钻井工具或钻井工具构件、分解性树脂组合物，以及油气资源的回收方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于生产石油或者天然气等油气资源、回收油气的钻井工具或钻 井工具构件、钻井工具或钻井工具构件用分解性树脂组合物，W及油气资源的回收方法。
【背景技术】
[0002] 石油或者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 掘和生产的。其中上述井为油井或者天然气井。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，为了从运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 酸和氣酸等酸注入到生产层，令岩盘的反应成分即碳酸盐、粘上矿物、娃酸盐等溶解，从而 增加生产层的渗透性的方法，不过存在使用强酸而产生的诸多问题，此外存在包括各种对 策在内的成本增加的问题。为此，利用流体压在生产层上形成细孔的穿孔(perforation)、 形成裂缝(fracture)的水力压裂法，也称为"压裂(fracturing)"受到了关注。
[0003] 水力压裂法是利用水压等流体压，W下简单称为"水压"，来令生产层出现穿孔和 裂缝的方法，通常为挖掘出一个垂直的孔，接下来令垂直的孔弯曲，在地下数千m的地层内 挖掘出水平的孔之后，将压裂液等流体W高压输送到运些坑井孔，即为了形成坑井而设置 的孔中，该孔也称为"钻孔"，利用水压令高深度地下的生产层，即生产石油或者天然气等的 油气资源的层发生裂缝(fracture)等，通过该裂缝等刺激采集、回收油气资源的生产层的 方法。水力压裂法在对于所谓的页岩油（页岩中成熟的油）、页岩气等非常规资源的开发方 面也很有效，为此受到了关注。
[0004] 利用水压等流体压形成的裂缝(fracture)等，在没有水压的情况下立刻会因为地 层压力而封闭。为了防止裂缝(fracture)的封闭，在高压输送的压裂液，也就是用于压裂的 坑井处理流体中包含支撑剂(proppant)，然后输送至坑井孔内，向裂缝(fracture)配置支 撑剂。作为压裂液中含有的支撑剂，使用有无机或者有机材料，不过因为能够尽可能长时 间，于高溫高压的高深度地下环境中防止裂缝的封闭，因此W往使用娃石、抓±或其他无机 物粒子，通常使用砂粒，例如20/40目的砂等。
[000引作为压裂液等利用高压输送的坑井处理流体，可使用各种类型的水基、油基W及 乳浊液。坑井处理流体需要具有可将支撑剂搬运到坑井孔内产生裂缝的地方的功能，因此 通常要求具有规定的粘度，支撑剂的分散性良好，并且还要求事后处理简便，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channe lant。因此，坑井处理液中，除了支撑剂W外，还会使用channe lant、胶凝剂、阻 垢剂、用于溶解岩石等的酸、W及摩擦改良剂等各种添加剂。
[0006]为了使用高压输送的流体，在高深度地下的生产层，即生产页岩油等石油或者页 岩气等天然气等油气资源的层，利用水压产生裂缝和穿孔，通常采用W下的方法。也就是 说，对于在地下数千m的地层内挖掘的坑井孔即钻孔，从坑井孔的前端部一边依次进行封 堵，一边对规定区域进行部分封闭，利用高压将流体送入该封闭的区域内，从而令生产层产 生裂缝和穿孔。接下来，封闭下一个规定区域，通常比之前的区域更靠近外侧，即靠近地上 一侧的区域，令其产生裂缝和穿孔。W下反复实施该工序，直到所需要的封堵和裂缝W及穿 孔形成为止。
[0007] 不光是新坑井的挖掘，对于已经形成的坑井孔的期望区域，也可W再度进行生产 层的刺激。运个时候，一样重复坑井孔的封闭和压裂等操作。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。在运些 新形成的坑井孔、已经形成的坑井孔的内部，为了进行所需的操作而使用各种工具，运些工 具统称为"钻井工具(downholetooir。钻井工具的概念就广义而言包括用于进行坑井的深 度挖掘的挖掘装置、或其动力源，W及获取并交换各工具的位置、挖掘信息的传感器、通信 装置，同时还包括例如后述的堵塞器、堵塞器的构件或部件等钻井工具构件。
[0008] 例如在专利文献2和专利文献3中公开了一种用于进行坑井孔的闭塞和固定的钻 井工具，即堵塞器，有时也称为"压裂塞"、"桥塞"或"封隔器"等。
[0009] 在专利文献2中，公开了一种坑井挖掘用堵塞器，有时也称为"钻孔堵塞器"，具体 而言，该堵塞器具有在轴向上具有中空部的屯、轴即主体，并且在与屯、轴的轴向正交的外周 面上，沿着轴向具有环或者环状构件（annularmember)、第一圆锥状构件（conicalmember) 及卡瓦(slip)、由弹性体或者橡胶等形成的可锻元件(malleable element)、第二圆锥状构 件W及卡瓦、W及防旋转装置(anti-ro化tion feature)。利用该坑井挖掘用堵塞器对坑井 孔实施的封锁如下所述。也就是说，通过使屯、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，而朝向外侧放射状扩大并同坑井孔的内壁抵接，从而固定在坑井孔上，并且可锻元件直 径扩大变形并同坑井孔的内壁抵接，从而封闭坑井孔。屯、轴具有轴向上的中空部，通过在其 中设置球体(有时也称为"封堵球"。此外，球体包括在钻井工具或钻井工具构件的概念中）， 从而能够封闭坑井孔。根据记载，作为形成堵塞器的材料(各个材料包括在钻井工具构件的 概念中），可广泛列举金属材料(侣、钢、不诱钢等）、纤维、木、复合材料W及塑料等，优选为 含有碳纤维等强化材料的复合材料、特别是环氧树脂及酪醒树脂等聚合体复合材料，屯、轴 由侣或复合材料形成。另一方面，根据记载，球体除了之前说明的材料W外，还可使用会因 溫度、压力、pH(酸、碱)等而分解的材料。
[0010] 专利文献3中，公开了一种一次性钻井工具或其构件（a downhole tool or a component thereof)，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醋等降解性聚合物。并且，在专利文献 3中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正交的外周面上沿轴方向由上部密封要素、中 屯、密封要素 W及下部密封要素构成的封隔器要素集合体(packer element assembly); W 及卡瓦和机械性卡瓦主体(mechanical slip body)的组合。此外，还公开了在圆筒状主体 构件的流通孔中，通过设置球体，从而只允许流体朝向一个方向流动的技术。
[0011] 坑井挖掘中所用的堵塞器、封堵机等其他钻井工具或钻井工具构件在坑井完成之 前被依次配置在坑井内，而在开始生产页岩油等石油或者页岩气等天然气的阶段，需要将 它们去除，至于天然气，W下有时候会统称为"石油和天然气"或者"石油或天然气"。通常， 堵塞器等钻井工具或钻井工具构件不会被设计成可在使用后解除封闭并回收的构造，因此 要使用压裂、钻穿（drill out)等其他方法进行破坏或碎片化，从而进行去除，而压裂和钻 穿等需要较多的经费和时间。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。因此，作为钻井工具或钻井工具构件，广泛尝试在使用分解性材料方面的改 良。
[0012] 专利文献4中公开了一种可分解的封堵球(相当于钻井工具或钻井工具构件），其 堵塞设置在钻孔内的套管内的穿孔。专利文献4中记载了一种封堵球，具体而言，该封堵球 由在坑井流体中实质上为不溶性，且在地下层溫度的水的存在下分解为低聚物，变为可溶 于地下层中的流体的聚乳酸、乳酸/乙醇酸共聚物等聚醋构成。
[0013] 并且，专利文献5中公开了一种球体用组合物，其在控类和地层热的存在下经时产 生分解、溶解、剥离，或其物理特性显著劣化。更具体而言，在专利文献5中记载了一种球体 (相当于钻井工具或钻井工具构件)与球座(相当于钻井工具或钻井工具构件)的组合，该球 体在管内配置于可在第1位置和第2位置之间滑动的套筒内，包含在超过65.6°C(相当于150 T)的溫度下进行分解的材料;该球座具有直径小于球体直径的开口，并且，球体的在超过 65.6°C的溫度下进行分解的材料为热固化性聚合物、热塑性聚合物、弹性体等，进一步还可 W包括芳族聚酷胺、玻璃、碳、棚、聚醋、棉和陶瓷的纤维或颗粒。
[0014] 如上所述，由于对能源资源的确保W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，此外，采掘条件的多样 化，例如作为溫度条件，伴随着深度的多样化等发展到从小于60°C至20(TC左右的不同溫 度。也就是说，作为压裂塞、桥塞或封隔器等的堵塞器类、球体(封堵球)或球座等钻井工具 或钻井工具构件，需要满足:在数千m的深度地下还能运送构件的机械强度即拉伸强度伸长 率和压缩强度伸长率;在高深度地下的钻孔中的高溫和高湿度的环境下，即便同回收对象 即油气资源接触也能够维持机械强度等的耐油性、耐水性W及耐热性;在为了实施穿孔和 压裂而封闭钻孔的时候，即便是在高压的水压下也能够维持封闭的密封性能、机械强度等 各种特性。并且，在油气资源回收用坑井挖掘完毕后的阶段，在该坑井的环境条件下，即如 前文中说明的伴随着深度的多样化等，溫度条件等其他方面也出现多样化的环境下，要求 它们兼具容易去除的特性。
[0015] 目前要求实用化的、具有分解性的油气资源回收用钻井工具或钻井工具构件（W 下有时称为"分解性钻井工具或其构件"）可知还进一步存在W下问题，即，钻井工具或钻井 工具构件用于高深度等多样环境中的坑井处理工序，并且在钻孔内使用有W金属为代表的 由各种材料形成的各种各样的其他诸构件，