JP2020007514A - ダウンホールツール - Google Patents

Abstract

【課題】初期の圧縮強度が高く、一定期間圧縮強度を維持することができ、使用後には速やかに分解させることができるダウンホールツール。【解決手段】ダウンホールツールは、ポリアミド系樹脂とカルボン酸無水物とを含む分解性樹脂組成物から形成されており、カルボン酸無水物は、以下の融点の条件を満たす化合物である。ポリアミド系樹脂の融点≦カルボン酸無水物の５％重量減少温度【選択図】図１

Description

本発明は、ダウンホールツールに関する。

石油（シェールオイルを含む。）または天然ガス（シェールガスを含む。）等の炭化水素資源は、多孔質で浸透性の地下層を有する井戸（油井またはガス井。総称して「坑井」ということがある。）を通じて採掘され生産されてきた。エネルギー消費の増大に伴い、坑井の高深度化が進み、世界では深度９０００ｍを超える掘削の記録もあり、日本においても６０００ｍを超える高深度坑井がある。採掘が続けられる坑井において、時間経過とともに浸透性が低下してきた地下層や、さらには元々浸透性が十分ではない地下層から、継続して炭化水素資源を効率よく採掘するために、生産層を刺激（stimulate）することが行われ、刺激方法としては、酸処理や破砕方法が知られている。酸処理は、塩酸やフッ酸等の酸を生産層に注入し、岩盤の反応成分（炭酸塩、粘土鉱物、ケイ酸塩等）を溶解させることによって、生産層の浸透性を増加させる方法であるが、強酸の使用に伴う諸問題が指摘され、また種々の対策を含めてコストの増大が指摘されている。そこで、流体圧を利用して生産層に、細孔を形成させる穿孔（perforation）や、亀裂（フラクチャ、fracture）を形成させる水圧破砕法（「フラクチャリング（fracturing）」ということもある。）が注目されている。

水圧破砕法は、水圧等の流体圧（以下、単に「水圧」ということがある。）により生産層に穿孔や亀裂を発生させる方法であり、一般に、垂直な孔を掘削し、続けて、垂直な孔を曲げて、地下数千ｍの地層内に水平な孔を掘削した後、それらの坑井孔（坑井を形成するために設ける孔を意味し、「ダウンホール」ということもある。）内にフラクチャリング流体等の流体を高圧で送り込み、高深度地下の生産層（石油または天然ガス等の炭化水素資源を産出する層）に水圧によって亀裂（フラクチャ）等を生じさせ、該フラクチャ等を通して炭化水素資源を採取・回収するための生産層の刺激方法である。水圧破砕法は、いわゆるシェールオイル（頁岩中で熟成した油）、シェールガス等の非在来型資源の開発においても、有効性が注目されている。

水圧等の流体圧によって形成された亀裂（フラクチャ）等は、水圧がなくなれば直ちに地層圧により閉塞されてしまう。亀裂（フラクチャ）の閉塞を防ぐために、高圧で送り込まれるフラクチャリング流体（すなわち、フラクチャリングに使用する坑井処理流体）にプロパント（proppant）を含有させて、坑井孔内に送り込み、亀裂（フラクチャ）にプロパントを配置することが行われている。フラクチャリング流体に含有させるプロパントとしては、無機または有機材料が使用されるが、できるだけ長期間、高温高圧の高深度地下の環境内で、フラクチャの閉塞を防ぐことが可能であることから、従来、シリカ、アルミナその他の無機物粒子が使用され、砂粒、例えば２０／４０メッシュの砂などが汎用されている。

フラクチャリング流体等の高圧で送り込まれる坑井処理流体としては、水ベース、油ベース、エマルジョンの各種のタイプが用いられる。坑井処理流体には、プロパントを、坑井孔内のフラクチャを生じさせる場所まで運搬し得る機能が求められるので、通常は所定の粘度を有し、プロパントの分散性が良好であるとともに、後処理の容易性、環境負荷の小ささなどが求められる。また、フラクチャリング流体には、プロパントの間に、シェールオイル、シェールガス等が通過できる流路を形成することを目的として、チャネラント（channelant）を含有させることもある。したがって、坑井処理流体には、プロパントのほかに、チャネラント、ゲル化剤、スケール防止剤、岩石等を溶解するための酸、摩擦低減剤など、種々の添加剤が使用される。

高圧で送り込まれる流体を使用して、高深度地下の生産層（シェールオイル等の石油またはシェールガス等の天然ガスなどの炭化水素資源を産出する層）に水圧によって亀裂や穿孔を生じさせるためには、通常、以下の方法が採用されている。すなわち、地下数千ｍの地層内に掘削した坑井孔（ダウンホール）に対して、坑井孔の先端部から順次、目止めをしながら、所定区画を部分的に閉塞し、その閉塞した区画内に流体を高圧で送入して、生産層に亀裂や穿孔を生じさせる。次いで、次の所定区画（通常は、先行する区画より手前、すなわち地上側の区画）を閉塞して亀裂や穿孔を生じさせる。以下、この工程を必要な目止めと、亀裂や穿孔の形成が完了するまで繰り返し実施する。

新たな坑井の掘削にとどまらず、既に形成された坑井孔の所望の区画について、再度生産層の刺激を行うこともある。その際も同様に、坑井孔の閉塞とフラクチャリングなどの操作を繰り返すことがある。また、坑井の仕上げを行うために、坑井孔を閉塞して下部からの流体を遮断し、その上部の仕上げを行った後、閉塞の解除を行うこともある。これら新たに形成する坑井孔や既に形成された坑井孔の内部において、所要の操作を行うために種々のツールが使用され、これらのツールは総称して「ダウンホールツール（downhole tool）」といわれる。

特許文献１には、高温腐食環境で、高強度および高耐食性に優れたＮｉ基合金に関する発明が開示されている。Ｎｉ基合金が１２００ＭＰａ以上の高強度（引張試験、０．２％耐力）を有すること、および該Ｎｉ基合金によって石油掘削用部材を構成することが開示されている。

これについて、特許文献２には、過酷かつ多様な坑井の環境条件下で使用でき、必要に応じて除去が容易な、ポリグリコール酸樹脂から形成されるダウンホールツールが開示されている。

例えば、特許文献３には、エンドリング周辺にポリアミドのボタンが配置されたダウンホールツールが開示されている。

特開２０１７−１５００２６号公報 特開２０１５−１２４２６６号公報 米国特許第９６１１７１５号明細書

しかしながら、坑井掘削環境は過酷化し、かつ多様化しており、特に坑井掘削に使用されダウンホールツールは、坑井が完成するまで順次坑井孔内に配置されるが、シェールオイル等の石油またはシェールガス等の天然ガス（以下、総称して「石油や天然ガス」ということがある。）などの生産が開始される段階では、これらを除去する必要がある。これについて、使用後に回収できるように特殊に設計されたプラグ（retrievable plug）もあるが、プラグは高深度地下に置かれたものであるため、そのすべてを回収するには多くの経費と時間を要する。

特許文献１に記載のダウンホールツールは、使用後に閉塞を解除して回収できるように設計されていないため、破砕、ドリル空け（drill out）その他の方法で、破壊されたり、小片化されたりすることによって除去されるが、破砕やドリル空け等には多くの経費と時間を費やす必要がある。

これについて、特許文献２には、分解性材料としてポリグリコール酸を使用したダウンホールツールが開示されている。しかしながら、坑井の高深度化が進んでいること、或いはもともと地熱が高い地域でも坑井掘削が行なわれ得ることから、特許文献２に記載のダウンホールツールよりも、より過酷な高温環境下で強度を維持しつつ、使用後には分解させることができるダウンホールツールが求められている。

特許文献３には、ポリアミド系樹脂をボタンに用いることが記載されているが、ポリアミド系樹脂の分解性について何ら開示されていない。

本発明は、上記課題に鑑みられたものであり、初期の圧縮強度が高く、一定期間圧縮強度を維持することができ、使用後には速やかに分解させることができる新規なダウンホールツールを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るダウンホールツールは、ポリアミド系樹脂とカルボン酸無水物とを含む分解性樹脂組成物から形成されており、上記カルボン酸無水物は、以下の条件：
ポリアミド系樹脂の融点≦カルボン酸無水物の５％重量減少温度
を満たす化合物であることを特徴とする。

本発明の一態様に係るダウンホールツールは、初期の圧縮強度が高く、一定期間圧縮強度を維持することができ、使用後には速やかに分解させることができる。よって本発明によれば、高温高圧環境でも使用中は強度を保持し、使用後は速やかに分解する新規なダウンホールツールを提供することができる。

本発明の一態様に係るダウンホールツールの概略を説明する図である。

＜ダウンホールツール＞
ダウンホールツールは、広義には、坑井の更なる掘削を行うための掘削装置やその動力源、更には、諸ツールの位置や掘削情報を取得し交換するセンサや通信装置を含む概念として使われるとともに、例えば、後述するプラグやプラグを構成する部材であるダウンホールツール部材を含む概念としても使われることもある。本明細中においては、ダウンホールツールとは、坑井の掘削作業において、該坑井内において使用され、石油やガス等の生産が開始される段階では、何らかの方法により除去することが必要な器具、および該器具を構成する部材のことを意味する。

ダウンホールツールを例示すれば、ｉ）分解性樹脂組成物からなるダウンホールツールまたはその部材、例えば、分解性樹脂組成物からなるボールシーラーや該分解性樹脂組成物からなるボールシートと、ｉｉ）分解性樹脂組成物からなる部材を備えるダウンホールツールまたはその部材、例えば、分解性樹脂組成物からなるマンドレルを備えるプラグ（フラックプラグまたはブリッジプラグ等）および分解性樹脂組成物からなるリングを備えるプラグとの両方を挙げることができる。なお、本明細書中、特に説明がない限り、「ダウンホールツール」とは「ダウンホールツールを構成するダウンホールツール部材」の意味も包含し得る。

ダウンホールツールは、坑井内において使用した後、除去されることは上述の通りであるがその方法として、例えば、加水分解性を有する分解性樹脂を用いてダウンホールツールを成形する方法がある。分解性樹脂が有する分解性とは、フラクチャリング流体等が使用される土壌中の微生物によって分解される生分解性、または、フラクチャリング流体等の溶媒、特に、水によって、更に所望により酸またはアルカリによって分解する加水分解性を有する分解性などであり、更に他の何らかの方法によって、例えば、所定温度以上の加熱条件によって化学的に分解することができる分解性が挙げられる。

本発明の一態様に係るダウンホールツールは、ポリアミド系樹脂とカルボン酸無水物とを含む分解性樹脂組成物から形成されるダウンホールツールであって、ポリアミド系樹脂の融点とカルボン酸無水物の５％重量減少温度とが、後述する式（１）の条件を満たす。これにより、高温環境下において所定の期間、高い圧縮強度を維持しつつ、所定の期間を経過した後、速やかに分解させることができるダウンホールツール、および該ダウンホールツールを構成するダウンホールツール部材を提供することができる。

〔分解樹脂組成物〕
本発明の一態様に係るダウンホールツールを成形するための分解性樹脂組成物は、ポリアミド系樹脂とカルボン酸無水物とを含み、ポリアミド系樹脂の融点と、カルボン酸無水物の５％重量減少温度とが、以下の式（１）の条件を満たす。
ポリアミド系樹脂の融点≦カルボン酸無水物の５％重量減少温度 … （１）
式（１）の条件を満たすように分解性樹脂組成物に使用するポリアミド系樹脂とカルボン酸無水物とを選択することで、分解性樹脂組成物を溶融混練し、ダウンホールツールを成形するときにおいてカルボン酸無水物が揮発し、気泡が発生することを防止することができる。このため、ダウンホールツールは、分解性樹脂組成物内部における気泡の発生が防止されており、該気泡に起因する初期圧縮強度の低下が防止されている。

また、分解性樹脂組成物は、ポリアミド系樹脂の融点とカルボン酸無水物の５％重量減少温度とが、上記式（１）の条件を満たし、カルボン酸無水物の融点とポリアミド系樹脂の融点とが下記式（２）の条件を満たすことがより好ましい。
カルボン酸無水物の融点≦ポリアミド系樹脂の融点＋５０℃ … （２）
ポリアミド系樹脂の融点とカルボン酸無水物の融点とが、式（２）の条件を満たすことによって、カルボン酸無水物を融解させることができる温度で、過度にポリアミド系樹脂を加熱しないようにして分解性樹脂組成物を溶融混練することができる。このため、ポリアミド系樹脂に対して均一にカルボン酸無水物が分散された分解性樹脂組成物を得ることができる。すなわち、一態様に係るダウンホールツールを形成するための分解性樹脂組成物は、カルボン酸無水物の融点及びポリアミド系樹脂の融点よりも高い温度において、該カルボン酸無水物と該ポリアミド系樹脂との両方を融解した状態で混練することにより得られる。

（ポリアミド系樹脂）
ポリアミド系樹脂は、カプロラクタムの開環（共）重合体、若しくは、多価カルボン酸とジアミンとの共縮重合体である。なお、ポリアミド系樹脂は、互いに構造が異なる２種類以上のポリアミド系樹脂の組み合わせであってもよい。

ポリアミド系樹脂は、１種のカプロラクタムの開環重合体、または、２種以上のカプロラクタムの開環共重合体であり得る。「開環重合体または開環共重合体（開環（共）重合体）」に用いられるカプロラクタムには、炭素数６〜２０であるカプロラクタムが挙げられ、例えば、ε−カプロラクタム、ウンデカンカプロラクタム、およびラウリルカプロラクタムなどが挙げられる。

また、ポリアミド系樹脂は、多価カルボン酸とジアミンとの共縮重合体であり得る。

共縮重合体に用いられる多価カルボン酸は、芳香族系多価カルボン酸と、脂肪族系多価カルボン酸とに大別される。芳香族系多価カルボン酸は、例えば、ベンゼン骨格、ナフタレン骨格などの芳香族構造を有する芳香族系多価カルボン酸であり、より具体的には、例えば、イソフタル酸、オルソフタル酸、テレフタル酸、および２，６−ナフタレンジカルボン酸などの芳香族系ジカルボン酸；、１，２，４−トリメリット酸などの芳香族系トリカルボン酸；、１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、ピロメリット酸などの芳香族系テトラカルボン酸；、並びに、これら芳香族系多価カルボン酸の無水物などが挙げられ、２種以上の芳香族系多価カルボン酸およびその無水物を併用してもよい。また、脂肪族系多価カルボン酸は、炭素数４〜１８の直鎖状、分岐状または環状の炭化水素構造を有する脂肪族系多価カルボン酸であり、より具体的には、例えば、アジピン酸、およびセバシン酸などの脂肪族系ジカルボン酸；、シクロヘキサントリカルボン酸などの脂肪族系トリカルボン酸；、１，２，３，４−ブタンテトラカルボン酸、およびシクロブタンテトラカルボン酸などの脂肪族系テトラカルボン酸；、並びにこれら脂肪族系多価カルボン酸の無水物などが挙げられ、２種以上の脂肪族系多価カルボン酸およびその無水物を併用してもよい。

共縮重合体に用いられるジアミンは、芳香族系ジアミンと脂肪族系ジアミンとに大別される。芳香族系ジアミンは、例えば、ベンゼン骨格、ナフタレン骨格などの芳香族構造を有する芳香族系ジアミンであり、より具体的には、例えば、ジアミノベンゼン、キシリレンジアミン、４，４’−ジアミノビフェニル、および４，４’−ジアミノジフェニルエーテルなどが挙げられる。また、脂肪族系ジアミンは、炭素数４〜２０の直鎖状、分岐状または環状の炭化水素構造を有する脂肪族系ジアミンであり、より具体的には、例えば、メチルペンタジアミン、ヘキサメチレンジアミン、シクロヘキサンジアミン、およびノナンジアミンなどの脂肪族系ジアミンを挙げることができる。

ポリアミド系樹脂の融点は、より高温環境下におけるダウンホールツールの圧縮強度を好適に維持するという観点から、１５０℃以上であり、１６０℃以上であることがより好ましく、１７０℃以上であることが最も好ましい。また、ポリアミド系樹脂の融点は、限定されるものではないが、該ポリアミド系樹脂にカルボン酸無水物を好適に溶融混練することができるという観点から、３５０℃以下であり、３３０℃以下であることがより好ましく、３２０℃以下であることが最も好ましい。

このようなポリアミド系樹脂として、例えば、ナイロン６（融点２２５℃）、ナイロン１１（融点１８７℃）、ナイロン１２（融点１７６℃）、ナイロン６６（融点２６５℃）、ナイロン６Ｔ（融点２９０℃）、ナイロン９Ｔ（融点３０６℃）、およびＭＸＤ６ナイロン（融点２３７℃）等が挙げられる。なお、本明細書に記載しているポリアミド系樹脂の融点は代表値として参照されるべきであり、より詳細には、ポリアミド系樹脂の融点は示差走査熱量（ＤＳＣ）測定によって求められる融点である。より具体的には、ポリアミド系樹脂の融点は、示差走査熱量（ＤＳＣ）測定にて、窒素雰囲気下、１０℃／ｍｉｎの昇温速度、５０℃〜４００℃の範囲の条件で得られるＤＳＣ曲線から求められ得る。

また、ポリアミド系樹脂は、分解性樹脂組成物における初期の圧縮強度を高めるという観点から、芳香族系多価カルボン酸または芳香族系ジアミンに由来する芳香族構造を有する半芳香族ポリアミド、若しくは、芳香族系トリカルボン酸、芳香族系テトラカルボン酸、脂肪族系トリカルボン酸、または脂肪族系テトラカルボン酸に由来するイミド結合を有するポリアミドイミドであることが好ましい。半芳香族ポリアミドには、例えば、上述のナイロン６Ｔ、ナイロン９Ｔ、およびＭＸＤ６ナイロンなどを挙げることができる。なお、高温環境下で水への溶解性が低いという観点からも、芳香族構造を有するポリアミド系樹脂が好ましい。

半芳香族ポリアミドとしては、例えば、ベスタミド（登録商標）（ダイセルエボニック社製）、アーレン（登録商標）（三井化学社製）などが市販されている。また、ポリアミドイミドには、例えば、トーロン（登録商標）（ソルベイ社製）などが市販されている。

また、高温環境下において所定の時間まで圧縮強度を好適に維持するという観点から、分解性樹脂組成物の主たる樹脂成分となるポリアミド系樹脂は、カプロラクタムの開環重合体または開環共重合体、若しくは、多価カルボン酸とジアミンとの共縮重合体であることが好ましい。言い換えれば、ポリアミド系樹脂は、ダウンホールツールに弾性を付与するという観点からは、開環（共）重合体または共縮重合体であるポリアミドをハードセグメントとして備え、さらに、ポリエーテルおよびポリエステルなどをソフトセグメントとして備えるポリアミド系樹脂の熱可塑性エラストマーであってもよいが、高温環境下における圧縮強度をより好適に維持するという観点からは、ポリアミド系樹脂の熱可塑性エラストマーでないことが好ましい。

（カルボン酸無水物）
分解性樹脂組成物には、分解促進剤としてカルボン酸無水物が含まれる。カルボン酸無水物には、例えば、安息香酸無水物（融点４２℃，沸点３６０℃）などのモノカルボン酸無水物、ジグリコール酸無水物（融点９１−９３℃，沸点２４０−２４１℃）、イソフタル酸無水物（融点１３１−１３４℃，沸点２８４℃）などのジカルボン酸無水物；、トリメリット酸無水物（融点１６３−１６６℃，沸点３９０℃）などのトリカルボン酸無水物；、並びに、１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物（融点２８６℃，沸点３９７−４００℃）、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（融点２９９℃，沸点３１５℃／４００Ｐａ、５％重量減少温度３２５℃）、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（融点２１８−２２２℃，沸点３２０℃、５％重量減少温度３０４℃）、１，２，３，４−ブタンテトラカルボン酸二無水物（融点２６０℃）、およびシクロブタンテトラカルボン酸二無水物（融点２８５℃，沸点３９８℃）などのテトラカルボン酸二無水物が挙げられる。このように、ポリアミド系樹脂の構造の一部に導入し得るようなカルボン酸無水物を分解促進剤として使用することによって、該カルボン酸無水物とポリアミド系樹脂との親和性を高めることができる。このため、均一にカルボン酸無水物が分散された分解性樹脂組成物を得ることができる。

なお、溶融混練されるべきポリアミド系樹脂の融点との関係において、上述の式（１）の条件を満たすカルボン酸無水物を選択し、より好ましくは、上述の式（２）の条件を満たす融点を有するカルボン酸無水物を選択すればよいことはすでに説明した通りである。

なお、分解性樹脂組成物におけるカルボン酸無水物の含有量は、ポリアミド系樹脂に対して、０．１質量％以上１０質量％以下の範囲内であることが好ましく、０．１質量％以上７質量％以下の範囲内であることがより好ましく、０．２質量％以上５質量％以下の範囲内であることが最も好ましい。カルボン酸無水物の含有量が、０．１質量％以上あることによって、高温環境下において、分解性樹脂組成物から成形されたダウンホールツールの使用を開始してから所定の時間が経過するまでの間、ダウンホールツールの圧縮強度を維持しつつ、その後、速やかに該ダウンホールツールを分解させるとこができる。また、カルボン酸無水物の含有量が１０質量％以下であることによって、ダウンホールツールにおける初期強度の低下や高温環境下での強度の急速な低下を防ぐことができる。

（補強材）
発明の一態様に係るダウンホールツールを形成する分解性樹脂組成物には、補強材が含まれていることがより好ましい。

ダウンホールツールは、補強材を分解性樹脂組成物に所定の割合で含有することによって圧縮強度を高めることができ、さらに坑井掘削に使用する諸部材との接触や衝突によっても損傷しにくい高い耐衝撃性を得ることができる。

ダウンホールツールを形成するための分解性樹脂組成物における補強材の含有量は、ダウンホールツールに要求される圧縮強度に応じて適宜定めることができ、ポリアミド系樹脂、カルボン酸無水物、および補強材の合計を１００質量％としたときに、５質量％以上５０質量％以下であり、１０質量％以上５０質量％以下の範囲内であることが好ましく、１５質量％以上５０質量％以下の範囲内であることがより好ましい。

補強材には、無機繊維補強材および有機繊維補強材などの繊維補強材、その他、粒子状補強材が挙げられる。

無機繊維補強材としては、例えば、ガラス繊維（ＧＦ）、炭素繊維、アスベスト繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化硼素繊維、窒化珪素繊維、硼素繊維、チタン酸カリ繊維等の無機繊維；ステンレス、アルミニウム、チタン、鋼、真鍮等の合金繊維または金属繊維；などが挙げられる。無機繊維補強材は、長さが通常１０ｍｍ以下、好ましくは１〜６ｍｍ、より好ましくは１．５〜４ｍｍの短繊維であり、ガラス繊維が特に好ましい。

有機繊維補強材としては、例えば、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂等から形成される高融点有機質繊維が挙げられるが、ダウンホールツールまたはその部材を形成する分解性樹脂組成物の機械強度や耐衝撃性の観点及び分解性の観点から、高強度、耐摩耗性、耐熱性等を有する、いわゆる高性能・高機能繊維またはスーパー繊維に属する有機繊維補強材が好ましく挙げられる。より具体的には、ケブラー（登録商標）、トワロン（登録商標）、テクノーラ（登録商標）、ノーメックス（登録商標）等のアラミド繊維（全芳香族ポリアミド繊維）；ザイロン（登録商標）等のポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維；ベクトラン（登録商標）等のポリアリレート繊維（ポリエステル）；トヨフロン（登録商標）、テフロン（登録商標）等のテトラフルオロエチレン繊維；ダイニーマ（登録商標）等の超高分子量ポリエチレン繊維；などが挙げられる。特に好ましくは、アラミド繊維またはポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維である。

有機繊維補強材は、繊維径が、０．５〜１００μｍであることが好ましく、１〜８０μｍであることがより好ましく、３〜５０μｍであることが更に好ましい。また、有機繊維補強材は、繊維長が、１０ｍｍ以下であることが好ましく、０．５〜９ｍｍがより好ましく、１〜８ｍｍが更に好ましい。繊維径または繊維長が小さすぎると、ダウンホールツールに要求される機械強度が得られないことがある。繊維径または繊維長が大きすぎると、分解性が低下したり、成形性が悪くなったりすることがある。

その他、粒子状補強材として、マイカ、シリカ、タルク、アルミナ、カオリン、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、フェライト、クレー、ガラス粉（ミルドファイバー等）、酸化亜鉛、炭酸ニッケル、酸化鉄、石英粉末、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム等を用いることができる。粒子状補強材は、粒径が通常０．０１μｍ〜１０００μｍ、好ましくは０．０５〜５００μｍ、より好ましくは０．１〜２００μｍである。

補強材は、必要に応じて、集束剤または表面処理剤により処理されていてもよい。集束剤または表面処理剤としては、例えば、エポキシ系化合物、イソシアネート系化合物、シラン系化合物、チタネート系化合物の官能性化合物が挙げられる。これらの化合物は、補強材に対して予め表面処理または集束処理を施して用いるか、あるいはダウンホールツールまたはその部材用分解性樹脂組成物の調製の際に同時に添加してもよい。

なお、無機繊維補強材、有機繊維補強材、および粒子状補強材は、それぞれ単独で、または２種以上を組み合わせて使用することができる。

（他の配合成分）
本発明の一態様に係るダウンホールツールは、該ダウンホールツールを形成する分解性樹脂組成物に対し、本発明の目的を阻害しない範囲で、他の補強材、および安定剤の各種添加剤、他の樹脂材料などを他の配合成分として含有させてもよい。

本発明の一態様に係るダウンホールツールを形成するための分解性樹脂組成物に含有させることができるその他の各種添加剤などとしては、例えば、各種ゴム材料またはエラストマー材料等の弾性材料、具体的には、コア−シェル構造を有するアクリルゴム含有メタクリレート樹脂等の熱可塑性エラストマー、分解性のゴム材料またはエラストマー材料等が挙げられ、より具体的には、例えば、脂肪族ポリエステルゴム、ポリウレタンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム等のほか、加水分解性を有する官能基を有するゴム材料またはエラストマー材料などが挙げられ、これらを含有させることにより、分解性樹脂組成物の靱性が向上し、耐衝撃性が更に改善されることがある。他の配合成分は、形状としては、繊維状、粒子状のものを含有させることができ、また、１種または複数種を含有させることができる。その他の配合成分の含有量は、適宜定めることができるが、分解性樹脂組成物（つまり、ポリアミド系樹脂、カルボン酸無水物、および必要に応じて配合される補強材）の合計量を１００質量部とするときに、通常１０質量部以下、好ましくは５質量部以下、より好ましくは３質量部以下である。

〔圧縮強度〕
本発明の一態様に係るダウンホールツールを成形するための分解性樹脂組成物は、１４０℃における初期の圧縮強度が６０ＭＰａ以上であることが好ましい。圧縮強度は、一軸圧縮強度として、ＪＩＳ Ｋ７１７８に準拠して測定することができる。なお、試験片のサイズ等、詳細については、実施例を参照されたい。

ダウンホールツールは、１４０℃における初期から２４時間後における圧縮強度が６０ＭＰａ以上であれば、１４０℃という高温環境下である坑井内において、１日以上、十分な強度を維持して作業を行うことができる。また、１２０時間後における１４０℃の圧縮強度が６０ＭＰａ以下であれば、その後、１４０℃という高温環境下である坑井内において速やかに加水分解させることができる。

＜プラグ＞
本発明に係るダウンホールツールの一態様として、図１に示す、複数のダウンホールツール部材から構成されているダウンホールツールの一例であるプラグについて説明する。ダウンホールツールであるプラグ（フラックプラグまたはブリッジプラグ等がある。）の典型的な構造としては、ダウンホールの延在する方向に延びるダウンホールツール部材であるマンドレル１（中空の管状体であることが多いが、限定されるものではない。また、通常外径３０〜２００ｍｍ、長さ２５０〜２０００ｍｍ程度である。）と、いずれも該マンドレル１の外周面上にマンドレル１の軸方向に離隔して周状に置かれるダウンホールツール部材である、環状のゴム部材２、スリップ３ａ、３ｂ、ウエッジ４ａ、４ｂ、及び１対のリング５ａ、５ｂ等とを備えるものである。図１の模式的断面図に示すプラグにおいては更に、マンドレル１の中空部ｈに、いずれもダウンホールツール部材であるボールシーラー（ボール）１０と、中心部に該ボールシーラー１０より小径の円形状の空隙を有する略円環状のボールシート１１とが備えられている。

また、マンドレル１の中空部ｈに備えられるボールシーラー１０及びボールシート１１は、いずれもマンドレル１の中空部ｈの内部においてマンドレル１の軸方向に沿って移動することが可能であり、ボールシーラー１０がボールシート１１の円形状の空隙に当接しまたは離隔することにより、流体の流れ方向を調節することができる。なお、環状のゴム部材２は、マンドレル１の軸方向に圧縮されて縮径することに伴い、マンドレル１の軸方向と直交する方向に拡径して、外方はダウンホールの内壁Ｈに当接し、内方はマンドレル１の外周面と当接することにより、プラグとダウンホールとの間の空間を閉塞（シール）する。

本発明の一態様に係るダウンホールツールは、例えば、上記説明したようなプラグを構成するダウンホールツール部材の少なくとも一部について、分解性樹脂組成物から成形されてなるダウンホールツール部材を備えている。ここで、分解性樹脂組成物から成形されている少なくとも１つのダウンホールツール部材の、ダウンホールツールに占める体積比率は、ダウンホールツール全体の５０％以上であることがより好ましい。より具体的には、図１に示すプラグにおける、環状のゴム部材２以外のダウンホールツール部材、すなわち、マンドレル１、スリップ３ａ、および３ｂ、ウエッジ４ａおよび４ｂ、リング５ａおよび５ｂ、ボールシーラー１０、ボールシート１１が分解性樹脂組成物により成形されていることが好ましい。これにより、略全てのダウンホールツール部材に所定環境における分解性を付与することができ、強度に優れるダウンホールツールを提供することができる。

＜分解性樹脂組成物およびダウンホールツールの製造方法＞
ダウンホールツールを成形するための分解性樹脂組成物の製造方法は、ポリアミド系樹脂、カルボン酸無水物、および必要に応じて配合される補強材を溶融混練することができれば、製造装置は限定されない。

分解性樹脂組成物の製造方法では、下記式（１）の条件を満たすように分解性樹脂組成物に使用するポリアミド系樹脂とカルボン酸無水物とを選択し、選択したポリアミド系樹脂の融点に相当する温度よりも高い温度で、ポリアミド系樹脂とカルボン酸無水物と溶融混練する。
ポリアミド系樹脂の融点≦カルボン酸無水物の５％重量減少温度 … （１）
これによって、分解性樹脂組成物を溶融混練するときにおいてカルボン酸無水物が揮発し、気泡が発生することを防止することができる。

また、分解性樹脂組成物の製造方法では、ポリアミド系樹脂の融点とカルボン酸無水物の５％重量減少温度とが、上記式（１）の条件を満たし、カルボン酸無水物の融点とポリアミド系樹脂の融点とが、下記式（２）の条件を満たすようにポリアミド系樹脂とカルボン酸無水物とを選択し、カルボン酸無水物の融点より高い融点に相当する温度で、ポリアミド系樹脂の融点とカルボン酸無水物とを溶融混練することがより好ましい。
カルボン酸無水物の融点≦ポリアミド系樹脂の融点＋５０℃ … （２）
これによって、分解性樹脂組成物を溶融混練するときにおいてカルボン酸無水物が揮発し、気泡が発生することを防止しつつ、カルボン酸無水物を融解させるようにして分解性樹脂組成物を溶融混練することができる。このため、ポリアミド系樹脂に対して均一にカルボン酸無水物が分散された分解性樹脂組成物を得ることができる。

なお、分解性樹脂組成物は、溶融混練後、予めペレット化し、ペレット化した分解性樹脂組成物を溶融混練してダウンホールツールを成形してもよい。ペレットからダウンホールツールを成形するときにおいて、ペレットを溶融するときの温度条件は、ポリアミド系樹脂とカルボン酸無水物とを溶融混練するときの温度条件に準じ、上述の式（１）および式（２）を参照して決定すればよい。

ダウンホールツールの成形方法としては、例えば、注型成形、圧縮成形、射出成形、押出成形、固化押出成形、遠心成形その他の公知の成形方法を挙げることができる。これらの成形方法によって、分解性樹脂組成物、またはそのペレットからダウンホールツールを形成するとよい。

なお、ダウンホールツールを製造するための予備成形品を成形し、該予備成形品を必要に応じて切削加工や穿孔等の機械加工をすることで、ボール状のダウンホールツールまたはその部材や、異形断面を有する棒状体、中空体または板状体（例えば、長さ方向に外径及び／または内径が異なる部分を有する棒状体や中空体など）であるダウンホールツールまたはその部材を製造してもよい。さらに、これらの製造方法によって得られた成形品を、それ自体公知の方法によって組み合わせることにより、ダウンホールツールまたはその部材を製造してもよい。

〔まとめ〕
以上の説明から明らかなように、本発明の一態様に係るダウンホールツールは、ポリアミド系樹脂とカルボン酸無水物とを含む分解性樹脂組成物から形成されており、上記カルボン酸無水物は、以下の融点の条件：
ポリアミド系樹脂の融点≦カルボン酸無水物の５％重量減少温度
を満たす化合物であることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係るダウンホールツールは、上記分解性樹脂組成物における上記カルボン酸無水物の含有量が、上記ポリアミド系樹脂の０．１質量％以上１０質量％以下であることがより好ましい。

また、本発明の一態様に係るダウンホールツールは、上記カルボン酸無水物が、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−ブタンテトラカルボン酸二無水物、およびシクロブタンテトラカルボン酸二無水物からなる群から選択される少なくとも１種であることがより好ましい。

また、本発明の一態様に係るダウンホールツールは、上記分解性樹脂組成物が、さらに補強材を含むことがより好ましい。

また、本発明の一態様に係るダウンホールツールは、上記ポリアミド系樹脂が、ポリアミドイミド、半芳香族ポリアミドまたはこれらの組み合わせであることがより好ましい。

また、本発明の一態様に係るダウンホールツールは、複数のダウンホールツール部材から構成されているダウンホールツールであって、上記複数のダウンホールツール部材の少なくとも１つは、上記分解性樹脂組成物から形成されている上記少なくとも１つのダウンホールツール部材の、上記ダウンホールツールに占める体積比率が、ダウンホールツール全体の５０％以上であることがより好ましい。

また、本発明の一態様に係るダウンホールツールは、プラグであることがより好ましい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の実施例について以下に説明する。

＜分析方法＞
（圧縮強度の評価）
ＪＩＳ Ｋ７１７８に従い、圧縮強度の評価を行なった。５ｍｍ×５ｍｍの断面積、厚さ３ｍｍの試験片を、１４０℃のオーブン中、１０ｍｍ／分の速度で圧縮し、圧縮ひずみ−圧縮応力曲線を得た。得られた圧縮ひずみ−圧縮応力曲線の変曲点を、一軸圧縮強度とした。変曲する前に試験片が破断したときは、破断時点の応力を一軸圧縮強度とした。

（５％重量減少温度）
アルミナ製のパンに入れたカルボン酸無水物のサンプル１０ｍｇを熱重量測定装置（メトラートレド製ＴＧＡ２）にセットし、流量４０ｍｌ／ｍｉｎの窒素雰囲気下、１０℃／ｍｉｎの昇温速度で、５０℃から４００℃まで昇温し、該サンプルの重量変化を測定した。得られた結果から、サンプルの重量が５％重量減少したときの温度を５％重量減少温度とした。

〔実施例１〕
乾燥済みのダイセルエボニック社製のベスタミドＨＴ ｐｌｕｓ Ｒ１０３５ブラック（ＧＦ５０％含有６Ｔナイロン）（融点３１０℃）１００重量部に３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（融点２９９℃，５%重量減少温度３２５℃）２重量部を添加して常温で混合し、混合物を得た。得られた混合物を、東洋精機社製の二軸押出機２Ｄ２５Ｓ（シリンダー温度：Ｃ１／Ｃ２／Ｃ３／ダイ／の順に２９０℃／３２０℃／３２０℃／３２０℃／に設定、スクリュー回転数５０ｒｐｍ）に連続的に投入して溶融混練し、ダイから連続的に排出された６Ｔナイロン組成物のストランドを乾燥空気で冷却し、ペレタイザーでペレット化した。

得られた６Ｔナイロン組成物のペレットを東芝機械製の射出成型機ＩＳ−７５Ｅ（シリンダー温度：Ｃ１／Ｃ２／Ｃ３／Ｃ４／ヘッド部の順に２９０℃／３２０℃／３２０℃／３２０℃／３２０℃に設定、金型温度１３０℃、スクリュー回転数５０ｒｐｍ、射出速度２０ｍｍ/秒、射出圧力２０ＭＰａ）を用いて、５ｍｍ×５ｍｍ×３ｍｍの直方体の外観が良好な射出成形片を得た。得られた射出成形片をオートクレーブで１４０℃に加熱した熱水中で２４時間および１２０時間保持した後に取り出し、１２０℃乾燥空気雰囲気下で２時間乾燥した後に圧縮強度を測定した。合わせて、熱水に保持しない初期の射出成形片の圧縮強度も測定した。

（比較例１）
３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を添加しないこと以外は実施例１と同様の方法で外観が良好な射出成形片を得た。得られた射出成形片をオートクレーブ中１４０℃の熱水中で２４時間および１２０時間保持した後に取り出し１２０℃乾燥空気雰囲気下で２時間乾燥した後に圧縮強度を測定した。合わせて、熱水に保持しない初期の射出成形片の圧縮強度も測定した。

（比較例２）
３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の代わりに３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（融点２１８−２２２℃，５％重量減少温度３０４℃）５重量部を常温で添加および混合した以外は実施例１と同様の方法で射出成形片を得た。得られた成形片には気泡や表面荒れが見られた。得られた射出成形片をオートクレーブ中１４０℃の熱水中で２４時間および１２０時間保持した後に取り出し１２０℃乾燥空気雰囲気下で２時間乾燥した後に圧縮強度を測定した。合わせて、熱水に保持しない初期の射出成形片の圧縮強度も測定した。

以下の表１に、実施例および比較例の評価結果を示す。

本発明は、採掘条件が過酷かつ多様なものとなるもとで、多様な坑井環境条件下で、坑井処理を確実に行い、かつその後、分解させることにより、坑井掘削の経費節減及び工程短縮に寄与することができるダウンホールツールに利用することができる。

１ ： マンドレル
２ ： 環状のゴム部材
３ａ、３ｂ ： スリップ
４ａ、４ｂ ： ウエッジ
５ａ、５ｂ ： （１対の）リング
１０ ： ボールシーラー（ボール）
１１ ： ボールシート
Ｈ ： ダウンホールの内壁
ｈ ： マンドレルの中空部

Claims (7)

1. ポリアミド系樹脂とカルボン酸無水物とを含む分解性樹脂組成物から形成されており、
   上記カルボン酸無水物は、以下の条件：
   ポリアミド系樹脂の融点≦カルボン酸無水物の５％重量減少温度
   を満たす化合物であることを特徴とするダウンホールツール。
2. 上記分解性樹脂組成物における上記カルボン酸無水物の含有量が、上記ポリアミド系樹脂の０．１質量％以上１０質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のダウンホールツール。
3. 上記カルボン酸無水物が、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−ブタンテトラカルボン酸二無水物、およびシクロブタンテトラカルボン酸二無水物からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２に記載のダウンホールツール。
4. 上記分解性樹脂組成物が、さらに補強材を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のダウンホールツール。
5. 上記ポリアミド系樹脂が、ポリアミドイミド、半芳香族ポリアミドまたはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のダウンホールツール。
6. 上記ダウンホールツールは、複数のダウンホールツール部材から構成されており、
   上記複数のダウンホールツール部材の少なくとも１つは、
   上記分解性樹脂組成物から形成されている上記少なくとも１つのダウンホールツール部材の、上記ダウンホールツールに占める体積比率が、ダウンホールツール全体の５０％以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のダウンホールツール。
7. プラグである、請求項６に記載のダウンホールツール。

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