器1(参照图1)相同的效果。

(第二个另一方案)

在本实施方式的井下堵塞器的第二个另一方案中，管套外侧构件的内径可以与管套内侧构件的内径相同。参照图5对具备这样的构成的井下堵塞器进行说明。

图5是概略地表示第二个另一方案的井下堵塞器的轴向的剖面的一部分的图。为了说明的方便，在图5中，将井下堵塞器的轴向表示为纸面左右方向，但在实际使用时，井下堵塞器有时也以井下堵塞器的轴向沿坑井孔的深度方向的方式来配置。需要说明的是，为了说明的方便，对具有与图1所示的构件相同功能的构件标注相同的附图标记，省略其说明。

如图5所示，在井下堵塞器63中，管套外侧构件34的内径与管套内侧构件35的内径相同。管套外侧构件34具有大于管套内侧构件35的外径，管套内侧构件35配置于被管套外侧构件34和密封构件2夹住的位置。采用这样的井下堵塞器63，也能得到与井下堵塞器1相同的效果。

需要说明的是，在本方案的井下堵塞器中，管套外侧构件可以是与锥体一体化的构件。即，也可以是在锥体还具有管套，具体而言还具有管套外侧构件的作用的构成。

〔坑井挖掘方法〕

本发明的一实施方式的坑井挖掘方法是使用上述的井下堵塞器10来进行坑井挖掘的方法。除了作为井下堵塞器而使用了井下堵塞器10以外，可以与利用了井下堵塞器的以往的坑井挖掘方法相同。

根据本实施方式，在通过密封构件2封闭坑井孔时，由于密封构件2的变形，不会对构成井下堵塞器的构件造成破损等影响。因此，能高效地进行坑井挖掘。

〔总结〕

本发明的堵塞器是设于挖掘时的坑井的具有使坑井孔阻塞的功能的堵塞器，具备：中空的筒状构件；环状的弹性构件，装配于筒状构件的外周面，受到压力而变形；以及环状的保持构件，在筒状构件的外周面，在弹性构件受到的压力的下游侧与弹性构件邻接地装配，保持构件构成为包括：环状的内侧部，与筒状构件的外周面相接；以及环状的外侧部，具有与内侧部相同或大于上述内侧部的内径，可动地装配于内侧部，外侧部具有与上述弹性构件对置的面。

根据上述构成，在中空的筒状构件的外周面，设有弹性构件和与弹性构件邻接的保持构件。保持构件位于弹性构件受到的压力的下游侧。因此，在坑井孔内，在弹性构件受到压力而变形时，装配于压力的下游侧的保持构件承受该变形。在此，保持构件构成为包括环状的内侧部和环状的外侧部，外侧部可动地装配于内侧部。因此，当弹性构件被推抵至与外侧部的弹性构件对置的面，施加力时，外侧部移动而保持构件的形态变化。由此，从弹性构件施加至保持构件的力分散，能防止保持构件破损。

此外，在本发明的堵塞器中，优选的是，内侧部的与筒状构件相接的内周缘向弹性构件侧突出。

根据上述构成，能防止受到向保持构件方向的压力而变形的弹性构件的一部分进入保持构件的内侧部与筒状构件之间。因此，能防止因弹性构件进入保持构件与筒状构件之间而产生的筒状构件的变形或破损。

此外，在本发明的堵塞器中，优选的是，保持构件的外侧部的外周缘向弹性构件侧突出，弹性构件的与保持构件相接的一侧进入因保持构件的上述内周缘和外周缘突出而形成的内周缘与外周缘之间的凹陷部分。

根据上述构成，在坑井孔内，在随着锥体与保持构件的间隙缩小而使弹性构件变形时，能以更小的载荷将弹性构件推抵至保持构件。因此，能以更小的载荷进行坑井孔的阻塞。

此外，在本发明的堵塞器中，保持构件优选由分解性树脂或分解性金属形成。

根据上述构成，在堵塞器的使用后，保持构件能够被分解，因此能节省在堵塞器的使用后回收保持构件的工作量。

此外，本发明提供一种用于设于挖掘时的坑井的具有使坑井孔阻塞的功能的堵塞器的保持构件。本发明的保持构件是用于设于挖掘时的坑井的具有使坑井孔阻塞的功能的堵塞器的环状的保持构件，堵塞器具备：中空的筒状构件；以及环状的弹性构件，装配于筒状构件的外周面，受到压力而变形，保持构件在筒状构件的外周面，在弹性构件受到的压力的下游侧与弹性构件邻接地装配，保持构件构成为包括：环状的内侧部，与筒状构件的外周面相接；以及环状的外侧部，具有与上述内侧部相同或大于上述内侧部的内径，可动地装配于内侧部，外侧部具有成为与上述弹性构件对置的面。

而且，本发明提供一种坑井挖掘方法。本发明的坑井挖掘方法使用了本发明的堵塞器。

本发明不仅限定于上述实施方式，能够在权利要求所示范围内进行各种变更。即，在权利要求所示的范围内，将适当变更的技术手段加以组合而获得的实施方式也包括在本发明的技术范围内。

实施例

为了研究本发明的井下堵塞器的效果，进行了以下的实验。

〔实施例1〕

<井下堵塞器(a)的形成>

作为实施例1的井下堵塞器，准备了具备在上述的实施方式中进行了说明的构成的井下堵塞器(a)。需要说明的是，心轴、密封构件管套、锥体由pga形成，一对滑卡和一对固定构件由镁合金形成，密封构件由聚氨酯橡胶形成。

<基于耐水压试验的评价>

实施致动(actuation)将井下堵塞器(a)固定于壳体内。接着，调查了：将壳体内加热至温度93℃，并且在将水封入壳体内后，通过泵对井下堵塞器(a)施加10000psi(约70mpa)的水压，井下堵塞器(a)是否能保持30分钟以上的水压。然后，若井下堵塞器(a)能保持30分钟以上的水压，则评价为良“〇”，若在无法保持30分钟以上的水压的情况下，则评价为差“×”。将结果示于表1。

<密封构件流出抑制效果的评价>

在实施耐水压试验后，通过目视确认井下堵塞器(a)中的密封构件，如果未发现因管套的破损引起的密封构件的流出或向管套与心轴之间的密封构件的侵入，则评价为具有密封构件的流出抑制效果，设为“〇”，如果发现密封构件的流出或侵入，则评价为不具有密封构件的流出抑制效果，设为“×”。将结果示于表1。

〔参考例1〕

<井下堵塞器(b)的形成>

作为参考例1的井下堵塞器，除了使用了管套的内周缘和外周缘向密封构件侧突出但由单一构件构成的管套以外，还准备了具备与井下堵塞器(a)相同的构成的井下堵塞器(b)。然后，通过与实施例1相同的顺序对耐水压试验和密封构件流出抑制效果进行了评价。将结果示于表1。

〔比较例1〕

作为比较例1的井下堵塞器，除了使用了图4所示那样的管套的内周缘不向密封构件侧突出的管套以外，还准备了具备与井下堵塞器(a)相同的构成的井下堵塞器(c)。然后，通过与实施例1相同的顺序对耐水压试验和密封构件流出抑制效果进行了评价。将结果示于表1。

[表1]

在实施例1和参考例1的井下堵塞器中，能经过30分钟以上，在10000psi的水压下保持密封状态。将井下堵塞器分解而确认到的结果是，确认了能抑制向密封构件的管套内侧的流出，能抑制心轴的断裂。但是，在参考例1中，确认到管套的破损，观察到由此引起的密封构件的流出。

另一方面，在比较例1的井下堵塞器中，无法在10000psi的水压下保持30分以上的密封状态。将井下堵塞器分解而确认到的结果是，确认了密封构件向管套内侧流出，由此在心轴产生紧固，引起心轴断裂。

工业上的可利用性

本发明能用作设于挖掘时的坑井的具有使坑井孔阻塞的功能的堵塞器。

符号说明

1心轴(筒状构件)

2密封构件(弹性构件)

3管套(保持构件)

4、5锥体

6a、6b滑卡

7a、7b环状固定构件

10井下堵塞器(堵塞器)

31管套内侧部

32管套外侧部

322面