CN112368460B - 井下工具以及坑井挖掘方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使在高温环境下也能保持高分解速度的井下工具以及使用了该井下工具的坑井挖掘方法。一种井下工具，其特征在于，具备：含有反应性金属的构件；以及含有促进反应性金属的分解的分解性树脂组合物的构件，分解性树脂组合物含有通过分解生成酸的分解性树脂，分解性树脂组合物能生成的酸的最大量相对于反应性金属的含量的摩尔比为1.0以上。

Description

井下工具以及坑井挖掘方法

技术领域

本发明涉及一种井下工具及其应用。

背景技术

用于挖掘坑井的井下工具例如在压裂等坑井处理操作时受到极大的力(拉伸力、压缩力或剪切力等)。因此，对井下工具要求耐受这样的力的强度。另一方面，井下工具需要在坑井处理后通过某些方法迅速地去除。

对此，在专利文献1中，公开了一种含有反应性金属和促进反应性金属的分解的分解性树脂组合物的井下工具。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本公开专利公报日本特开2016-61127号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在上述的技术中，存在如下问题：在坑井内为100℃以上的高温环境下，井下工具的分解速度降低。

因此，本发明是鉴于上述的问题点而完成的，其目的在于，提供一种即使在高温环境下也能保持高分解速度的井下工具以及使用了该井下工具的坑井挖掘方法。

技术方案

发明人等为了解决上述问题而进行了深入研究，其结果是，令人惊奇地发现了如下事实，从而完成了本发明，即，通过将反应性金属与分解性树脂的比率设为特定的值，不仅能保持井下工具的分解速度，而且能提高初期的分解速度。

即，本发明的井下工具的特征在于，具备：含有反应性金属的构件；以及含有促进反应性金属的分解的分解性树脂组合物的构件，分解性树脂组合物含有通过分解生成酸的分解性树脂，分解性树脂组合物能生成的酸的最大量相对于反应性金属的含量的摩尔比为1.0以上。

此外，本发明的坑井挖掘方法的特征在于，是使用了井下工具的坑井挖掘方法，其中，将上述的井下工具用作井下工具。

有益效果

根据本发明，能提供一种即使在高温环境下也能保持高分解速度的井下工具以及使用了该井下工具的坑井挖掘方法。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的井下工具的一个例子的示意性剖视图。

具体实施方式

1.井下工具

根据本发明的一个实施方式，可提供一种井下工具，其具备：含有反应性金属的构件；以及含有促进反应性金属的分解的分解性树脂组合物的构件，分解性树脂组合物含有通过分解生成酸的分解性树脂，分解性树脂组合物能生成的酸的最大量相对于反应性金属的含量的摩尔比为1.0以上。需要说明的是，就井下工具而言，在石油或气体等的开始生产阶段中，如先前所说明的那样，通常优选通过某些方法迅速地去除。

作为井下工具的具体例子，对图1的示意性剖视图所示的堵塞器进行说明。堵塞器有压裂塞或桥塞等。堵塞器的典型的构造具备：心轴1，在井下的延伸方向延伸；以及多个环状的构件，在心轴1的外周面上沿着心轴1的轴向配置。

心轴1大多为中空的管状体，但并不限定。此外，通常，外径为30～200mm左右，长度为250～2000mm左右。置于心轴1的外周面上的构件有环状的橡胶构件2、卡瓦(slip)3a、3b；楔块(wedge)4a、4b以及一对环5a、5b等。

在图1的示意性剖视图所示的堵塞器中，进一步在心轴1的中空部h具备：封堵球(球体)10；以及大致圆环状的球座11，在中心部具有直径小于该封堵球10的圆形的空隙。

以下，对使用所述的堵塞器来实施压裂(坑井处理操作之一)的情况进行说明。需要说明的是，作为井下工具的堵塞器的构造不限于先前所说明的构造。

一对环5a、5b构成为：能在所述心轴1的外周面上沿着该心轴1的轴向滑动，从而能变更彼此的间隔。而且，一对环5a、5b构成为：直接或间接地抵接于环状的橡胶构件2以及卡瓦3a、3b与楔块4a、4b的组合的沿着轴向的端部。由此，一对环5a、5b能对它们施加沿着心轴1的轴向的力。

环状的橡胶构件2随着在心轴1的轴向上被压缩而向与心轴1的轴向正交的方向扩径，从而外方与井下的内壁H抵接，内方与心轴1的外周面抵接。由此，环状的橡胶构件2对堵塞器与井下之间的空间进行封闭(密封)。

接着，在进行压裂的期间，环状的橡胶构件2维持与井下的内壁H和心轴1的外周面的抵接状态，由此具有维持堵塞器与井下之间的密封的功能。

此外，卡瓦3a、3b被施加心轴1的轴向的力，由此在楔块4a、4b的斜面上滑动。由此，卡瓦3a、3b向与心轴1的轴向正交的外方移动，与井下的内壁H抵接。由此，能进行堵塞器与井下的内壁H的固定。

此外，虽然未图示，但这些井下工具所具备的构件也可以具备在心轴1的外周面与该构件的内周面之间啮合的棘轮机构。棘轮机构形成有允许该构件的向沿着心轴1的轴向的一个方向的移动并限制向相反方向的移动的多个啮合部。

此外，心轴1的中空部h所具备的封堵球10和球座11均能在心轴1的中空部h的内部沿着心轴1的轴向移动。通过封堵球10与球座11的圆形的空隙抵接或分离，能调节流体的流动。

本实施方式的井下工具具备：含有反应性金属的构件；以及含有促进反应性金属的分解的分解性树脂组合物的构件，分解性树脂组合物含有通过分解生成酸的分解性树脂，分解性树脂能生成的酸的最大量相对于反应性金属的含量的摩尔比为1.0以上。由此，在坑井环境多样、采掘条件苛刻且多样的条件下，能可靠地进行坑井处理。此外，本实施方式的井下工具容易去除，能有助于缩减坑井挖掘的经费和缩短工序。即，通过本发明，可提供一种具有规定环境下的分解性且强度优异的井下工具。

需要说明的是，本实施方式的井下工具优选具备卡瓦，该卡瓦优选为如下所述的含有反应性金属的构件。

2.含有反应性金属的构件

本实施方式的井下工具具备含有反应性金属的构件。一般而言，井下工具所具备的构件中的例如心轴和卡瓦在井下工具配置于坑井内时或者在压裂等坑井处理操作时受到极大的力(拉伸力、压缩力或剪切力等)。因此，对井下工具要求能耐受这样的力的强度，大多将金属用作材料。

本实施方式的井下工具含有反应性金属，由此该井下工具能保持强度。因此，含有反应性金属的构件优选为含有反应性金属作为主要成分的构件，进一步优选为实质上由反应性金属构成的构件。

<反应性金属>

本实施方式中的反应性金属为贱金属元素的单质或以该贱金属元素为主要成分的合金。需要说明的是，“为主要成分”是指，通常含有50质量％以上，优选含有60质量％以上，更优选含有70质量％以上。

贱金属是离子化倾向大、化学上不稳定的金属，是指具有容易氧化、即使对其氧化物进行加热也不会放出氧的性质的金属。作为贱金属，可列举出属于周期表的第I族或第II族的碱金属或碱土金属、铝以及铁等，其中，优选为选自由镁、铝以及钙构成的组中的至少一种，更优选为镁或铝，进一步优选为镁。

从坑井环境下的分解的控制容易度或井下工具构件所要求的强度和操作性等观点考虑，本实施方式中的反应性金属优选为合金。作为合金的组成，优选以如上所述的贱金属为主要成分，例如包含选自由锂、镓、铟、锌、铋、锡以及铜等构成的组中的至少一种作为少量成分。

作为少量成分的含量，按合计，通常优选为50质量％以下，更优选为40质量％以下，进一步优选为30质量％以下。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据假定的坑井环境等规定的条件来适当选择使用的反应性金属及其组成。

一般情况下，就井下工具所具备的金属制的构件而言，在石油或气体等的生产开始的阶段想要将其去除的情况下，通常通过破碎、钻穿(drill out)或其他方法进行破坏或碎片化。另一方面，就本实施方式的井下工具所具备的含有反应性金属的构件而言不会依赖于破碎或钻穿等，例如，通过在规定的坑井环境下与酸性流体等水性流体接触等，就能在几小时至30天这样的短期间内去除。

而且，就本实施方式的井下工具而言，特别是不一定使用酸性流体作为水性流体，具体而言，不必向坑井孔内压入酸性流体，就能促进反应性金属的分解反应。

在本实施方式的井下工具中，作为优选含有反应性金属作为主要成分的构件，除了卡瓦之外，可列举出封堵球和球座等。需要说明的是，卡瓦的至少与坑井孔的内壁对置的部分含有反应性金属作为主要成分即可。

<含有反应性金属的构件的制造方法>

就本实施方式的井下工具所具备的含有反应性金属的构件而言，可以将先前所说明的反应性金属和根据所需含有的各种配合材料作为原材料，通过其本身公知的井下工具所使用的金属制构件的制造方法来制造。

具体而言，可以通过粉末冶金、压缩成型、挤出成型或压铸等成型方法来制造与各构件的形状对应的棒状(圆棒状、方棒状或异形截面状等)、管状、板状(片状)、球状、圆柱状、棱柱状、丸状(pellet)或粒状等的成型品，进一步根据需要实施切削、切断或穿孔等机械加工，由此得到所需的构件。此外，为了提高强度，也可以对成型品实施轧制处理和均匀化处理等。

3.含有促进反应性金属的分解的分解性树脂组合物的构件

就本实施方式的井下工具而言，作为该井下工具所具备的构件，具备：含有反应性金属的构件；以及含有促进反应性金属的分解的分解性树脂组合物的构件(以下，有时简称为“含有分解性树脂组合物的构件”)。本实施方式的井下工具所具备的含有分解性树脂组合物的构件并不特别限定，例如优选列举出卡瓦以外的构件和封堵球等。

<促进反应性金属的分解的分解性树脂组合物>

本实施方式中的促进反应性金属的分解的分解性树脂组合物含有通过树脂组合物发生分解、即丧失最初的组成等而生成酸的树脂(以下，有时称为“polymer”或“聚合物”)。

本实施方式中的分解性树脂组合物通过分解生成酸，由此能促进先前所说明的反应性金属(以下，简记为“反应性金属”)的分解。更详细而言，主要通过树脂组合物中所含有的树脂的分解而生成的酸与反应性金属接触，由此会促进反应性金属的分解反应。

需要说明的是，反应性金属的分解反应除此之外还可以包含其他反应机理。作为具体例子，例如，假定：树脂组合物包含配合剂，树脂组合物中所含有的分解性树脂在规定的环境下消失，残存的配合剂的一部分或全部与反应性金属接触，由此促进反应性金属的分解的情况等。

〔通过分解生成酸的分解性树脂〕

本实施方式中的分解性树脂组合物含有通过分解生成酸的分解性树脂。就分解性树脂而言，在规定的环境下，树脂(聚合物)的主链等的键的一部分或全部被破坏，从而生成游离的酸(包含具有反应性的酸的衍生物)。该生成的酸促进反应性金属的分解。

由含有分解性树脂组合物的构件中所含有的树脂生成的酸能以接近的距离且高的酸浓度与反应性金属接触。因此，由分解性树脂生成的酸促进反应性金属的分解。

此外，一般而言，当反应性金属与水性流体接触而反应性金属发生分解时，水性流体大多成为强碱性。然而，根据本实施方式的井下工具，所生成的酸对碱进行中和，因此能防止井下工具的周围附近、更具体而言为含有反应性金属的构件的周围附近的坑井环境成为碱性。由此，也能期待进一步促进反应性金属的分解的效果。

通过分解生成酸的分解性树脂没有特别限定，例如，可列举出聚酯，其中，优选水解性的分解性树脂。从坑井环境下的树脂(聚合物)的分解性、分解的控制容易度、成型加工性等观点考虑，优选列举出脂肪族聚酯。因此，本实施方式中的分解性树脂组合物优选含有脂肪族聚酯。

含有分解性树脂组合物的构件中优选含有的脂肪族聚酯作为分解性树脂也广为人知，可列举出聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸(PLA)以及聚ε-己内酯等。

从上述观点考虑，更优选的是，脂肪族聚酯为选自由PGA、PLA以及乙醇酸-乳酸共聚物(PGLA)构成的组中的至少一种，进一步优选的脂肪族聚酯为PGA。

就作为更优选的脂肪族聚酯的PGA而言，除了乙醇酸的均聚物之外，还包含具有50质量％以上、优选为75质量％以上、更优选为85质量％以上、进一步优选为90质量％以上、特别优选为95质量％以上、最优选为99质量％以上、尤其优选为99.5质量％以上的乙醇酸重复单元的共聚物。若使用乙醇酸重复单元多的PGA，则能得到具有优异的强度的井下工具构件。

就PLA而言，除了L-乳酸或者D-乳酸的均聚物之外，还包含具有50质量％以上、优选为75质量％以上、更优选为85质量％以上、进一步优选为90质量％以上的L-乳酸或D-乳酸的重复单元的共聚物和通过将聚-L-乳酸与聚-D-乳酸混合而得到的立构复合型聚乳酸。

就PGLA而言，可以使用乙醇酸重复单元与乳酸重复单元的比率(质量比)为99∶1～1∶99、优选为90∶10～10∶90、更优选为80∶20～20∶80的共聚物。

这些脂肪族聚酯的熔融粘度(测定条件：温度270℃和剪切应力122sec^-1)没有特别限定，但从井下工具的分解性、强度或成型性等观点考虑，通常为100～10000Pa·s，多数情况下为200～5000Pa·s，大多数情况下为300～3000Pa·s。

含有分解性树脂组合物的构件中优选含有的脂肪族聚酯发生分解而生成作为酸性物质的酸。作为所生成的酸，例如可列举出乙醇酸、乳酸或它们的低聚物(属于酸的物质)。

因此，所生成的乙醇酸或乳酸等酸以接近的距离且高浓度与反应性金属接触，由此促进反应性金属的分解。

需要说明的是，关于促进反应性金属的分解的效果，例如，即使将镁合金(商品名：IN-Tallic，注册商标)浸渍于去离子水中也没有反应，但当浸渍于浓度4质量％的乙醇酸水溶液中时，立即产生气泡(H₂气)并发生溶解，生成沉淀物。同时，最初为酸性的所述乙醇酸水溶液变成碱性。如此，能确认到镁合金被分解。

本实施方式中的分解性树脂组合物中的通过分解生成酸的分解性树脂的含有比率没有特别限制，但通常为30质量％以上，优选为50质量％以上，更优选为70质量％以上。所述的通过分解生成酸的分解性树脂的含有比率不特别存在上限值，可以为100质量％(即上述组合物的总量)，但多数情况下为99质量％以下，大多数情况下为95质量％以下。

〔促进反应性金属分解的无机物质或有机物质〕

就本实施方式中的分解性树脂组合物而言，除了通过分解生成酸的分解性树脂之外，还可以包含促进反应性金属的分解的无机物质或有机物质(以下，有时称为“分解触发剂”)。

作为无机物质，只要能促进反应性金属的分解就不特别限定，例如可列举出：盐酸、硝酸、磷酸、硫酸、硼酸、氢氟酸等无机酸；无机酸的酸酐和酯等酸前体；以及氯化钠、氯化钾等无机盐；等。

作为有机物质，可列举出：柠檬酸、琥珀酸、草酸、乙醇酸、乳酸、甲酸以及乙酸等有机酸；有机酸的酸酐和酯等酸前体；以及有机盐；等。

分解触发剂可以选择从坑井环境(例如温度等)下的物质的形态(固体、液体或气体等)、对反应性金属的分解反应的促进效果或在水性流体中的溶解性等观点考虑最佳的物质。从溶解性等观点考虑，分解触发剂优选为无机盐，从反应性金属的分解反应的促进效果和操作性等观点考虑，更优选无机盐含有氯化钾或氯化钠中的任意种。此外，从反应性金属的分解反应的促进效果的观点考虑，分解触发剂优选为无机酸或有机酸或它们的酸前体，特别优选为酸前体。

需要说明的是，关于促进反应性金属的分解的效果，例如，即使将所述的镁合金(商品名：IN-Tallic，注册商标)浸渍于去离子水中也没有反应，但当浸渍于浓度4质量％的氯化钠水溶液中时，立即产生气泡(H₂气)并发生溶解，生成沉淀物。同时，最初为中性的所述氯化钠水溶液变成碱性，由此能确认到镁合金被分解。

在本实施方式中的分解性树脂组合物含有分解性树脂和分解触发剂的情况下，分解性树脂与分解触发剂的质量比根据反应性金属的种类、分解性树脂与该分解触发剂的组合或坑井环境来确定最佳的范围即可。分解性树脂与分解触发剂的质量比通常为90∶10～10∶90，多数情况下为85∶15～50∶50，大多数情况下为80∶20～60∶40。在通过分解生成酸的分解性树脂占分解性树脂的比例大的情况等的一个例子中，质量比为99∶1～90∶10。

〔其他分解性树脂〕

就本实施方式中的分解性树脂组合物而言，除了通过分解生成酸的分解性树脂以外，还可以包含其他分解性树脂。此外，其他分解性树脂也可以包含上述的分解触发剂。在其他分解性树脂包含分解触发剂的情况下，分解性树脂组合物中所包含的其他分解性树脂在规定的环境(具体而言为被供给水性流体的坑井环境等)下分解、消失，由此其他分解性树脂所包含的分解触发剂被放出，能以接近的距离且高的无机物质或有机物质浓度与反应性金属接触，因此能促进反应性金属的分解。

作为在规定的环境下分解、消失的分解性树脂，优选列举出溶出至存在于该规定的环境内的水等溶剂中或吸水而失去形状的水溶性树脂。此外，优选列举出在该规定的环境内例如能通过与水接触而发生分解的分解性橡胶。

(水溶性树脂)

作为优选使用的水溶性树脂，可列举出聚乙烯醇(PVA)、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)、聚丙烯酸以及聚甲基丙烯酸等。此外，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)和丙烯酰胺-丙烯酸-甲基丙烯酸互聚物(interpolymer)等。

从分解性的控制容易度、强度或操作性等观点考虑，水溶性树脂优选含有PVA、EVOH、聚丙烯酸或聚丙烯酰胺等，更优选含有PVA或EVOH等聚乙烯醇系聚合物(PVA系聚合物)。

PVA系聚合物是具有乙烯醇单元的聚合物，具体而言是通过对具有乙酸乙烯酯单元的聚合物进行皂化而得到的聚合物。即，将乙酸乙烯酯和根据需要的能与乙酸乙烯酯共聚的其他单体(例如，乙烯等烯烃等)一起在甲醇等醇溶剂中聚合，接着，在醇溶剂中使用碱催化剂将聚合物中的乙酸乙烯酯单元的乙酸基取代为羟基，由此得到具有乙烯醇单元的聚合物(PVA)或者共聚物(EVOH等)。

(分解性橡胶)

作为优选使用的分解性橡胶，可以使用含有以往用于形成井下工具用的分解性密封构件等的分解性橡胶的物质。需要说明的是，分解性橡胶的分解性是指，生物分解性或水解性等能通过某些方法在化学上进行分解的分解性。此外，所述分解性也指，例如，由于聚合度的降低等，橡胶本来所具有的强度降低而变脆，其结果是，通过施加极小的机械力，含有分解性橡胶的构件就简单地崩解而失去形状(崩解性)。

需要说明的是，当将分解性橡胶与先前所说明的通过分解生成酸的分解性树脂并用时，通过由该通过分解生成酸的分解性树脂生成的酸会进一步促进分解性橡胶的分解。分解性橡胶可以使用一种单体，也可以混合使用两种以上的分解性橡胶。

作为分解性橡胶，可列举出含有选自由氨基甲酸酯橡胶(urethane rubber)、天然橡胶、异戊二烯橡胶、乙烯丙烯橡胶、丁基橡胶、苯乙烯橡胶、丙烯酸橡胶(acrylicrubber)、脂肪族聚酯橡胶、氯丁二烯橡胶、聚酯系热塑性弹性体以及聚酰胺系热塑性弹性体构成的组中的至少一种的分解性橡胶。

此外，从分解性或崩解性的观点考虑，分解性橡胶也优选列举出含有具有水解性的官能团(例如，氨基甲酸酯基、酯基、酰胺基、羧基、羟基、甲硅烷基(silyl group)、酸酐或酸卤化物等)的橡胶的分解性橡胶。需要说明的是，在此，“具有官能团”是指，以形成橡胶分子的主链的键的形式具有，或以例如成为交联点的橡胶分子的侧链的形式具有。

作为特别优选的分解性橡胶，从能通过调整橡胶的结构、硬度或交联度等或选择其他配合剂来容易地实施分解性或崩解性的控制的观点考虑，可列举出氨基甲酸酯橡胶。即，特别优选的分解性橡胶含有具有水解性的氨基甲酸酯键的氨基甲酸酯橡胶。此外，同样地，分解性橡胶也优选含有聚酯系热塑性弹性体或聚酰胺系热塑性弹性体。

特别优选用作分解性橡胶的氨基甲酸酯橡胶(有时也称为“氨基甲酸酯弹性体”)是在分子中具有氨基甲酸酯键(-NH-CO-O-)的橡胶材料，通常是将异氰酸酯化合物与具有羟基的化合物缩合而得到。

作为异氰酸酯化合物，可使用芳香族(可以具有多个芳香族环)、脂肪族、脂环族系的二、三、四系的聚异氰酸酯类或者它们的混合物。

具有羟基的化合物大致分为在其主链具有酯键的酯系多元醇和在其主链具有醚键的醚系多元醇。将使用酯系多元醇作为具有羟基的化合物的氨基甲酸酯橡胶称为聚酯型氨基甲酸酯橡胶(以下，有时称为“酯型氨基甲酸酯橡胶”)，将使用醚系多元醇作为具有羟基的化合物的氨基甲酸酯橡胶称为聚醚型氨基甲酸酯橡胶(以下，有时称为“醚型氨基甲酸酯橡胶”)，从分解性或崩解性的控制更容易的观点考虑，多数情况下优选酯型氨基甲酸酯橡胶。

已知：氨基甲酸酯橡胶是兼具合成橡胶的弹性(柔软度)和塑料的刚性(硬度)的弹性体，一般而言，耐磨耗性、耐化学品性以及耐油性优异，机械强度大，耐载荷性大，高弹性且能量吸收性高。

作为氨基甲酸酯橡胶，根据成型方法的差异，被区分为以下类型：(i)混炼(millable)类型：能通过与一般的橡胶相同的加工方法来成型；(ii)热塑性类型：能通过与热塑性树脂相同的加工方法来成型；以及(iii)浇铸(casting)类型：能通过使用液态的原料进行热固化的加工方法来成型，本实施方式中的分解性树脂组合物中所含有的氨基甲酸酯橡胶可以使用任意类型的氨基甲酸酯橡胶。

〔其他添加剂〕

就本实施方式中的分解性树脂组合物而言，除了上述的分解性树脂和分解触发剂之外，可以在不妨碍本发明的目的的范围内根据所需含有添加剂。作为这样的添加剂，可列举出填料、增塑剂、着色剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂、加工稳定剂、耐候稳定剂、抗静电剂、阻燃剂、脱模剂、防霉剂以及防腐剂等通常使用的添加剂。

这些添加剂的含有率根据它们的种类、进而根据坑井环境来选定最佳范围即可，但在所述的分解性树脂组合物中，通常为0～80质量％，多数情况下为0～70质量％，进而根据其他添加剂的种类为0～10质量％(0质量％是指不含有添加剂)。

例如，从提供强度优异的井下工具构件的观点考虑，所述的分解性树脂组合物也可以含有填料。作为填料，可列举出滑石、粘土、碳酸钙、二氧化硅、云母、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氮化硼、氮化铝、玻璃等无机填料和尿素-甲醛系树脂、三聚氰胺-甲醛系树脂等有机填料等。

填料可以含有无机填料或有机填料中的至少一种。此外，作为填料的形态，可以使用纤维状填料或粒子状填料。即，填料可以含有纤维状填料或粒子状填料中的至少一种。

填料的含量没有特别限制，但在所述的分解性树脂组合物中，通常为0～70质量％，优选为0～50质量％(0质量％是指不含有填料)。

(其他聚合物)

就本实施方式中的分解性树脂组合物而言，如先前所说明的那样，从改善各特性的观点考虑，也可以进一步含有其他聚合物。作为所述的其他聚合物，例如也可以使用聚乙烯、聚丙烯、ABS树脂或聚苯乙烯等通用树脂。

但是，例如，在高深度化等采掘条件苛刻且多样的条件下，从使井下工具所具备的构件具有即使与在坑井挖掘中使用的各构件接触或碰撞也不易损伤的耐冲击性的观点考虑，进而作为其他聚合物，优选含有能作为冲击吸收材料发挥作用的聚合物。

具体而言，可列举出各种橡胶材料或弹性体材料。更具体而言，可列举出：天然橡胶、异戊二烯橡胶、乙烯丙烯橡胶、聚氨酯橡胶等天然橡胶或合成橡胶；热塑性烯烃系弹性体(乙烯-丙烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等)、热塑性聚酯弹性体(芳香族聚酯-脂肪族聚酯嵌段共聚物和聚酯-聚醚嵌段共聚物等)、热塑性聚氨酯弹性体、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)等苯乙烯系热塑性弹性体、在甲基丙烯酸酯系树脂的硬质成分相中含有橡胶成分相的丙烯酸橡胶的优选具有核-壳结构的含有丙烯酸橡胶的甲基丙烯酸酯树脂等热塑性弹性体；等。

其他聚合物的含量没有特别限制，但在所述的分解性树脂组合物中，通常为0～30质量％，优选为0～15质量％(0质量％是指不含有其他聚合物)。

<含有分解性树脂组合物的构件的制造方法>

就本实施方式中的含有分解性树脂组合物的构件而言，可以将先前所说明的成为形成分解性树脂组合物的各成分的各种配合材料作为原材料，通过其本身公知的、适合于含有树脂的井下工具的构件的形状或大小的成型方法来制造。

典型而言，可提供一种通过熔融成型制造的含有分解性树脂组合物的构件。作为熔融成型法，可以采用注塑成型、压缩成型、离心成型或挤出成型(可以采用使用T模头、棒状模头或环状模头的挤出成型或吹胀成型等，进而也可以通过固化挤出成型来进行)等通用的熔融成型法。除此之外，也可以根据井下工具构件的形状或大小，采用溶液浇铸法、离心成型、烧结成型等其本身公知的树脂成型方法来制造该构件。

在含有分解性树脂组合物的构件通过多个零件构件的组合形成的情况下，可以通过所谓的嵌件(insert)成型或嵌件上(outsert)成型来制造含有分解性树脂组合物的构件。进而，可以将通过这些熔融成型法得到的成型品作为预备成型品(可以制成棒状、中空状或板状等形状)，进行切削、切断、穿孔或其他机械加工，由此制造所需的形状(球状、具有异形截面的棒状、中空状或板状体等)的井下工具构件。

4.含有反应性金属和促进反应性金属的分解的分解性树脂组合物的井下工具

就本实施方式的含有反应性金属和分解性树脂组合物的井下工具而言，在该井下工具中同时含有反应性金属和促进反应性金属的分解的分解性树脂组合物，分解性树脂组合物能生成的酸的最大量相对于反应性金属的含量的摩尔比为1.0以上。

在此，“反应性金属的含量”是指，反应性金属中所包含的贱金属的量。此外，“分解性树脂组合物能生成的酸的最大量”是指，在分解性树脂组合物不包含作为酸的分解触发剂的情况下，分解性树脂组合物中所包含的分解性树脂完全分解时生成的酸的量。另一方面，在分解性树脂组合物除了分解性树脂之外还包含作为酸的分解触发剂的情况下，“分解性树脂组合物能生成的酸的最大量”是指使分解性树脂完全分解时生成的酸的量与分解性触发剂的酸的量的合计量。

例如，在分解性树脂组合物不包含作为酸的分解触发剂的情况下，分解性树脂被分解而产生的最小的分子与分解性树脂的构成单元对应，在该分子中所包含的酸性基团为一个的情况下，分解性树脂组合物能生成的酸的最大量与分解性树脂的构成单元数相等。

分解性树脂组合物能生成的酸的最大量相对于反应性金属的含量的摩尔比为1.0以上，虽然根据反应性金属的种类而不同，但优选为1.5以上，更优选为1.8以上。

通过摩尔比的下限值满足上述的范围，本实施方式的井下工具即使在100℃以上的高温环境下，初期分解速度也快，并且也能保持分解速度，能在几小时至30天以内这样的短期间内消失。

需要说明的是，在一般的井下工具中，直至消失为止的期间优选为30天以内，更优选为21天以内，更优选为14天以内。

需要说明的是，如后述的实施例所示，在比较低的温度条件下(66℃)进行了研究时，即使变更反应性金属与分解性树脂组合物的组成，经过10小时后的分解速度也未观察到大的变化。但是，本申请发明人等对形成井下工具的构件的组成进行了研究，其结果是，令人惊奇地发现了：在比较高的温度条件下，反应性金属与分解性树脂组合物的组成不仅对初期分解速度带来影响，对经过规定时间后的分解速度的维持也带来影响。可推测为：在高的温度条件下分解速度得到维持是因为，在反应性金属的分解的同时，形成于该反应性金属的表面的钝态覆膜的形成由于由分解性树脂组合物生成的酸的存在而被妨碍。因此，只要是满足上述的组成的条件的构件，例如在100℃以上的高温条件下，初期分解速度快，并且能保持分解速度，在几小时至30天以内这样的短期间内消失。

本实施方式的井下工具具备含有反应性金属的构件和含有分解性树脂组合物的构件，但也可以具备在一个构件中含有反应性金属和促进反应性金属的分解的分解性树脂组合物这两者的构件。

就含有反应性金属和分解性树脂组合物的构件而言，在该构件中同时含有反应性金属和促进反应性金属的分解的分解性树脂组合物，由此，能在更接近的距离与反应性金属接触，促进反应性金属的分解，因此是理想的。

在本实施方式的井下工具中，可以将含有反应性金属的井下工具构件或含有分解性树脂组合物的井下工具构件的一部分或全部设为含有反应性金属和分解性树脂组合物的井下工具构件。

<井下工具的具体例子>

作为本实施方式的井下工具的优选的具体例子，可列举出作为堵塞器的井下工具或作为具备封堵球(球体)和球座的套筒***的井下工具。

例如，可以设为压裂塞(井下工具)，其分别具备：由含有反应性金属的材料形成的卡瓦；由所述分解性树脂组合物形成的心轴、楔块、环、球座以及球体；以及作为分解性橡胶构件的环状的橡胶构件。

更具体而言，优选列举出作为堵塞器(压裂塞等)的井下工具等，其具备：卡瓦，至少与坑井孔的内壁抵接的部分含有反应性金属作为主要成分；以及至少一个卡瓦以外的井下工具构件，含有分解性树脂组合物作为主要成分。而且，优选列举出作为堵塞器(压裂塞等)的井下工具等，其具备：分解性橡胶构件，由分解性橡胶构成；以及封堵球，含有反应性金属作为主要成分。

此外，可以设为套筒***(井下工具)，其分别具备：球座，由含有反应性金属的材料形成；以及封堵球(球体)，由所述分解性树脂组合物形成。

更具体而言，优选列举出作为套筒***的井下工具等，其中，球座含有反应性金属作为主要成分，封堵球含有分解性树脂组合物。

<井下工具的制造方法>

本实施方式的特征在于具备含有反应性金属的构件和含有所述分解性树脂组合物的构件的井下工具的制造方法没有特别限定。可以通过按照常规方法配置心轴、环状的橡胶构件、卡瓦、楔块、环、封堵球以及球座等井下工具构件来制造。

此外，也可以通过使棘轮机构等井下工具的一部分(零件等)含有反应性金属或者含有促进反应性金属的分解的分解性树脂组合物来得到井下工具。

5.坑井挖掘方法

在本实施方式中，可提供一种使用先前所说明的本发明的井下工具的坑井挖掘方法。具体而言，可提供一种包括使用所述的井下工具来实施压裂等坑井处理的坑井挖掘方法。而且，可提供一种在使用所述的井下工具来实施压裂等坑井处理后，通过所述的分解性树脂组合物来使反应性金属分解、消失的坑井挖掘方法。

特别是，可提供一种如下坑井挖掘方法：在使用所述的井下工具来实施压裂等坑井处理后，所述分解性树脂组合物中所含有的分解性树脂发生分解，从而生成酸或者促进反应性金属的分解的无机物质或有机物质；由此，使反应性金属分解、消失，以及可提供一种如下坑井挖掘方法：在使用所述的井下工具来实施压裂等坑井处理后，所述分解性树脂组合物中所含有的分解性树脂发生分解，从而生成酸或者促进反应性金属的分解的无机物质或有机物质；由此，使反应性金属分解、消失；同时，分解性橡胶构件通过分解而崩解或消失。

并且，还可提供一种如下坑井挖掘方法：使含有反应性金属或所述分解性树脂组合物中的至少一方的封堵球与含有反应性金属或所述分解性树脂组合物中的至少另一方(不是所述一方的另一方)的球座接触来实施坑井处理。

根据本实施方式的使用井下工具的坑井挖掘方法，不需要以往为了去除井下工具或井下工具构件而花费了大量的经费和时间来实施的破碎或钻穿等操作。而且，也可以不需要为了去除含有反应性金属的构件等而采用的向坑井内压入酸等特别的附加操作。因此，能有助于缩减坑井挖掘的经费和缩短工序。

例如，作为另一本实施方式而提供的坑井挖掘方法是使用作为压裂塞或桥塞等堵塞器的井下工具或者作为具备封堵球和球座的套筒***的井下工具来进行穿孔或压裂等坑井处理的方法。

此外，实施方式的坑井挖掘方法是使用封堵球和球座在井下进行穿孔或压裂等坑井处理的方法。

另外，本实施方式的坑井挖掘方法是使用含有支撑剂(proppant)的压裂流体来进行压裂的坑井挖掘方法。

作为具体的例示，对使用具备含有镁合金(反应性金属)的卡瓦和PGA制(分解性树脂)的心轴的堵塞器(井下工具)的坑井挖掘方法进行说明。

为了实施压裂，首先，使环状的橡胶构件扩径并维持与井下的内壁和该心轴的外周面的抵接状态，由此维持堵塞器与井下的密封。伴随于此，使所述的卡瓦的与心轴的轴向正交的外方端牢固地抵接于井下的内壁，由此固定堵塞器以抵抗高压的压裂压力。

接着，压裂结束后，所述的PGA制的心轴在各种井下的温度环境下根据所需与水性流体接触，由此在几小时～30天这样的所需的短期间内发生分解。作为温度，例如，按照优选的顺序为93℃以上、79℃以上、71℃以上、66℃以上、60℃以上、40℃以上。此外，温度优选为150℃以下。

心轴发生分解，由此，生成乙醇酸，并且心轴的体积减少或丧失强度，从而堵塞器与井下的密封被解除。进而，该心轴失去最初的形状，具备该心轴作为井下工具构件的井下工具(具体而言为堵塞器)失去最初的形状。

此外，PGA发生分解而生成的乙醇酸促进作为反应性金属的镁合金的分解，由此，作为井下工具构件的卡瓦的体积减少，失去最初的形状。由此，卡瓦容易被去除或消失。

根据本实施方式的坑井挖掘方法，不仅不需要回收或破坏井下工具或井下工具构件，而且也不需要向坑井孔压入酸等附加操作，因此能有助于缩减坑井挖掘的经费和缩短工序。

此外，在上述的具体例示中，通过设为具备环状的橡胶构件作为分解性橡胶构件的井下工具，作为含有作为反应性金属的镁合金的井下工具构件的卡瓦中所含有的反应性金属分解、消失。与此同时，作为分解性橡胶构件的环状的橡胶构件在所述的各种井下的温度环境下根据所需与水性流体接触，由此在几小时至30天这样的所需的短期间内发生分解而崩解或消失。即，根据该坑井挖掘方法，能更进一步有助于缩减坑井挖掘的经费和缩短工序。

另外，作为另一具体例示，也可以列举出如下所述的坑井挖掘方法。首先，以封堵球与球座接近或者抵接的方式将由分解性树脂组合物形成的封堵球(球体)投入至具备由含有反应性金属的材料形成的球座的井下工具(堵塞器或套筒***)。使该球体与球座接触来实施压裂等坑井处理。并且，在实施坑井处理后，通过所述分解性树脂组合物使反应性金属分解、消失。而且，也可以同样地列举出分别使形成封堵球和球座的材料的组合互换来进行的坑井挖掘方法。

需要说明的是，在坑井的温度低、井下工具或者该井下工具所具备的井下工具构件的分解难以按照所需的速度进行的情况下，例如，也可以将更高温度的流体供给至井下工具或者井下工具构件的周围。相反地，在坑井的温度高、井下工具或者该井下工具所具备的井下工具构件的分解在经过所需的期间之前就开始进行这样的坑井环境下，根据需要，可以采用从地上注入(cooldown injection：冷却注射)流体从而控制为使井下工具或者井下工具构件的周边温度降低的状态这样的处理方法。

6.总结

根据以上的说明明显可知，本发明包含以下内容。

一种井下工具，其特征在于，具备：含有反应性金属的构件；以及含有促进所述反应性金属的分解的分解性树脂组合物的构件，所述分解性树脂组合物含有通过分解生成酸的分解性树脂，所述分解性树脂组合物能生成的酸的最大量相对于所述反应性金属的含量的摩尔比为1.0以上。

此外，优选的是，所述分解性树脂为脂肪族聚酯。

此外，优选的是，所述脂肪族聚酯为选自由聚乙醇酸、聚乳酸以及乙醇酸与乳酸的共聚物构成的组中的至少一种。

此外，优选的是，所述反应性金属为贱金属元素的单质或以该贱金属元素为主要成分的合金。

此外，优选的是，所述反应性金属为选自由镁、铝以及钙构成的组中的至少一种金属的单质或以该金属为主要成分的合金。

此外，优选的是，所述井下工具是具备卡瓦的堵塞器，所述卡瓦是含有所述反应性金属的所述构件。

此外，一种坑井挖掘方法，其特征在于，是使用了井下工具的坑井挖掘方法，其中，使用上述的井下工具。

一种坑井挖掘方法，其特征在于，是使用了上述的井下工具的坑井挖掘方法，其中，通过所述酸来使所述反应性金属分解或消失。

以下示出实施例，对本发明的实施方式进一步进行详细说明。当然，不言而喻的是，本发明并不限定于以下的实施例，细节部分可以采用各种方案。而且，本发明并不限定于上述的实施方式，可以在权利要求所示的范围内进行各种变更，将分别公开的技术方案适当组合而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。此外，本说明书中所记载的文献全部作为参考被引用。

实施例

作为实施例，实施了以下的测定1和2。

〔测定1〕

使含有9重量％的铝和0.2重量％～0.5重量％的镍的镁合金材料在氩气气氛中熔融，通入至所需的模中。之后进行冷却，制作出外径176mm的铸造坯件。需要说明的是，在上述合金材料中可以含有其他金属作为杂质。在400℃下对该铸造坯件进行均匀化处理。

接着以挤出比10挤出至模具，得到了外径50mm、内径20mm的原材料型材。将得到的镁合金的原材料型材切割为立方体状。此外，将作为聚乙醇酸的PGA固化挤出原材料型材(

KUREHA制，以下称为PGA)以相对于上述镁合金成为重量比4.6(摩尔比1.95)的方式切削为长方体状。

需要说明的是，对于摩尔比，PGA和镁合金的分子量如下所述地计算出。PGA的分子量以将重复单元(-CH₂-COO-)设为58而计算出。此外，镁合金含有91％的Mg(分子量24.305)和9％的Al(分子量26.98)，因此，以24.305×0.91+26.98×0.09进行计算，分子量为24.546。

接着，进行了镁合金的分解试验。首先，将以一边的长度成为10mm的方式切削出的镁合金的立方体和切削PGA而得到的长方体分别浸渍于1L的0.05％的KCl水溶液中。在高压釜中升温至121℃之后设置保持时间，从水溶液取出后在常温下干燥1小时，测定出重量。保持时间设为0小时、5小时以及10小时。

根据此时的镁合金的重量减少量计算出每单位表面积的重量减少速度(mg/cm²/day)。此外，对于得到的重量减少速度，求出其平均。需要说明的是，重量减少速度成为分解速度的指标。将结果示于表1。

〔测定2〕

将PGA相对于镁合金设为重量比3.6(摩尔比1.52)，除此以外，与测定1同样地进行了测定。

作为比较例，实施了以下的测定3和4。

〔测定3〕

将PGA相对于镁合金设为重量比2.3(摩尔比0.97)，除此以外，与测定1同样地进行了测定。而且，计算出将保持时间设为20小时的情况下的重量减少速度。

〔测定4〕

将PGA相对于镁合金设为重量比1.2(摩尔比0.51)，除此以外，与测定1同样地进行了测定。而且，计算出将保持时间设为20小时的情况下的重量减少速度。

[表1]

根据表1明显可知，在测定1和2中，在反应初期重量减少速度高，此外，即使时间经过后也保持了足够的重量减少速度。

另一方面，在测定3和4中，重量减少速度低，此外，随着时间经过，速度进一步降低。认为这是因为PGA相对于镁合金的摩尔比小于1.0。

此外，作为参考试验例，实施了以下的测定5和6。

〔测定5〕

将高压釜中的温度设为66℃，除此以外，与测定3同样地进行了测定。需要说明的是，重量减少速度仅在保持时间0小时和10小时的情况下计算出。将结果示于表2。

〔测定6〕

将高压釜中的温度设为66℃，除此以外，与测定4同样地进行了测定。需要说明的是，重量减少速度仅在保持时间0小时和10小时的情况下计算出。将结果示于表2。

[表2]

测定5和6是在低温条件下进行的测定，但根据表2明显可知，即使提高PGA的比率，重量减少速度也没有变化。

工业上的可利用性

本发明能用于坑井挖掘，因此产业上的可利用性高。

符号说明

1：心轴

2：环状的橡胶构件(分解性橡胶构件)

3a、3b：卡瓦

4a、4b：楔块

5a、5b：(一对)环

10：封堵球(球体)

11：球座

H：井下的内壁

h：心轴的中空部

Claims (3)

1.一种井下工具，其特征在于，具备：

含有反应性金属的构件；以及

含有促进所述反应性金属的分解的分解性树脂组合物的构件，

所述分解性树脂组合物含有通过分解生成酸的分解性树脂，

所述分解性树脂组合物能生成的酸的最大量相对于所述反应性金属的含量的摩尔比为1.5以上，

所述分解性树脂为选自由聚乙醇酸、聚乳酸以及乙醇酸与乳酸的共聚物构成的组中的至少一种，

所述反应性金属为选自由镁、铝以及钙构成的组中的至少一种金属的单质或以该金属为主要成分的合金。

2.根据权利要求1所述的井下工具，其特征在于，

所述井下工具是具备卡瓦的堵塞器，

所述卡瓦是含有所述反应性金属的所述构件。

3.一种坑井挖掘方法，其特征在于，是使用了井下工具的坑井挖掘方法，其中，

将权利要求1或2所述的井下工具用作所述井下工具。

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