油氣資源回收用密封球及其制造方法以及使用該密封球進行的豎井處理方法技術

一種油氣資源回收用密封球，其中，所述密封球至少具有球狀的芯體和將該芯體覆蓋的表層樹脂材料這兩層結構，其整體為基本上球狀的結構體，并且至少表層樹脂材料使用聚乙醇酸樹脂，所述密封球的直徑約為25mm(1英寸)以上。該密封球通過下述方法進行制造，即，通過支撐銷將球狀的芯體配置在金屬模型腔內的大致中央位置處，以該狀態向所述芯體周圍注塑由聚乙醇酸樹脂構成的表層樹脂進行成型，并在該表層樹脂的注塑完成的同時使支撐銷后退至金屬模型腔的壁面處，然后使表層樹脂固化。由此，能夠制造適用于以石油及燃氣為代表的油氣資源的回收中通用的水力壓裂法(hydraulic?fracturing)的大徑密封球，在該制造中，至少表層構成樹脂使用機械強度良好且尺寸設計性良好的生物降解性樹脂即聚乙醇酸樹脂，并且其工序比較簡單且尺寸精度良好。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種密封球，其是一種形成或者維修用于回收以石油及燃氣為代表的油氣資源的潛孔(豎井)時使用的工具，尤其涉及一種適于形成作為上述工具的壓裂塞或者壓裂滑套(水力壓裂用栓體或者管體)的密封球(所謂的壓裂球)及其制造方法，以及使用該密封球進行的豎井處理方法。
技術介紹
為了從含有以石油及燃氣為代表的油氣資源(以下，有時代表性地稱為“石油”)的地層(formation)中回收油氣資源而形成潛孔(down?hole)(地下井眼或者豎井)，用于促進該潛孔的形成、維修或者資源回收的壓裂塞(frac?plug)、橋塞(bridge?plug)、密封球、填塞(fill?plug)、栓塞(packer)等工具(以下總稱為“井下工具(downhole?tool)”)，在使用后并未回收到地面，多數情況下是直接使其在潛孔中崩壞或者將其丟在潛孔內而進行處理(上述井下工具或其使用形態的例示請參照例如專利文獻1～7)。因此，作為這樣的臨時使用的工具，推薦利用分解性的聚合物而形成其整體或者構成用于促進崩壞的結合部的部件(井下工具用部件)。作為上述分解性聚合物的例子，可以舉出：淀粉或者糊精等的多糖類；甲殼素、殼聚糖等的動物性蛋白質聚合物；聚乳酸(PLA代表性的有聚左旋乳酸(PLLA))、聚乙醇酸(PGA)、聚酪酸、聚纈草酸等的脂肪族聚酯；還有聚氨基酸、聚氧化乙烯等(專利文獻1及2)。為了通過所形成的潛孔從其周邊的地層中回收油氣資源(代表性的有“石油”)，多數情況下采用水壓或者水流壓裂法(hydraulic?fraturing)。以往，作為上述井下工具的一例的密封球，在水力壓裂法中大多是如下那樣進行使用，即，作為用于抑制過多的作業水流入孔眼(perforaions)中的填料，直接將孔眼封堵(例如專利文獻6)，其中，上述孔眼是使用穿孔槍(perforating?gun)等形成于地層中的用于回收石油的孔。作為上述用途中所使用的密封球，使用下述比較小的密封球，即，根據需要而包覆橡膠質表面層以提高密封性，并由尼龍、苯酚樹脂等的非分解性樹脂或者鋁等的非分解性材料形成，直徑為16～32mm(5/8英寸～1.25英寸、專利文獻6的第2欄第46～48行)。但是，近年來，作為構成水力壓裂法中使用的壓裂塞或者壓裂滑套(水力壓裂用栓體或者管體)的部件的一部分，建議使用直徑更大的密封球。更加具體來說，向通過將內置有球座(支座)和密封球的壓裂塞配置在所形成的潛孔的規定位置而劃分出的作業區域中導入高壓水流，并使水流朝向與潛孔垂直的方向作用于地層上，從而壓裂地層而形成用于回收石油的孔眼(perforations)(例如專利文獻1及2)。另外，也提出了下述方法，即，將以相互分離的方式內置有多個球座(支座)的管體(壓裂滑套)內插到潛孔中，并在該壓裂滑套內，連續地依次進行向球座供給或者配置密封球→導入高壓水流壓裂地層從而形成孔眼的作業(例如專利文獻7)。構成上述壓裂塞或者壓裂滑套的一部分的密封球(或者也稱為“壓裂球”)，除了例如直徑為與通常直接作為上述孔眼的填料的密封球相同的直徑即約25～100mm(1～4英寸)的密封球之外，很多情況下要求使用更大直徑的密封球。但是，在使用多數呈結晶性的生物降解性樹脂而不是以往的非分解性材料，并通過熱壓縮成型或者注塑成型來制造上述大徑密封球時，由于會因為熱收縮或者晶化時產生的收縮而發生縮痕或者孔隙，因此，不易制造具有作為填充(防止漏液)部件的壓裂球所要求的良好尺寸精度的大徑球。因此，目前的實際情況是，為了利用生物降解性樹脂材料制造上述直徑較大的壓裂球，采用固化擠壓→切削加工這樣的極其復雜且成本負擔大的方法。現有技術文獻專利文獻【專利文獻1】美國專利US2005/0205266A說明書【專利文獻2】美國專利US2005/0205265A說明書【專利文獻3】美國專利US2009/0101334A說明書【專利文獻4】美國專利US7621336B說明書【專利文獻5】美國專利US7762342B說明書【專利文獻6】美國專利US7647964B說明書【專利文獻7】美國專利US2010/0132959A說明書專利技術概要專利技術擬解決的問題鑒于上述現有技術情況，本專利技術的主要目的在于，提供一種能夠使用機械強度良好的生物降解性樹脂即聚乙醇酸樹脂，并通過比較簡單的工序而形成尺寸精度良好且直徑較大的密封球的制造方法以及通過該制造方法而形成的油氣資源回收用密封球。本專利技術的另一個目的在于，提供一種使用上述油氣資源回收用密封球進行的豎井處理方法。
技術實現思路
本專利技術的油氣資源回收用密封球的特征在于，至少具有球狀的芯體和將該芯體覆蓋的表層樹脂材料這兩層結構，其整體為基本上球狀的結構體，并且至少表層樹脂材料使用聚乙醇酸樹脂，該密封球的直徑約為25mm(1英寸)以上。另外，本專利技術的密封球的制造方法用于制造上述油氣資源回收用密封球，其特征在于，通過支撐銷將球狀的芯體配置在金屬模型腔內，以該狀態向上述芯體周圍注塑由聚乙醇酸樹脂構成的表層樹脂進行成型，并在該表層樹脂的注塑完成同時使支撐銷后退至金屬模型腔的壁面處，然后使表層樹脂固化。對于本專利技術人等以上述目的進行研究從而完成本專利技術的經過，進行若干補充。在呈生物降解性的脂肪族聚酯樹脂中，聚乙醇酸(PGA)樹脂顯示包括特大壓縮強度在內的出色機械強度，僅從這一點便可以說，聚乙醇酸樹脂具有作為密封球(即壓裂球)極其出色的特性，其中，該密封球(壓裂球)與球座一同內置于壓裂塞或者壓裂滑套中，從而作為阻止壓裂中高壓水流的支撐密封部件而發揮作用。進而，作為顯著不同于聚乳酸(PLLA)等其他脂肪族聚酯樹脂的特性，PGA樹脂具有下述特性，即，由于其具有水蒸氣阻隔性，因而在水中的厚度減少速度隨時間經過而固定不變(換言之，厚度減少速度呈直線狀)(其詳細內容已在國際專利PCT/JP2013/061075的說明書公開)，并且在混合有無機或者有機短纖維增強材料時，其初始厚度減少速度被顯著抑制，該抑制期間可通過所混合的短纖維增強材料的縱橫比(L/D)進行控制，并且厚度減少一定比例(例如50％)后的末期厚度減少速度與初始厚度減少速度相比顯著增大(其詳細內容已在日本專利特愿2012-154947號的說明書中公開)。由上述特性可知，在基于包括密封球在內的臨時使用的井下工具用部件的使用狀況的尺寸設計中，PG本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種油氣資源回收用密封球，其中，所述密封球至少具有球狀的芯體和將該芯體覆蓋的表層樹脂材料這兩層結構，其整體為基本上球狀的結構體，并且至少表層樹脂材料使用聚乙醇酸樹脂，所述密封球的直徑約為25mm(1英寸)以上。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2012.08.08 JP 2012-1763501.一種油氣資源回收用密封球，其中，所述密封球至少具有球狀的
芯體和將該芯體覆蓋的表層樹脂材料這兩層結構，其整體為基本上球狀
的結構體，并且至少表層樹脂材料使用聚乙醇酸樹脂，所述密封球的直
徑約為25mm(1英寸)以上。
2.根據權利要求1所述的密封球，其中，表層樹脂材料使用混合有
短徑(D)為0.1μm～1mm、縱橫比(L/D)為2～1000的無機或者有機
的短纖維增強材料的聚乙醇酸樹脂。
3.根據權利要求2所述的密封球，其中，在表層樹脂材料中，相對
于每100重量份的聚乙醇酸樹脂含有1～50重量份的短纖維增強材料。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的密封球，其中，表層樹脂材
料使用混合有平均粒徑為0.1μm～1mm的粉末狀增強材料的聚乙醇酸樹
脂。
5.根據權利要求4所述的密封球，其中，粉末狀增強材料在表層樹
脂材料總量中的含有比例為5～70重量％。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的密封球，其中，芯體由生物
降解性樹脂構成。
7.根據權利要求6所述的密封球，其中，芯體由聚乙醇酸樹脂構成。
8.一種油氣資源回收用密封球的制造方法，其用于制造權利要求1
至7中任一項所述的油氣資源回收用密封球，其中，通過支撐銷將球狀
的芯體配置在金屬模型腔內的大致中央位置處，以該狀態向上述芯體...

【專利技術屬性】
技術研發人員：大倉正之，佐藤浩幸，
申請(專利權)人：株式會社吳羽，
類型：發明
國別省市：日本;JP