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树脂组合物、井下工具或其构件、堵塞器以及坑井处理方法

文献发布时间:2024-04-29 00:47:01


树脂组合物、井下工具或其构件、堵塞器以及坑井处理方法

技术领域

本发明涉及一种树脂组合物、井下工具或其构件、堵塞器以及坑井处理方法。

背景技术

为了从地中回收以石油和燃气为代表的油气资源,设置钻井孔(地下挖掘坑),利用井下工具和井下工具构件。井下工具和井下工具构件通常通过使其直接在钻井孔中崩解或使其下落来处理,因此有时由分解性的聚合物构成。

就这样的由分解性的聚合物构成的井下工具构件而言,例如已知聚乙醇酸制的井下工具构件。聚乙醇酸为高强度而且示出水解性,因此适当用于井下工具或其构件的材料(例如,参照专利文献1)。

此外,就井下工具或其构件的材料而言,已知油田的挖掘技术所要求的、在比135℃高温的热水中在一定期间内保持树脂的重量和形状后迅速分解的树脂组合物(例如,参照专利文献2)。

此外,作为树脂组合物,已知含有聚酯和环状碳化二亚胺化合物的树脂组合物(例如,参照专利文献3)。

此外,就作为成型品的材料的树脂组合物而言,已知由相对于包含50质量%以上聚乙醇酸的脂肪族聚酯100质量份含有羧酸酐1~30质量份的脂肪族聚酯树脂组合物形成的成型品。已知所述成型品即使在低于66℃这样的较低温度的井下环境中也显示出优异的分解性(例如,参照专利文献4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:国际公开第2013/183363号

专利文献2:日本特开2015-160872号公报

专利文献3:国际公开第2010/071213号

专利文献4:日本特开2015-172106号公报

发明内容

发明要解决的问题

如上所述,从强度和水解性的观点考虑,包含聚乙醇酸的树脂组合物作为井下工具或其构件的材料是有用的。然而,环境温度越高,在井下工具或其构件中由聚乙醇酸的水解引起的厚度减少越倾向于快速进行。因此,就包含聚乙醇酸作为其材料的井下工具或其构件而言,特别是在高温(例如80℃)的坑井内,有时无法在目标期间内维持其使用形态。

本发明的一个方案的目的在于提供一种能抑制高温的坑井内的井下工具或其构件的厚度减少的技术。

技术方案

为了解决上述问题,本发明的一个方案的树脂组合物包含:50质量份以上且97质量份以下的聚乙醇酸、3质量份以上且50质量份以下的聚对苯二甲酸丁二醇酯、以及相对于所述聚乙醇酸和所述聚对苯二甲酸丁二醇酯的总量100质量份为2质量份以上且15质量份以下的环状碳化二亚胺化合物。

此外,为了解决上述问题,本发明的一个方案的井下工具或其构件包括通过以上述树脂组合物为原料的成型而形成的树脂成型体。

此外,为了解决上述问题,本发明的一个方案的堵塞器是用于暂时阻挡坑井内的流体的流通的堵塞器,是上述井下工具或其构件。

此外,为了解决上述问题,本发明的一个方案的井下工具具备筒状构件和如权利要求4~8中任一项所述的堵塞器,所述筒状构件在所述筒状构件周面具有连通所述筒状构件的内外的开口部,所述堵塞器以堵住所述开口部的方式卡合于所述筒状构件。

此外,为了解决上述问题,本发明的一个方案的坑井处理方法包括:使用上述堵塞器,暂时对坑井和井下工具中的至少一者的一个以上区域进行堵孔;以及通过使堵塞器中的所述树脂成型体的部分分解而消除由所述堵塞器实现的暂时的堵孔,变更所述区域中的流体的流路。

此外,为了解决上述问题,本发明的一个方案的坑井处理方法包括:将上述堵塞器设置于坑井,阻挡所述坑井内的流体的流动;以及使所述树脂成型体分解,恢复所述流体的流动。

此外,为了解决上述问题,本发明的一个方案的坑井处理方法包括:将如下井下工具导入坑井,所述井下工具在一端具有第一开口部,在另一端具有第二开口部,在所述一端与所述另一端之间具有第三开口部,所述第三开口部被如权利要求4~8中任一项所述的作为井下工具构件的堵塞器堵孔;将流体从地上经过所述第一开口部压入至所述井下工具,使所述流体从所述第二开口部喷射至所述坑井内,对所述坑井进行清洗;以及清洗后,使所述堵塞器中的所述树脂成型体的部分分解,能进行经由所述第三开口部的、所述井下工具内外的流体的流通。

有益效果

根据本发明的一个方案,能提供一种能抑制高温的坑井内的井下工具或其构件的厚度减少的技术。

附图说明

图1是应用了本发明的实施方式的堵塞器的第一方案的井下工具的剖面的概略图。

图2是将应用了本发明的实施方式的堵塞器的第一方案的变形例1的井下工具的剖面的一部分放大的示意图。

图3是将应用了本发明的实施方式的堵塞器的第一方案的变形例2的井下工具的剖面的一部分放大的示意图。

图4是本发明的实施方式的、在坑井内的规定的位置时的井下堵塞器的剖面的概略图。

图5是本发明的实施方式的、对坑井进行堵孔时的井下堵塞器的剖面的概略图。

图6是用于对树脂成型体的微观结构的观察位置进行说明的图。

图7是示出表示PGA∶PBT的质量比为90∶10的树脂成型体的剖面中的树脂的分散状态的SEM照片的图。

图8是示出表示PGA∶PBT的质量比为70∶30的树脂成型体的剖面中的树脂的分散状态的SEM照片的图。

图9是示出表示PGA∶PBT∶cyc-CDI的质量比为70∶30∶5的树脂成型体的剖面中的树脂的分散状态的SEM照片的图。

图10是示出表示PGA∶PET的质量比为70∶30的树脂成型体的剖面中的树脂的分散状态的SEM照片的图。

图11是示出表示PGA∶PET∶cyc-CDI的质量比为70∶30∶5的树脂成型体的剖面中的树脂的分散状态的SEM照片的图。

具体实施方式

以下,关于本发明,对其实施方式进行说明。本说明书中,只要没有特别说明,“~”就是指包含其两端的数值的以上以下的范围。此外,在本说明书中,也将“聚乙醇酸”称为“PGA”,也将“聚对苯二甲酸丁二醇酯”称为“PBT”,也将“环状碳化二亚胺化合物”称为“cyc-CDI”。

〔树脂组合物〕

本发明的一个实施方式的树脂组合物包含聚乙醇酸、聚对苯二甲酸丁二醇酯以及环状碳化二亚胺化合物。

[聚乙醇酸(PGA)]

本实施方式中的聚乙醇酸为含有-(-O-CH

作为聚乙醇酸为共聚物的情况下的其他单体成分,例如,可列举出:L-乳酸、D-乳酸、3-羟基丁酸以及1-羟基己酸等羟基羧酸;1,4-丁二醇与琥珀酸的缩合物和1,4-丁二醇与己二酸的缩合物等由二醇和二羧酸构成的酯化合物;上述的其他单体成分进行分子内缩合而生成的环状酯和内酯;以及三亚甲基碳酸酯等环状碳酸酯。

在聚乙醇酸为共聚物的情况下,源自乙醇酸的构成单元为70摩尔%以上,优选为80摩尔%以上,更优选为90摩尔%以上。

在聚乙醇酸为共聚物的情况下,所述共聚物的熔融粘度优选低于与所述共聚物具有相同分子量的乙醇酸均聚物的熔融粘度。若为具有这样的熔融粘度的共聚物,则不需要提高树脂组合物的熔融温度。因此,能抑制由源自乙醇酸的结构单元的分解引起的聚乙醇酸的分子量的降低。因此,从提高通过所述树脂组合物的成型而得到的树脂成型体的强度的观点考虑是优选的。

聚乙醇酸的分子量可以在能得到本发明的实施方式的效果的范围内适当决定。从在树脂成型物中表现由聚乙醇酸实现的水蒸气阻隔性的观点考虑,聚乙醇酸的分子量以重均分子量计优选为超过2万。而且从表现作为井下工具或其构件的期待的强度的观点考虑,聚乙醇酸的分子量更优选为7万以上,进一步优选为15万以上。聚乙醇酸均聚物的分子量的上限没有特别限定,但从能进行固化挤出成型或注塑成型的观点考虑,通常以重均分子量计优选为50万以下,更优选为30万以下。

[聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)]

本发明的实施方式中的聚对苯二甲酸丁二醇酯是具有对苯二甲酸单元和1,4-丁二醇单元酯键合而成的结构的聚酯。聚对苯二甲酸丁二醇酯优选为使对苯二甲酸与1,4-丁二醇缩聚而成的聚对苯二甲酸丁二醇酯的均聚物(homopolymer),但也可以是共聚物,也可以是它们的混合物。

例如,聚对苯二甲酸丁二醇酯也可以包含除了对苯二甲酸以外的二羧酸单元。在其它二羧酸的例子中包括除了对苯二甲酸以外的芳香族二羧酸类、脂环族二羧酸类以及脂肪族二羧酸类。在芳香族二羧酸类的例子中包括间苯二甲酸、邻苯二甲酸、1,5-萘二羧酸、2,5-萘二羧酸、2,6-萘二羧酸、联苯-2,2'-二羧酸、联苯-3,3'-二羧酸、联苯-4,4'-二羧酸、双(4,4'-羧基苯基)甲烷、蒽二羧酸以及4,4'-二苯基醚二羧酸。在脂环族二羧酸类的例子中包括1,4-环己烷二羧酸和4,4'-二环己基二羧酸。在脂肪族二羧酸类的例子中包括己二酸、癸二酸、壬二酸以及二聚酸。

此外,聚对苯二甲酸丁二醇酯除了包含1,4-丁二醇以外,还可以包含其他二醇单元。在其它二醇单元的例子中包括碳原子数2~20的脂肪族或脂环族二醇类和双酚衍生物类等。在其它二醇单元的更具体例子中包括乙二醇、丙二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、癸二醇、环己烷二甲醇、4,4'-二环己烷甲醇、4,4'-二环己烷丙醇以及双酚A的环氧乙烷加成二醇。

而且,聚对苯二甲酸丁二醇酯除了如上所述的二官能性单体以外,还可以少量含有用于引入支链结构的三官能性单体、具有四个以上官能团的单体、或者用于调节分子量的源自单官能性化合物的结构单元。在三官能性单体的例子中包括偏苯三酸、均苯三酸、均苯四酸以及三羟甲基丙烷。在四官能性单体的例子中包括季戊四醇。在六官能性单体的例子中包括二季戊四醇。

本发明的实施方式中的聚对苯二甲酸丁二醇酯可以是通过共聚改性的聚对苯二甲酸丁二醇酯。在这样的改性聚对苯二甲酸丁二醇酯的例子中包括使聚亚烷基二醇类、特别是聚四亚甲基二醇共聚而成的聚酯醚、二聚酸共聚的聚对苯二甲酸丁二醇酯和间苯二甲酸共聚的聚对苯二甲酸丁二醇酯。需要说明的是,改性聚对苯二甲酸丁二醇酯是指共聚物的量为聚对苯二甲酸丁二醇酯的全部链段中的1摩尔%以上且小于50摩尔%的物质。

聚对苯二甲酸丁二醇酯的末端羧基量只要适当选择决定即可。聚对苯二甲酸丁二醇酯的末端羧基量可以为60eq/ton以下,从耐碱性和耐水解性的观点考虑,优选为50eq/ton以下,进一步优选为30eq/ton以下。从聚对苯二甲酸丁二醇酯的制造中的生产率的观点考虑,聚对苯二甲酸丁二醇酯的末端羧基量可以为10eq/ton。

聚对苯二甲酸丁二醇酯的末端羧基量可以通过聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂0.5g溶解于苯甲醇25mL中,使用氢氧化钠的0.01摩尔/L苯甲醇溶液通过滴定来进行测定。需要说明的是,所述末端羧基量可以根据聚合时的原料装料比等以往公知的制造条件来适当调整。

从成型性和机械特性的观点考虑,本发明的实施方式中的聚对苯二甲酸丁二醇酯的固有粘度优选为0.5~2dL/g,更优选为0.6~1.5dL/g。所述固有粘度可以在四氯乙烷于苯酚的1∶1(质量比)的混合溶剂中、在30℃下进行测定。

本发明的实施方式的聚对苯二甲酸丁二醇酯可以是市售品,也可以是合成品。在市售品的例子中包括Mitsubishi Engineering Plastics株式会社制的“NOVADURAN”(注册商标)。合成品可以通过使以对苯二甲酸为主要成分的二羧酸成分或它们的酯衍生物与以1,4-丁二醇为主要成分的二醇成分以间歇式或连续式熔融聚合的公知的方法来制造。

本发明的实施方式的聚对苯二甲酸丁二醇酯的分子量可以在能得到本发明的实施方式的效果的范围内适当决定。若聚对苯二甲酸丁二醇酯的分子量过小,则有时抑制水向树脂成型体侵入的效果不充分,若聚对苯二甲酸丁二醇酯的分子量过大,则有时树脂成型体中的分散性不良。从水的侵入抑制效果的观点考虑,聚对苯二甲酸丁二醇酯的分子量以重均分子量计优选为5千以上,更优选为8千以上,进一步优选为1万以上。此外,从实现树脂成型体中的聚对苯二甲酸丁二醇酯的良好的分散性的观点考虑,聚对苯二甲酸丁二醇酯的分子量以重均分子量计优选为5万以下,更优选为3万以下,进一步优选为2万以下。

此外,从进一步提高水的侵入抑制效果的观点考虑,聚对苯二甲酸丁二醇酯的重均分子量M

需要说明的是,PGA和PBT的重均分子量可以通过凝胶渗透色谱法(GPC)等公知的方法来测定,但也可以是目录值。

[环状碳化二亚胺化合物含量(cyc-CDI)]

本实施方式中的聚乙醇酸树脂组合物所含的环状碳化二亚胺化合物为具有如下环状结构的化合物,所述环状结构是碳化二亚胺基的第一氮与第二氮通过键合基团键合而成的。环状碳化二亚胺化合物例如可以由下述式(I)表示。

[化学式1]

式(I)中,R表示选自由脂肪族基团、脂环族基团以及芳香族基团构成的组中的一个以上二价键合基团。此外,式(I)中,R任选地包含杂原子。在杂原子的例子中包括:氧(O)、氮(N)、硫(S)以及磷(P)。而且,R任选地包含环结构,所述环结构任选地包含碳化二亚胺结构。

例如,环状碳化二亚胺化合物可以是如下二价二环式化合物:具有两个碳化二亚胺基的第一氮与第二氮通过键合基团键合而成的环状结构,并且这些环状结构共享一部分碳原子。在所述二环式化合物的例子中包括两个环状结构共享两个以上碳原子的双环化合物以及两个环状结构共享一个碳原子的螺环化合物。两个环状结构均包含碳化二亚胺基,可以具有彼此相同的结构,也可以具有不同的结构。

构成环状结构的主链的原子的种类和数量可以在能得到本实施方式的效果的范围内适当决定。例如,直接构成环状结构的原子的数量优选为8以上,更优选为10以上。此外,所述原子的数量优选为50以下,更优选为20以下。

而且,R也可以在能得到本实施方式的效果的范围内进一步具有一价取代基。更详细而言,R可以是二~四价的碳原子数1~20的脂肪族基团、二~四价的碳原子数3~20的脂环族基团、二~四价的碳原子数5~15的芳香族基团或它们的组合。在所述组合的例子中包括亚烷基与亚芳基键合而成的亚烷基-亚芳基。

在R中的脂肪族基团的例子中包括:碳原子数1~20的亚烷基、碳原子数1~20的烷烃三基以及碳原子数1~20的烷烃四基。

在亚烷基的例子中包括:亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基、亚戊基、亚己基、亚庚基、亚辛基、亚壬基、亚癸基、亚十二烷基以及亚十六烷基。

在烷烃三基的例子中包括:甲烷三基、乙烷三基、丙烷三基、丁烷三基、戊烷三基、己烷三基、庚烷三基、辛烷三基、壬烷三基、癸烷三基、十二烷三基以及十六烷三基。

在烷烃四基的例子包括:甲烷四基、乙烷四基、丙烷四基、丁烷四基、戊烷四基、己烷四基、庚烷四基、辛烷四基、壬烷四基、癸烷四基、十二烷四基以及十六烷四基。

在R中的脂环族基团的例子中包括:碳原子数3~20的环亚烷基、碳原子数3~20的环烷烃三基以及碳原子数3~20的环烷烃四基。

在环亚烷基的例子中包括:环亚丙基、环亚丁基、环亚戊基、环亚己基、环亚庚基、环亚辛基、环亚壬基、环亚癸基、环亚十二烷基以及环亚十六烷基。

在环烷烃三基的例子中包括:环丙烷三基、环丁烷三基、环戊烷三基、环己烷三基、环庚烷三基、环辛烷三基、环壬烷三基、环癸烷三基、环十二烷三基以及环十六烷三基。

在环烷烃四基的例子中包括:环丙烷四基、环丁烷四基、环戊烷四基、环己烷四基、环庚烷四基、环辛烷四基、环壬烷四基、环癸烷四基、环十二烷四基以及环十六烷四基。

在R中的芳香族基团的例子中包括:碳原子数5~15的亚芳基、碳原子数5~15的芳烃三基以及碳原子数5~15的芳烃四基。所述芳香族基团任选地包含杂原子。

在亚芳基的例子中包括亚苯基和亚萘基。

在芳烃三基(三价)的例子中包括苯三基和萘三基。

在芳烃四基(四价)的例子中包括苯四基和萘四基。

在R所任选地具有的取代基的例子中包括:碳原子数1~20的烷基、碳原子数6~15的芳基、卤素原子、硝基、酰胺基、羟基、酯基、醚基以及醛基。

在上述环状碳化二亚胺化合物中,从防止由异氰酸酯化合物独特的臭味引起的作业环境的恶化的观点考虑,优选使用在一个环状结构内仅具有一个碳化二亚胺基的化合物。其原因在于,若是所述结构的环状碳化二亚胺,则即使与聚乙醇酸末端的羧基反应,也不会游离出具有异氰酸酯基的化合物。

上述环状碳化二亚胺化合物的例子中例如可列举出下述式(II)或下述式(III)所示的化合物。

[化学式2]

此外,在环状碳化二亚胺化合物在同一分子结构中包含多个碳化二亚胺基的情况下,通过与高分子的羧基末端反应,有时也作为扩链剂发挥功能。因此,从抑制高温下的熔融混炼时的分解引起的聚乙醇酸的分子量降低的观点考虑,就环状碳化二亚胺化合物而言,例如,适当的是,式(III)那样的在同一分子结构中包含多个碳化二亚胺基的化合物。

[含量]

本发明的实施方式的树脂组合物中的PGA的含量为50质量份以上且97质量份以下。从充分赋予树脂成型体源自PGA的快速分解特性的观点考虑,优选PGA的含量为50质量份以上,从提高所述分解特性的观点考虑,更优选为55质量份以上,进一步优选为60质量份以上。此外,从充分抑制树脂成型体在80℃的水中的厚度减少速度的观点考虑,优选PGA的含量为97质量份以下,从抑制所述厚度减少速度的观点考虑,更优选为90质量份以下,进一步优选为80质量份以下。

本发明的实施方式的树脂组合物中的PBT的含量为3质量份以上且50质量份以下。从充分抑制树脂成型体在80℃的水中的厚度减少速度的观点考虑,优选PBT的含量为3质量份以上,从抑制所述厚度减少速度的观点考虑,更优选为20质量份以上,进一步优选为25质量份以上。此外,从充分表现树脂成型体的分解特性的观点考虑,优选PBT的含量为50质量份以下,从提高所述分解特性的观点考虑,更优选为45质量份以下,进一步优选为40质量份以下。

本发明的实施方式的树脂组合物中的cyc-CDI的含量相对于PGA和PBT的总量100质量份为2质量份以上且15质量份以下。从兼顾上述分解特性的表现和厚度减少速度的抑制效果的观点考虑,优选相对于PGA和PBT的总量100质量份,cyc-CDI的含量为2质量份以上,从提高厚度减少速度的抑制效果的观点考虑,更优选为4质量份以上,进一步优选为5质量份以上。此外,从兼顾由cyc-CDI的添加实现的效果和经济性的观点考虑,优选cyc-CDI的含量为15质量份以下,从经济性的观点考虑,更优选为10质量份以下,进一步优选为8质量份以下。

本发明的实施方式的树脂组合物通过具有上述构成,与不并用PGA和PBT而仅单独使用PGA的情况相比,具有由PGA实现的分解特性,并且能抑制在80℃的水中的厚度减少速度。认为其原因在于,通过上述cyc-CDI,PBT链在成型时扩链。其结果是,成型时的PGA与PBT的熔融混合性降低,在树脂成型体中形成棱状或网眼状的PBT相,认为其结果是,抑制了水与树脂成型体中的PGA相的接触,表现出如上所述的分解延迟效果。

[其它成分]

在本发明的实施方式的树脂组合物中,也可以在能得到本发明的实施方式的效果的范围内包含:热稳定剂、抗氧化剂、耐冲击改性剂、交联剂、有机填料、无机填料、以及着色剂等其他添加剂。

[性状]

本发明的实施方式的树脂组合物的形态没有限定。树脂组合物可以是粉末状的原料的混合物,也可以是颗粒等这些原料的熔融混炼物。例如,在树脂组合物中,PGA的末端可以被环状碳化二亚胺化合物封端,PBT的末端可以被环状碳化二亚胺化合物封端。在此,“封端的结构”是指通过PGA或PBT的末端的羧基与环状碳化二亚胺化合物反应而得到的结构。也可以是,PGA或PBT的末端的一部分被环状碳化二亚胺化合物封端。在PGA或PBT的末端的一部分被环状碳化二亚胺化合物封端的情况下,本实施方式的树脂组合物除了PGA、PBT以及环状碳化二亚胺化合物以外,还可以进一步包含例如通过环状碳化二亚胺化合物与PGA或PBT的末端反应、键合而构成的环状碳化二亚胺化合物的衍生物。

[树脂成型体]

(树脂成型体的制造方法)

通过以本发明的实施方式的树脂组合物为原料的成型,形成树脂成型体。所述树脂成型体可以通过将PGA、PBT以及cyc-CDI混合,进行该混合物的固化挤出成型或注塑成型来制造。该混合物可以是将PGA、PBT和cyc-CDI熔融混炼并颗粒化而得到的物质。在熔融混炼的情况下,从抑制PGA的热分解的观点考虑,温度优选为220℃~280℃,更优选为230℃~260℃。

此外,通过在上述温度下将PGA、PBT以及cyc-CDI混合,一部分cyc-CDI与PGA和PBT的各自的末端的羧基反应。其结果是,PGA或PBT的末端被cyc-CDI封端。对树脂成型体进行固化挤出成型或注塑成型时的温度优选为220℃~280℃,更优选为230℃~260℃。

(树脂成型体的分解)

树脂成型体由本发明的实施方式的树脂组合物形成,因此在盐浓度低的流体或水中也适当地分解。当将所述树脂成型体浸渍于水中时,树脂成型体的表层部中的PGA由于水解而分子量降低。其结果是,树脂成型体的表层部变脆。分子量降低的PGA透过水,因此PGA从树脂成型体的表层部到中心部逐渐水解。由此,树脂成型体的脆化进行。当分子量降低的PGA由于进一步的水解而进一步低分子量化时,作为水解产物而生成的低聚物或乙醇酸溶出至水中。其结果是,树脂成型体失去形状。如此,树脂成型体最终被分解。在将树脂成型体用于后述的井下工具或其构件的情况下,通过树脂成型体的分解,由树脂成型体实现的堵孔解除。

在本说明书中,将树脂成型体的脆化的进行速度规定为厚度减少速度。厚度减少速度是树脂成型体未脆化的部分的厚度正在减少的速度。脆化从树脂成型体的表面起向中心进行,未脆化的部分的厚度从表面侧起减少。因此,脆化的进行速度与厚度减少速度显示正相关。

“分解提前期(decomposition lead time)”是指,从将树脂成型体浸渍于水中的时间点起,到所述成型体中的表层部的PGA水解,所述成型体的厚度开始减少的时间点为止的时间。此外,“脆化”是指,由于PGA水解,PGA的分子量降低,其结果是,树脂成型体变脆。在树脂成型体中,也将变脆的部分称为脆化层。在本发明的一个实施方案中,所述厚度减少速度可以通过PBT的量或cyc-CDI的量来调整。

所述树脂成型体在80℃的水中的厚度减少速度可以根据树脂成型体的用途适当决定。在树脂成型体的用途为后述的井下工具或其构件的情况下,从高温环境下的形状稳定性的观点考虑,树脂成型体在80℃的水中的厚度减少速度优选为0.1μm/hr以上,更优选为1μm/hr以上,进一步优选为5μm/hr以上。此外,从上述观点考虑,该厚度减少速度优选小于60μm/hr,更优选小于35μm/hr,进一步优选小于30μm/hr。

如上所述,本实施方式中的树脂成型体由包含PGA、PBT以及cyc-CDI的树脂组合物形成。PGA的水蒸气阻隔性高。本实施方式的树脂成型体直到表层部脆化为止不会发生中心部的水解和脆化,因此脆化不会迅速进行。

此外,本实施方式中的树脂成型体包含PBT。PBT也具有充分高的水蒸气阻隔性,并且与PGA相比具有充分低的水解性。如后述的例子所示,在相对于PGA和PBT的总量100质量份,PBT为15质量份以下的情况下,PBT倾向于在PGA相中微分散。水沿着PGA相与PBT相的界面扩散,因此PBT相在PGA相中微分散基本上有助于PGA相的分解加速。另一方面,随着PBT的添加量进一步增加,PBT在PGA相中凝聚,PBT相间的距离变大,因此水到达PGA相为止的前进路径长度变得更长。此外,本实施方式中的树脂成型体的树脂组合物通过进一步包含cyc-CDI,与不含有cyc-CDI的情况相比,分散于PGA相中的PBT相变大,有时也分布成棱状或网眼状。因此,进一步抑制树脂成型体中的水分子的扩散。由此,脆化的进行进一步延迟。

而且,本实施方式中的树脂成型体包含cyc-CDI或碳化二亚胺基。经过了脆化层的水分子与cyc-CDI或碳化二亚胺基反应,因此进一步抑制水分子的扩散。由此,脆化的进行进一步延迟。需要说明的是,树脂组合物中的碳化二亚胺基例如可以通过以二甲基砜为标准物质的

如此,本实施方式的树脂成型体在高温的水中经过分解提前期后也能延迟水解和脆化。因此,在后述的井下工具或其构件的用途中,即使在高温条件下也能够延长堵孔保持时间。

(树脂成型体的其他物性)

就本实施方式中的树脂成型体而言,在后述的井下工具或其构件的中途中,从耐受坑井内的高的压力而保持堵孔的观点考虑,拉伸强度优选为80MPa以上,更优选为90MPa以上,进一步优选为100MPa以上。此外,从容易进行成型加工的观点考虑,拉伸强度优选为400MPa以下,更优选为370MPa以下,进一步优选为350MPa以下。在此,树脂成型体的拉伸强度通过使用类型1A的拉伸试验片,依据ISO527在23℃的环境下以50mm/min的速度拉伸而测定出。

[树脂组合物的总结]

本发明的第一实施方式的树脂组合物包含50质量份以上且97质量份以下的PGA、3质量份以上且50质量份以下的PBT、以及相对于PGA和PBT的总量100质量份为2质量份以上且15质量份以下的cyc-CDI。在以具有所述组成的树脂组合物为材料的井下工具或其构件中,在80℃水中的环境下,与不含PBT的组成相比,能进一步抑制水的侵入。因此,所述树脂组合物能抑制高温的坑井中的井下工具或其构件的厚度减少。

就本发明的第二实施方式的树脂组合物而言,可以是,在所述第一实施方式中,cyc-CDI的含量相对于PGA和PBT的总量100质量份为4质量份以上。该构成与不含PBT的组成相比,从降低树脂成型体在80℃的水中的厚度减少速度的观点考虑,是进一步有效的。

〔井下工具或其构件〕

本发明的实施方式的井下工具和井下工具构件包含通过以上述本发明的实施方式的树脂组合物为原料的成型而形成的树脂成型体。就本发明的实施方式的井下工具或其构件而言,可以是其一部分包含树脂成型体,也可以是全部由树脂成型体形成。就本发明的实施方式的井下工具或其构件而言,在其一部分包含树脂成型体的情况下,树脂成型体的部分可以是在该井下工具或其构件中一体的部分,也可以是另行组合的其他部件。

在本发明的实施方案中,井下工具是指,用于形成或捕集用于回收位于地中的石油和燃气等油气资源的钻井孔的工具本身。井下工具的例子中包括:堵塞器、冲洗管、水泥固定器、射孔枪、密封球、堵孔堵塞器、以及封隔器。

此外,在本发明的实施方式中,井下工具构件是指构成上述井下工具中的结合部的构件。所述结合部是指为了形成井下工具而将构成井下工具的多个部件结合的部分,或者为了实现钻井孔内的使用形态而与钻井孔直接或间接结合的部分。

需要说明的是,就上述示例的工具而言,存在根据其构成或用法而被分类为井下工具的工具和被分类为井下工具构件的工具。例如,就堵塞器而言,存在作为井下工具的堵塞器和作为井下工具构件的堵塞器。

〔堵塞器〕

本发明的实施方式的堵塞器是用于暂时阻挡坑井内的流体的流通的堵塞器,是上述井下工具或其构件。如上所述,就堵塞器而言,可以存在作为井下工具的堵塞器和作为井下工具构件的堵塞器这两方。在作为井下工具的堵塞器的例子中包括压裂塞和桥塞。在作为井下工具构件的堵塞器的例子中包括球、飞镖、盘、螺钉以及封隔器。

[堵塞器的具体方案]

(堵塞器的第一方案)

作为本发明的实施方式的堵塞器的第一方案,对如下堵塞器进行说明,所述堵塞器将设于插入至坑井的筒状构件的周面部的、使该筒状构件内外连通的开口部堵住来使用。这样的堵塞器例如可以是应用于井下工具中的球、飞镖、盘、螺钉以及封隔器。此外,作为应用这些第一方案的堵塞器的井下工具的例子,可列举出用于在压裂前清洗坑井或刺激地层的冲洗管。

以下,使用图1对堵塞器是应用于井下工具的螺钉的情况下的方案进行说明。图1是应用了本发明的第一方案的堵塞器的井下工具的剖面的概略图。

图1所示的井下工具1插入至坑井内,具备筒状主体14作为筒状构件。井下工具1在始端具有第一开口部16,以及在终端具有第二开口部17,在该始端与该终端之间进一步具有一个以上第三开口部18。需要说明的是,“20”表示坑井壁。

第三开口部18是设于筒状主体14的周面,使筒状主体14的内外连通的开口部。在第三开口部18以堵住第三开口部18的方式插入螺钉状的堵塞器11,堵塞器11与第三开口部卡合。如此,筒状主体14的第三开口部18被堵塞器11堵孔。

在此,井下工具的“始端”是指在井下工具设定于坑井内的状态下,位于坑井的入口侧的端部,是指在将井下工具插入至坑井的情况下最后插入的一侧的端部。“终端”是与始端相反一侧的端部,是指在坑井内,从入口观察坑井的情况下的位于里侧的端部,是指将井下工具插入至坑井的情况下首先插入的一侧的端部。

如图1所示,堵塞器11是将设于筒状构件的周面的、使筒状构件内外连通的开口部堵住的、螺钉状的堵塞器。堵塞器11由本实施方式的树脂成型体构成。

堵塞器11插入至筒状主体14的第三开口部18,由此阻挡流体从筒状主体14的内侧经由第三开口部18向外侧的流动。然后,由树脂成型体构成的堵塞器11分解,由此第三开口部18打开,其结果是,产生经由第三开口部18的、流体从筒状主体14的内侧向外侧的流动或流体从筒状主体14的外侧向内侧的流动。

堵塞器11的大小可以根据作为应用对象的筒状主体14的厚度而不同,作为一个例子,在将堵塞器11嵌入至筒状主体14的状态下,在筒状主体14的外侧露出的堵塞器11的第一面121与在筒状主体14的内侧露出的堵塞器11的第二面122的最短距离L1可以为6mm以上且65mm以下。

(第一方案的变形例1)

使用图2对本实施方式的堵塞器的第一方案的变形例1进行说明。图2是将应用了本发明的实施方式的堵塞器的第一方案的变形例1的井下工具的剖面的一部分放大的示意图。变形例1的井下工具2与上述井下工具1相同,筒状主体24的第三开口部28被螺钉状的堵塞器21堵孔。

如图2所示,变形例1的堵塞器21与上述堵塞器11相同,是将设于筒状构件的周面的、使筒状构件内外连通的开口部堵住的堵塞器。但是,变形例1的堵塞器21在如下方面与堵塞器11不同:所述堵塞器21由主体部22和环状成型体23构成,所述主体部22由本实施方式的树脂成型体形成,所述环状成型体23由非分解性材料形成。

变形例1中的环状成型体23是覆盖主体部22的周围的、在外周面具有螺纹牙的环状构件。在此,主体部22为配置于环状成型体23的环的内侧的构成。变形例1中的环状成型体23由SUS303和SUS304等非分解性材料形成。在此,“非分解性材料”是指在坑井环境中重量或厚度不容易减少的材料。环状成型体23优选由在坑井内30天以上重量或厚度实质上不减少的材料形成。

在变形例1中,堵塞器21插入至筒状主体24的第三开口部28,由此阻挡流体从筒状主体24的内侧经由第三开口部28向外侧的流动。然后,由树脂成型体构成的堵塞器21的主体部22分解,由此第三开口部28打开,其结果是,产生经由第三开口部28的、更详细而言经由环状成型体23的环的内侧的、流体从筒状主体24的内侧向外侧的流动或流体从筒状主体24的外侧向内侧的流动。

主体部22的大小与堵塞器11的大小同样地,只要由本领域技术人员适当设定即可。

(第一方案的变形例2)

使用图3对本实施方式的堵塞器的第一方案的变形例2进行说明。图3是将应用了本发明的实施方式的堵塞器的第一方案的变形例2的井下工具的剖面的一部分放大的示意图。在图3中的井下工具3所具备的筒状主体34中,在其周面设有使筒状主体34的内外连通的第三开口部38。在筒状主体34的内侧卡合有堵塞器31。

作为第一方案的变形例2的堵塞器31与上述第一方案的堵塞器11相同,应用于在其周面具有使内外连通的开口部的筒状构件,但在未插入至开口部这方面与堵塞器11不同。变形例2的堵塞器31在筒状构件的周面的内侧,以堵住所述开口部的方式与筒状构件卡合。如此,第三开口部38通过堵塞器31卡合于筒状主体34的内侧而从内侧被堵住。由此,阻挡流体从筒状主体34的内侧经由第三开口部38向外侧的流动。然后,堵塞器21的由树脂成型体构成的部分分解,由此第三开口部38露出,产生经由第三开口部38的、流体从筒状主体34的内侧向外侧的流动或流体从筒状主体34的外侧向内侧的流动。

(堵塞器的第二方案)

作为本实施方式的堵塞器的第二方案,可列举出插入至坑井的压裂塞或桥塞等井下堵塞器(井下工具)。在本方案的井下堵塞器中,本实施方式的树脂成型体以心轴、负载环、锥体、管套以及底部等井下工具构件的形式使用,但并不限定于此。以下,使用图4对作为本实施方式的堵塞器的第二方案的井下堵塞器进行说明。图4是本发明的实施方式的、位于坑井内的规定的位置时的井下堵塞器的剖面的概略图。需要说明的是,在图4中,仅示出井下堵塞器的相对于轴对称的剖面中的一方。

图4中示出的井下堵塞器5包括:与筒状构件对应的心轴51、球53、围绕心轴51的外周面装配的中心元件52、管套54、锥体55a和55b、滑动体56a和56b、平衡环57a和57b、负载环58以及底部59。井下堵塞器5整体上具有圆筒状的形态。

在此,心轴51作为支承配置于心轴51的外周的其他构件(以下,称为侧部件)的中轴、以及球53的受容体发挥功能。中心元件52是在井下堵塞器5中用于填埋心轴51与坑井壁20的间隙而对坑井进行堵孔的环状的橡胶构件,由于载荷而变形。

管套54、锥体55、滑动体56、平衡环57以及负载环58均是如下要素:使井下堵塞器5在坑井内工作时,用于将由设置工具施加的载荷直接或间接地传递至中心元件52。

负载环58是将由设置工具施加的载荷传递至其他侧部件的按压夹具。锥体55具有促进向滑动体56的圆周方向的扩径,并且压缩中心元件52的功能。管套54具有防止中心元件52向从入口观察坑井的情况下的里侧流出的功能。

底部59具有如下功能:在坑井内输送井下堵塞器5的期间,防止井下堵塞器5与坑井壁20碰撞而工作,并且在设置时固定其他侧部件。

(坑井处理方法)

前文所说明的堵塞器是暂时阻挡坑井内的流体的流通的堵塞器,能用于坑井处理。在本实施方式中,坑井优选为具有壳体的套管井(cased well)。

坑井处理包括使用堵塞器,在坑井和井下工具中的至少一者的一个以上区域中暂时对流体的流路进行堵孔;以及通过使堵塞器的树脂成型体分解而消除堵孔,变更该区域中的流体的流路。以下,对将堵塞器的第一方案应用于坑井处理的情况和将第二方案应用于坑井处理的情况分别进行说明。

在将上述“堵塞器的具体方案”的第一方案应用于坑井处理的情况下,堵塞器暂时对流体的流路进行堵孔的区域为井下工具,具体而言,插入坑井的筒状构件与井下工具对应。在该情况下,流体的流路为设置于井下工具的筒状构件的周面的、使内外连通的第三开口部。流体的流动是流体从筒状构件,即井下工具的内侧经由开口部向外侧的流动,或是流体从井下工具的外侧经由开口部向内侧的流动。

在将上述“堵塞器的具体方案”的第二方案应用于坑井处理的情况下,堵塞器暂时进行堵孔的流体的流路为坑井,流体的流路中暂时进行堵孔的区域为坑井的一部分。

此外,坑井处理的其他方案包括:将堵塞器设置于坑井,阻挡坑井内的流体的流动;以及使构成堵塞器的树脂成型体分解,恢复流体的流动。在坑井处理中,构成堵塞器的树脂成型体被存在于坑井的流体所含的水分解,因此坑井的堵孔被解除,流体的流动恢复。

[第一方案的情况]

作为使用了第一方案的堵塞器的坑井处理的更具体的方法,对使用图1所示的井下工具进行的清洗坑井的处理和刺激地层的处理进行说明。使用了图1所示的井下工具的坑井处理方法是如下情况下的坑井处理方法:作为第一方案的堵塞器的螺钉状的堵塞器11暂时对设于井下工具1的筒状主体14的周面的第三开口部18进行堵孔。

坑井的清洗以提高油气资源的回收效率为目的,在压裂前,按如下顺序进行。首先,使用流体等将井下工具1导入坑井内的任意位置。接着,将水等流体从地上经过第一开口部16压入至筒状主体14,使流体从第二开口部17喷射至坑井内,由此对坑井进行清洗。作为通常的流体,使用水、油或乳液等液体,而且有时其中包含几ppm至几十%的盐类。此时,第三开口部18被堵塞器11堵孔,因此从第一开口部16压入的流体不从第三开口部18喷射。从第二开口部17喷射至坑井内的流体之后经过井下工具1的外侧与坑井壁20的间隙,伴随堆积于坑井的内壁的砂和水垢等在地上被回收。

在此,第三开口部18被堵塞器11堵孔,由此能防止伴有清洗坑井后的砂和水垢等的流体经由第三开口部18进入井下工具的内部。因此,能防止清洗作业的效率降低。如此,为了清洗作业中第三开口部的堵孔不被解除,维持堵塞器11变得重要。

清洗后,当对第三开口部18进行堵孔的堵塞器11的树脂成型体分解时,筒状主体14的内外能经由第三开口部18连通。由此,能经由第三开口部18进行井下工具1内外的流体的流通。

接着,对刺激地层的处理进行说明。从提高从地层回收的油气资源的回收效率的观点考虑,刺激地层的处理优选在清洗坑井后进行。在进行地层的刺激时,优选能经由第三开口部进行井下工具1内外的液体的流通。

刺激地层的处理的顺序如下所述。首先,将用于刺激地层的刺激流体从地面经过第一开口部16压入至筒状主体14。压入的刺激流体经由第三开口部18喷射至坑井壁20,刺激地层。通过该刺激,从地层回收的油气资源的量增加,因此能够有助于生产效率的增加。

在进行了刺激地层的处理后,可以将包含从地层流出至坑井内的油气资源的生产流体经由第三开口部18和第一开口部16回收至地上。

根据本实施方式的堵塞器,能得到如下堵塞器:能在期望的期间内保持高温环境的坑井内中的井下工具的多个区域中的堵孔功能,并且在经过期望的期间后,即使在盐浓度低的流体或水中也适当分解。由此,能够更可靠地进行期望的期间内的堵孔,而且降低堵孔位置处的堵塞等风险。

[第二方案的情况]

作为使用了第二方案的堵塞器的坑井处理的更具体的方法的一个例子,对使用图4和图5中示出的井下堵塞器进行压裂的情况下的方法进行说明。这是与第二方案的堵塞器对应的井下堵塞器暂时对坑井进行堵孔的情况下的坑井处理方法。图4是本发明的实施方式的、位于坑井内的规定的位置时的井下堵塞器的剖面的概略图。图5是本发明的实施方式的、对坑井进行堵孔时的井下堵塞器的剖面的概略图。需要说明的是,图4和图5仅示出井下堵塞器的相对于轴对称的剖面中的一方。

首先,使用流体等将井下堵塞器5从地上导入至坑井内的任意位置。然后,使设置工具运转,如图5所示地使中心元件52变形,由此将井下堵塞器5设置并固定于坑井壁20。

接着,将井下堵塞器5的心轴51的始端堵住,完成堵孔。作为堵孔的方法,例如可列举出如下方法:如图5所示,将朝向井下堵塞器5的始端供给的球53配置于所述心轴51的始端,由此将心轴51的一端闭塞。由此,能以井下堵塞器5为边界,将坑井的入口侧与里侧的空间隔开。需要说明的是,也可以通过使球53与流体一起从地上流入,来将所述球53配置于心轴51的始端。

接着,将水或包含水的流体从地上压入,在比井下堵塞器5靠入口侧的坑井的空间施加高压,使坑井内的裂缝扩大/传播。这样的利用流体的压入来扩大裂缝的方法称为水力压裂(hydraulic fracturing)。

压裂结束后,通过使包含水的流体与井下堵塞器5接触,构成井下堵塞器5的一部分或全部的树脂成型体分解。由此,井下堵塞器5失去最初的形状,坑井的堵孔解除。

根据本实施方式的堵塞器,能在期望的期间内保持高温环境的坑井的多个区域中的堵孔功能,并且能在经过期望的期间后,即使在盐浓度低的流体或水中也适当分解。由此,能根据期望的期间可靠地进行堵孔,而且能降低堵孔位置处的堵塞等风险。

〔涉及井下工具的总结〕

本发明的第三实施方式的井下工具或其构件包含通过以所述第一实施方式或第二实施方式的树脂组合物为原料的成型而形成的树脂成型体。此外,本发明的第四实施方式的堵塞器是用于暂时阻挡坑井内的流体的流通的堵塞器,是上述第三实施方式的井下工具或其构件。本发明的实施方式中的井下工具或其构件或者堵塞器在主要部分中包含以所述树脂组合物为材料的树脂成型体,因此能抑制高温的坑井内的井下工具或其构件的厚度的减少。

就本发明的第五实施方式的堵塞器而言,可以是,在所述第四实施方式中所述堵塞器为球、飞镖、盘、螺钉或封隔器。

就本发明的第六实施方式的堵塞器而言,可以是,在所述的第四实施方式中,所述堵塞器用于将设于筒状构件的周面部的、连通所述筒状构件内外的开口部堵住,所述树脂成型体的部分具有:第一面,在使用时在所述筒状构件的外侧露出;以及第二面,在使用时在所述筒状构件的内侧露出,所述第一面与所述第二面的最短距离为6mm以上且65mm以下。

就本发明的第七实施方式的堵塞器而言,可以是,在所述第四实施方式至第六实施方式中的任一个实施方式中,上述树脂成型体的部分被由非分解性材料构成的其他成型体覆盖至少一部分。

就本发明的第八实施方式的堵塞器而言,可以是,在所述第七实施方式中,上述其他成型体是外周面由螺纹牙形成的环状成型体,所述树脂成型体的部分配置于所述环状成型体的环的内侧。

就本发明的第九实施方式的堵塞器而言,可以是,在所述第四实施方式中所述堵塞器为压裂塞或桥塞。

本发明的第十实施方式的井下工具可以具备筒状构件和所述第四实施方式至第八实施方式中的任一个实施方式的堵塞器,所述筒状构件在所述筒状构件的周面具有连通所述筒状构件的内外的开口部,所述堵塞器可以以堵住所述开口部的方式卡合于所述筒状构件。

上述的井下工具或其构件均在主要部分中包含以所述树脂组合物为材料的树脂成型体。因此,在如上所述地确定的各形态和用途中在高温的坑井内使用的情况下,从抑制其厚度减少的观点考虑是进一步有效的。

本发明的第十一实施方式的坑井处理方法可以包括:使用所述第四实施方式至第九实施方式中的任一个实施方式的堵塞器,暂时对坑井和井下工具中的至少一者的一个以上区域进行堵孔;以及通过使所述堵塞器中的所述树脂成型体的部分分解而消除由所述堵塞器实现的暂时的堵孔,变更所述区域中的流体的流路。

或者,本发明的第十二实施方式的坑井处理方法可以包括:将所述第四实施方式至第九实施方式中的任一个实施方式的堵塞器设置于坑井,阻挡所述坑井内的流体的流动;以及使所述树脂成型体分解,恢复所述流体的流动。

或者,本发明的第十三实施方式的坑井处理方法可以包括:(1)将如下井下工具导入坑井,所述井下工具在一端具有第一开口部,在另一端具有第二开口部,在所述一端与所述另一端之间具有第三开口部,所述第三开口部被如所述第四实施方式至第八实施方式中任一个实施方式的作为井下工具构件的堵塞器堵孔;(2)将流体从地上经过所述第一开口部压入至所述井下工具,使所述流体从所述第二开口部喷射至所述坑井内,对所述坑井进行清洗;以及(3)清洗后,使所述堵塞器中的所述树脂成型体的部分分解,而能进行经由所述第三开口部的、所述井下工具内外的流体的流通。

在任一个坑井处理方法中,都使用主要部分中包含以所述树脂组合物为材料的树脂成型体的井下工具或其构件。因此,在如上所述确定的各用途中,能抑制高温的坑井内的井下工具或其构件的厚度减少。

本发明不限定于上述的各实施方式,可以在说明书所示的范围内进行各种变更。将不同的实施方式中分别公开的技术手段适当组合而得到的实施方式也包括在本发明的技术的范围内。

需要说明的是,根据上述的本发明的实施方式,在利用钻井孔回收地下资源时,即使在高温的环境下也能在期望的用途中可靠地使用其中利用的装置和构件。此外,根据上述的本发明的实施方式,能减轻因利用后向钻井孔中放出分解物而对环境造成的负荷。因此,根据上述的本发明的实施方式,期待对保护陆地或海洋的丰富性的可持续发展目标(SDGs)的实现作出贡献。

实施例

〔实施例1〕

准备聚乙醇酸(PGA,株式会社KUREHA制“Kuredux 100R90”,重均分子量(Mw):21万)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT,Mitsubishi Engineering Plastics株式会社制“NOVADURAN(注册商标)5010R5”)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET,东洋纺株式会社制“RY518X”)以及环状碳化二亚胺(cyc-CDI,帝人株式会社制“Carbosista(注册商标)”、规格“TCC-NP”)。

将70质量份的PGA、30质量份的PBT以及5质量份的cyc-CDI混合。将所得到的混合物供给至将螺杆部温度设定为210℃~250℃的双螺杆挤出混炼机的进料部进行熔融混炼,制作出颗粒状的树脂组合物1。

将树脂组合物1投入至将螺杆部温度设定为210℃~255℃的注塑成型机,在模具温度100℃的条件下进行注塑成型,制作出一边的宽度为12.5mm的立方体的树脂成型体1A。此外,在相同条件下,制作出作为哑铃型拉伸试验片(1A试验片)的树脂成型体1B。

〔实施例2、3〕

除了将cyc-CDI的量变更为3质量份以外,与实施例1同样地制作颗粒状的树脂组合物2,制作出立方体的树脂成型体2A和哑铃型的树脂成型体2B。

此外,除了将cyc-CDI的量变更为10质量份以外,与实施例1同样地制作颗粒状的树脂组合物3,制作出立方体的树脂成型体3A和哑铃型的树脂成型体3B。

〔实施例4~6〕

除了将PGA的量变更为55质量份、将PBT的量变更为45质量份以外,与实施例1同样地制作颗粒状的树脂组合物4,制作出立方体的树脂成型体4A和哑铃型的树脂成型体4B。

此外,除了将PGA的量变更为95质量份、将PBT的量变更为5质量份以外,与实施例1同样地制作颗粒状的树脂组合物5,制作出立方体的树脂成型体5A和哑铃型的树脂成型体5B。

进而,除了将PGA的量变更为85质量份、将PBT的量变更为15质量份以外,与实施例1同样地制作颗粒状的树脂组合物6,制作出立方体的树脂成型体6A和哑铃型的树脂成型体6B。

〔比较例1〕

除了将cyc-CDI的量变更为1质量份以外,与实施例1同样地制作颗粒状的树脂组合物C1,制作出立方体的树脂成型体C1A和哑铃型的树脂成型体C1B。

〔比较例2、3〕

除了使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET,东洋纺株式会社制“RY518X”)来代替PBT以外,与实施例1同样地制作颗粒状的树脂组合物C2,制作出立方体的树脂成型体C2A和哑铃型的树脂成型体C2B。

此外,除了使用聚乳酸(PLA,Natureworks制“4032D”)来代替PBT以外,与实施例1同样地制作颗粒状的树脂组合物C3,制作出立方体的树脂成型体C3A和哑铃型的树脂成型体C3B。

〔比较例4〕

除了使用100质量份的PGA来代替70质量份的PGA、30质量份的PBT以及5质量份的cyc-CDI以外,与实施例1同样地制作颗粒状的树脂组合物C4,制作出立方体的树脂成型体C4A和哑铃型的树脂成型体C4B。

〔比较例5、6〕

除了使用100质量份的PGA和3质量份的cyc-CDI来代替70质量份的PGA、30质量份的PBT以及5质量份的cyc-CDI以外,与实施例1同样地制作颗粒状的树脂组合物C5,制作出立方体的树脂成型体C5A和哑铃型的树脂成型体C5B。

此外,除了使用100质量份的PGA和20质量份的cyc-CDI来代替70质量份的PGA、30质量份的PBT以及5质量份的cyc-CDI以外,与实施例1同样地制作颗粒状的树脂组合物C6,制作出立方体的树脂成型体C6A和哑铃型的树脂成型体C6B。

〔比较例7〕

除了不使用cyc-CDI之外,与实施例1同样地制作颗粒状的树脂组合物C7,制作出立方体的树脂成型体C7A和哑铃型的树脂成型体C7B。

〔评价〕

[1]分解性试验

使用立方体的树脂成型体A,按照以下的(1)~(5)实施分解性试验,计算出厚度减少速度。

(1)将树脂成型体A在120℃下退火处理5小时后,测定树脂成型体A的长、宽、高的长度。

(2)将去离子水50mL加入50mL小瓶中,在80℃的恒温槽中静置,预先制成80℃的状态。

(3)将树脂成型体A投入至(2)中准备好的小瓶中,浸渍于80℃的去离子水50mL中后,在80℃的恒温槽中静置,经过规定的时间后取出。

(4)将取出的树脂成型体A在大气压下,在80℃的烘箱内静置2小时而使其干燥后,将树脂成型体A的脆化层削去,测定剩余部分的长、宽、高的长度。脆化层的去除通过使用刀具切削来进行。

(5)对于获取到的数据,制作出以时间(hr)为横轴,以厚度减少量为纵轴进行标示的曲线图,计算出通过最小二乘法计算出的直线的斜率。所得到的直线的斜率为厚度减少速度(μm/hr)。在此,厚度减少量是树脂成型体A的长、宽、高的长度在浸渍前后之差的平均。需要说明的是,对于厚度减少量为0.01mm以下的标示,可能包含长度的测定误差,因此从计算中排除。

[2]拉伸试验

为了测定制作出的树脂成型体的拉伸最大点的应力,进行了拉伸试验。拉伸试验使用树脂成型体B(类型1A的拉伸试验片),依据ISO527在23℃的环境下以50mm/min的速度拉伸由此测定出。

将树脂组合物1~6的组成和评价结果示于下述表1。此外,将树脂组合物C1~C7的组成和评价结果示于下述表1。表中的“R

[表1]

表1

[表2]

表2

〔树脂成型体的微观结构的观察〕

[树脂成型体的准备]

出于观察树脂成型体中的树脂的分散状态的目的,在上述条件下制作出下述的树脂成型体。

PGA∶PBT的质量比为90∶10的树脂成型体A。

PGA∶PBT的质量比为70∶30的树脂成型体B(比较例7)。

PGA∶PBT∶cyc-CDI的质量比为70∶30∶5的树脂成型体C(实施例1)。

PGA∶PET的质量比为70∶30的树脂成型体D。

PGA∶PET∶cyc-CDI的质量比为70∶30∶5的树脂成型体E(比较例2)。

[观察位置]

将树脂成型体的微观结构的观察位置示于图6。首先,将树脂组合物的熔融混炼物从浇口G沿注射方向Di注射,制作出棒状的树脂成型体。在距树脂成型体的注射方向Di上的前端40mm的位置切断树脂成型体,形成与注射方向Di垂直的剖面So。用扫描型电子显微镜(SEM)观察剖面So。

[观察结果]

将PGA∶PBT的质量比为90∶10的树脂成型体A的剖面的SEM照片示于图7。在树脂成型体A中,PBT相分散于PGA相中。PBT相的大小基本上为500nm以下,即使是大的也为1μm以下。如此,在树脂成型体A中,PBT良好地分散于PGA中。

将PGA∶PBT的质量比为70∶30的树脂成型体B(比较例7)的剖面的SEM照片示于图8。在树脂成型体B中,PBT相分散于PGA相中,但PBT相的大小比树脂组合物A的PBT相大,大于2~5μm的粒子增加。此外,大致圆形的PBT相多。此外,观察到PBT相的大小在剖面的中心部更大,在边缘部更小的倾向。如此,在树脂成型体B中,PBT相的分散性降低。推测这是由成型过程中的PBT相的切断不良引起的。

将PGA∶PBT∶cyc-CDI的质量比为70∶30∶5的树脂成型体C(实施例1)的剖面的SEM照片示于图9。在树脂组合物C中,PGA相中的PBT相的分散不良变得更显著。观察到PBT相的带状分布,带状PTB相沿注射方向取向。推测这是由成形过程中的PBT相的切断不良引起的,进而推测其原因在于,通过与cyc-CDI的反应,PBT进一步拉伸,结果助长了上述切断不良。

将PGA∶PET的质量比为70∶30的树脂成型体D(比较例7)的剖面的SEM照片示于图10。在树脂成型体D中,PET相分散于PGA相中。PET相的大小基本上为1~5μm。此外,大致圆形的PET相多。如此,在树脂成型体D中,PET良好地分散于PGA中。

将PGA∶PET∶cyc-CDI的质量比为70∶30∶5的树脂成型体E(比较例2)的剖面的SEM照片示于图11。在树脂组合物E中,PET相微分散于PGA相中。多数的PET相的大小为2μm以下,小于树脂组合物D的PET相。此外,多数PET相的形状为大致圆形。

〔考察〕

实施例1~6的树脂成型体与不含PBT的树脂成型体、例如仅由PGA构成的树脂成型体C4(比较例4)相比,在80℃的水中的厚度减少速度均更小。认为其原因在于,主要是由于两个理由抑制了水与树脂成型体中的PGA相的接触。

就第一理由而言,可列举出PBT相对水向树脂成型体内的侵入表现阻隔功能。即,树脂组合物中的PBT相最初微分散在PGA相中,在成型过程中,通过环状碳化二亚胺化合物PBT相互键合,PBT的分子链变得更长。其结果是,PBT的熔融粘度相对于PGA的熔融粘度充分高,PGA与PBT的熔融混合性降低。并且,PBT相变得更大,此外在PGA相中棱状或网眼状地分布。因此,认为在形成树脂成型体时,如此与混炼最初相比更粗地分布的PBT相阻挡水向树脂成型体内的侵入,抑制水与PGA相的接触,其结果是,表现出在80℃的水中的分解延迟效果。

就第二个理由而言,可列举出未反应的cyc-CDI与侵入至树脂成型体中的水反应。即,认为PBT的量越少,未反应的cyc-CDI越多地残留。认为该未反应的cyc-CDI消耗侵入至树脂成型体中的水,由此抑制PGA与水的接触,厚度减少变慢。

这例如可以根据实施例5与实施例6的对比、或者比较例4与比较例5或比较例6的对比来推测。即,在5质量份的PBT(实施例5)中,与COOH的反应所消耗的碳化二亚胺比15质量份的PBT(实施例6)少,因此在树脂成型体中未反应的碳化二亚胺更多地残留。认为这样的差产生了实施例5与实施例6之间的厚度减少速度的差。

需要说明的是,与不含有PBT和cyc-CDI的比较例4相比,实施例5和实施例6的厚度减少速度R

在此,认为树脂成型体中的PBT相间的距离在PBT的含量为10%~15%的范围内为最小。首先,根据不含有cyc-CDI的PBT10质量份的树脂成型体A的SEM照片(图7)与不含有cyc-CDI的PBT30质量份的树脂成型体B的SEM照片(图8)的对比,树脂成型体A中的PBT相间的距离比树脂成型体B中的PBT相间的距离短。并且,当测定它们在80℃的水中的厚度减少速度R

另一方面,PGA100质量份和cyc-CDI5质量份的树脂成型体的厚度减少速度R

接着,对cyc-CDI的量与厚度减少速度的关系进行研究。根据比较例4~6和上述说明,PGA和cyc-CDI的树脂成型体的R

与此相对,根据比较例7、比较例1以及实施例1~3,就PGA/PBT以质量份数计为70/30的树脂成型体的R

工业上的可利用性

本发明可以在能抑制在高温的水中的分解、并且能通过在水中的水解而分解的树脂材料、以及在这样的状况下使用所述树脂材料的各种技术领域中利用。

附图标记说明

1、2、3:井下工具;

5:井下堵塞器;

11、21、31:堵塞器;

14、24、34:筒状主体;

16:第一开口部;

17:第二开口部;

18、28、38:第三开口部;

20:坑井壁;

22:主体部;

23:环状成型体;

51:心轴;

52:中心元件;

53:球;

54:管套;

55、55a、55b:锥体;

56、56a、56b:滑动体;

57、57a、57b:平衡环;

58:负载环;

59:底部;

121:第一面;

122:第二面。

相关技术
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技术分类

06120116592119