具備由降解性材料形成的心軸的鉆井用堵塞器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種為開(kāi)發(fā)石油或天然氣等油氣資源而進(jìn)行的鉆井作業(yè)中使用的鉆井用堵塞器以及鉆井方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石油或天然氣等油氣資源是通過(guò)含有具有多孔質(zhì)及浸透性的地下層的井(油井或氣井。有時(shí)會(huì)統(tǒng)稱為“坑井”)開(kāi)采而生產(chǎn)出的。隨著能源消耗的增大，坑井的高深度化日益推進(jìn)，世界上已經(jīng)出現(xiàn)了深度超過(guò)9000m的挖掘記錄，在日本也已經(jīng)出現(xiàn)了超過(guò)6000m的高深度坑井。在繼續(xù)開(kāi)采的坑井中，有的地下層會(huì)隨著時(shí)間經(jīng)過(guò)而降低浸透性，甚至浸透性原本就并不充分，為了從這些地下層中繼續(xù)有效地開(kāi)采油氣資源，會(huì)對(duì)生產(chǎn)層進(jìn)行刺激(stimulate)，作為刺激方法，已知有酸處理和破碎方法(專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。酸處理是將鹽酸或氫氟酸等強(qiáng)酸的混合物注入生產(chǎn)層中，通過(guò)使基巖的反應(yīng)成分(碳酸鹽、粘土礦物、硅酸鹽等)溶解來(lái)增加生產(chǎn)層的浸透性的方法，但已被指出了因使用強(qiáng)酸而產(chǎn)生的各種問(wèn)題，而且包括各種對(duì)策在內(nèi)還被提出了成本增大的問(wèn)題。于是，利用流體壓力在生產(chǎn)層形成龜裂(裂縫、fracture)的方法(也稱為“壓裂法”或“水壓破碎法”)受到了人們關(guān)注。
[0003]水壓破碎法是利用水壓等流體壓力(以下有時(shí)會(huì)簡(jiǎn)稱為“水壓”)在生產(chǎn)層產(chǎn)生龜裂的方法，這種生產(chǎn)層的刺激方法，一般為先挖掘垂直孔，接著將垂直孔折彎，在地下數(shù)千m的地層內(nèi)挖掘水平孔，然后利用高壓將壓裂液送入這些鉆井孔(是指用來(lái)形成坑井而設(shè)置的孔，有時(shí)也會(huì)稱為“鉆井”)內(nèi)，并利用水壓在高深度地下的生產(chǎn)層(產(chǎn)出石油或天然氣等油氣資源的層)中產(chǎn)生龜裂(裂縫)，并通過(guò)該裂縫采集油氣資源。水壓破碎法的有效性在所謂頁(yè)巖油(在頁(yè)巖中成熟的油)、頁(yè)巖氣等非常規(guī)資源的開(kāi)發(fā)中也已受到了眾人關(guān)注。
[0004]在水壓消失時(shí)，通過(guò)水壓等流體壓力形成的龜裂(裂縫)會(huì)因地層壓力立即閉塞。為了防止龜裂(裂縫)的閉塞，會(huì)在壓裂液(即用于裂縫的坑井處理液)中含有支撐劑(proppant)，并將其送入鉆井孔內(nèi)，在龜裂(裂縫)處配置支撐劑。作為壓裂液中含有的支撐劑，可使用無(wú)機(jī)或有機(jī)材料，但考慮到可在盡量長(zhǎng)的時(shí)間、高溫高壓的高深度地下的環(huán)境內(nèi)防止裂縫閉塞的觀點(diǎn)，以往會(huì)使用二氧化硅、氧化鋁等無(wú)機(jī)物粒子，通常使用砂粒、例如20/40目的砂粒等。
[0005]作為壓裂液等坑井處理液，可使用各種類(lèi)型的水基、油基以及乳濁液。由于要求坑井處理液具有可將支撐劑搬運(yùn)至在鉆井孔內(nèi)產(chǎn)生裂縫的位置的功能，所以通常在要求其具有規(guī)定的粘度并且支撐劑的分散性良好的同時(shí)，還要求其后處理容易、環(huán)境負(fù)荷小等。此外，為了在支撐劑之間形成可通過(guò)頁(yè)巖油、頁(yè)巖氣等的流道，在壓裂液中有時(shí)還會(huì)含有channelanto因此，坑井處理液中，除了支撐劑以外，還會(huì)使用channelant、膠凝劑、阻垢劑、用于溶解巖石等的酸、以及摩擦改良劑等各種添加劑。
[0006]為了使用壓裂液，利用水壓在高深度地下的生產(chǎn)層(產(chǎn)出頁(yè)巖油等石油或頁(yè)巖氣等天然氣等的油氣資源的層)產(chǎn)生龜裂(裂縫)，通常采用了以下方法。也就是說(shuō)，對(duì)于在地下數(shù)千m的地層內(nèi)挖掘出的鉆井孔(鉆井)，從鉆井孔的前端部開(kāi)始依序進(jìn)行封堵，并且將規(guī)定區(qū)域部分閉塞，利用高壓將壓裂液送入該閉塞區(qū)域內(nèi)，實(shí)施會(huì)在生產(chǎn)層產(chǎn)生龜裂的壓裂。接著，閉塞下一個(gè)規(guī)定區(qū)域(通常為較之前區(qū)域更近、即地上側(cè)的區(qū)域)，實(shí)施壓裂。以下，重復(fù)實(shí)施該工序，直至完成必要的封堵和壓裂。
[0007]不僅是新的坑井挖掘，有時(shí)對(duì)于已經(jīng)形成的鉆井孔的所期望的區(qū)域，也會(huì)再次通過(guò)壓裂來(lái)對(duì)生產(chǎn)層實(shí)施刺激。此時(shí)，也同樣地會(huì)實(shí)施鉆井孔的閉塞和壓裂等操作。此外，為了實(shí)施坑井的完井，有時(shí)也會(huì)閉塞鉆井孔，隔斷來(lái)自下部的流體，在實(shí)施過(guò)該上部的完井后，再解除閉塞。
[0008]作為實(shí)施鉆井孔的閉塞和壓裂等的方法，已知有各種方法，例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)2和專(zhuān)利文獻(xiàn)3在公開(kāi)了一種可實(shí)施鉆井孔的閉塞和固定的堵塞器(有時(shí)也會(huì)稱為“壓裂塞”、“橋塞”或“封隔器”等)。
[0009]專(zhuān)利文獻(xiàn)2在公開(kāi)了一種鉆井用鉆井堵塞器(以下有時(shí)會(huì)簡(jiǎn)稱為“堵塞器”)，具體地說(shuō)，這種堵塞器具備在軸方向上具有中空部的心軸(主體)，并且在與心軸的軸方向垂直的外周面上，沿軸方向具有環(huán)或環(huán)狀構(gòu)件(annular member)、第I圓錐狀構(gòu)件(conicalmember)及卡瓦(slip)、由彈性體或橡膠等形成的可鍛性要素(malleable element)、第2圓錐狀構(gòu)件及卡瓦、以及抗旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(ant1-rotat1n feature)。利用鉆井用鉆井堵塞器對(duì)鉆井孔實(shí)施的封鎖如下所述。也就是說(shuō)，通過(guò)使心軸向該軸方向移動(dòng)，縮小環(huán)或環(huán)狀構(gòu)件與抗旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的間隙，從而使卡瓦與圓錐狀構(gòu)件的傾斜面抵接，并沿圓錐狀構(gòu)件前進(jìn)，因此會(huì)向外側(cè)呈放射狀擴(kuò)大并與鉆井孔的內(nèi)壁抵接，固定在鉆井孔上，并且可鍛性要素會(huì)發(fā)生擴(kuò)徑變形，抵接于鉆井孔的內(nèi)壁，將鉆井孔進(jìn)行封鎖。心軸上存在軸方向的中空部，并將球體等放置在其中，因此能夠封鎖鉆井孔。根據(jù)記載，作為形成堵塞器的材料，可廣泛列舉金屬材料(鋁、鋼、不銹鋼等)、纖維、木、復(fù)合材料以及塑料等，優(yōu)選為含有碳纖維等強(qiáng)化材料的復(fù)合材料、特別是環(huán)氧樹(shù)脂及酚醛樹(shù)脂等聚合體復(fù)合材料，心軸由鋁或復(fù)合材料形成。另一方面，根據(jù)記載，球體等除了之前說(shuō)明的材料以外，還可使用會(huì)因溫度、壓力、pH(酸、堿)等而分解的材料。
[0010]鉆井用的鉆井堵塞器依序配置在坑井內(nèi)，直至坑井完成，但在開(kāi)始生產(chǎn)頁(yè)巖油等石油或頁(yè)巖氣等天然氣(以下有時(shí)會(huì)統(tǒng)稱為“石油和天然氣”或“石油及/或天然氣”)等的階段中，必須將它們?nèi)コ?。堵塞器通常未設(shè)計(jì)成在使用后可解除閉塞進(jìn)行回收，因此會(huì)通過(guò)破碎、穿孔等方法使其破碎或?qū)崿F(xiàn)小片化來(lái)進(jìn)行去除，但破碎和穿孔等必須花費(fèi)大量經(jīng)費(fèi)和時(shí)間。此外，也有采用特殊設(shè)計(jì)可在使用后進(jìn)行回收的堵塞器(retrievable plug)，但堵塞器需要放置在高深度地下，因此要將其全部回收需要大量的經(jīng)費(fèi)和時(shí)間。
[0011]專(zhuān)利文獻(xiàn)3中，公開(kāi)了一種一次性鉆井工具(表示鉆井堵塞器等)或其構(gòu)件，其使用了會(huì)在曝露于坑井內(nèi)的環(huán)境時(shí)進(jìn)行分解的生物降解性材料，并且作為生物降解性材料，公開(kāi)了聚乳酸等脂肪族聚酯等降解性聚合體。并且，在專(zhuān)利文獻(xiàn)3在記載了在軸方向上具有流通孔(flow bore)的圓筒狀主體部件(tubular body element)、在與該圓筒狀主體部件的軸方向垂直的外周面上沿軸方向由上部密封要素、中心密封要素以及下部密封要素構(gòu)成的封隔器要素集合體(packer element assembly)、以及卡瓦和機(jī)械性卡瓦主體(mechanical slip body)的組合。此外，根據(jù)記載，通過(guò)在圓筒狀主體部件的流通孔中放置球體，可僅允許流體單向流動(dòng)。但是，在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中并未記載鉆井工具或其構(gòu)件中的任一者有無(wú)使用含有生物降解性材料的材料。
[0012]隨著能源資源確保和環(huán)境保護(hù)等要求的提高，特別是在非常規(guī)資源的開(kāi)采日益擴(kuò)大的背景下，高深度化等開(kāi)采條件越來(lái)越嚴(yán)格，因此作為鉆井用堵塞器，要求一種能夠切實(shí)地實(shí)施鉆井孔的閉塞和壓裂，并且能夠容易地將其去除并確保流道，從而能夠削減鉆井的經(jīng)費(fèi)并縮短工序的鉆井用堵塞器。
[0013]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0014]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0015]【專(zhuān)利文獻(xiàn)I】日本專(zhuān)利特表2003-533619號(hào)公報(bào)(與國(guó)際專(zhuān)利國(guó)際公開(kāi)第01/088333 號(hào)對(duì)應(yīng))
[0016]【專(zhuān)利文獻(xiàn)2】美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)第2011/0277989號(hào)說(shuō)明書(shū)
[0017]【專(zhuān)利文獻(xiàn)3】美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)第2005/0205266號(hào)說(shuō)明書(shū)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0019]本發(fā)明的課題在于，提供一種在高深度化等開(kāi)采條件日益嚴(yán)格的背景下，能夠切實(shí)地實(shí)施鉆井孔的閉塞和壓裂，并且能夠容易地將其去除并確保流道，從而能夠削減鉆井的經(jīng)費(fèi)并縮短工序的鉆井用堵塞器。并且，本發(fā)明的課題還在于，提供一種使用該鉆井用堵塞器的鉆井方法。
[0020]技術(shù)方案
[0021]本發(fā)明者等為解決所述課題，深入研究后發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在心軸的外周面設(shè)置環(huán)和可擴(kuò)徑的環(huán)狀橡膠部件等，并且使用特有的物質(zhì)作為它們的材料，能夠解決所述課題，并完成了本發(fā)明。
[0022]也就是說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的第I方面，提供(I) 一種鉆井用堵塞器，其特征在于，具有:(a)心軸，其由降解性材料形成；
[0023](b) 一對(duì)環(huán)，其中至少一個(gè)由降解性材料形成，并且放置在與心軸的軸方向垂直的外周面上；以及
[0024](c)至少一個(gè)可擴(kuò)徑的環(huán)狀橡膠部件，其在與心軸的軸方向垂直的外周面上、放置在一對(duì)環(huán)之間的位置上。
[0025]此外，作為本發(fā)明的第I方面所涉及的發(fā)明的具體方式，提供以下⑵?(30)所述的鉆井用堵塞器。
[0026](2)如所述(I)的鉆井用堵塞器，其中，心軸由溫度60°C時(shí)的拉伸強(qiáng)度為50MPa以上的降解性材料形成。
[0027](3)如所述(I)或⑵的鉆井用堵塞器，其中，心軸由溫度66°C時(shí)的剪切應(yīng)力為30MPa以上的降解性材料形成。
[0028](4)如所述(I)?(3)中任一項(xiàng)所述的鉆井用堵塞器，其中，心軸在溫度66°C時(shí)的拉伸載重為5kN以上。
[0029](5)如所述⑴?(4)中任一項(xiàng)所述的鉆井用堵塞器，其中，心軸由含有強(qiáng)化材料的脂肪族聚酯形成。
[0030](6)如所述⑴?(5)中任一項(xiàng)所述的鉆井用堵塞器，其中，心軸在溫度66°C的水中浸漬I小時(shí)后的厚度減少小于5_，在溫度149°C的水中浸漬24小時(shí)后的厚度減少為10mm以上。
[0031](7)如所述⑴?(6)中任一項(xiàng)所述的鉆井用堵塞器，其中，心軸具有沿軸方向設(shè)置的中空部。
[0032](8)如所述(7)的鉆井用堵塞器，其中，心軸的中空部外徑與心軸直徑的比率為0.7以下。
[0033](9)如所述⑴?⑶中任一項(xiàng)所述的鉆井用堵塞器，其中，心軸具有固定部，用于將可擴(kuò)徑的環(huán)狀橡膠部件以壓縮狀態(tài)固定于外周面上。
[0034](10)如所述(9)的鉆井用堵塞器，其中，固定部是選自由溝槽、階梯部以及螺紋所組成的群組中的至少一個(gè)。
[0035](11)如所述⑴?(10)中任一項(xiàng)所述的鉆井用堵塞器，其中，心軸外周面的加工部分的曲率半徑為0.5mm以上。
[0036](12)如所述⑴?(11)中任一項(xiàng)所述的鉆井用堵塞器，其中，心軸的外周面具有被金屬保護(hù)的部位。
[0037](13)如所述⑴?(12)中任一項(xiàng)所述的鉆井用堵塞器，其中，心軸與一對(duì)環(huán)中的一個(gè)環(huán)形成為一體。
[0038](14)如所述(13)的鉆井用堵塞器，其中，其通過(guò)一體成型而形成。
[0039](15)如所述(13)的鉆井用堵塞器，其中，其通過(guò)機(jī)械加工而形成。
[0040](16)如所述⑴?(15)中任一項(xiàng)所述的鉆井用堵塞器，其中，一對(duì)環(huán)由溫度66°C時(shí)的剪切應(yīng)力為30MPa以上的降解性材料形成。
[0041](17)如所述⑴?(16)中任一項(xiàng)所述的鉆井用堵塞器，其中，可擴(kuò)徑的環(huán)狀橡膠部件在心軸軸方向上的長(zhǎng)度為心軸長(zhǎng)度的10?70%。
[0042](18)如所述⑴?(17)中任一項(xiàng)所述的鉆井用堵塞器，其中，具備多個(gè)可擴(kuò)徑的環(huán)狀橡膠部件。
[0043](19)如所述⑴?(1