(57)【要約】【課題】耐圧性に優れたプラグを提供する。【解決手段】ダウンホールプラグ１０は、マンドレル１と、センターエレメント２と、少なくとも１つのリップ３と、圧力伝達手段と、を備え、ダウンホールプラグ１０に対し軸方向へ５０ＭＰａの圧力をかけてセンターエレメント２を変形させたときの、軸方向に沿った断面における、センターエレメント２の軸方向の最大長さ（а）に対する、マンドレル１とセンターエレメント２とが接している部分の軸方向の長さ（ｂ）の比（ｂ／а）が、０．５未満である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
坑井孔を閉塞するためのプラグであって、
筒状本体と、
上記筒状本体の外周面を囲む、圧力を受けて変形する環状の弾性部材と、
上記筒状本体の外周面を囲む、上記弾性部材の少なくとも一部が上記筒状本体に接することを妨げる少なくとも１つの保護部材と、
上記弾性部材を上記プラグの軸方向に挟み、上記弾性部材に該軸方向の圧力を加えて上記弾性部材を圧縮するための一対の圧力伝達手段と、を備え、
上記プラグに対し上記軸方向へ５０ＭＰａの圧力をかけて上記弾性部材を変形させたときの、上記軸方向に沿った断面における、上記弾性部材の軸方向の最大長さ（а）に対する、上記筒状本体と上記弾性部材とが接している部分の軸方向の長さ（ｂ）の比（ｂ／а）が、０．５未満であることを特徴とするプラグ。
【請求項２】
上記保護部材の少なくとも１つは、上記圧力伝達手段を構成する圧力伝達要素の１つと一体になっていることを特徴とする請求項１に記載のプラグ。
【請求項３】
上記保護部材の少なくとも１つは、上記圧力伝達手段から独立していることを特徴とする請求項１に記載のプラグ。
【請求項４】
上記保護部材を複数備えており、複数の上記保護部材のうちの１つが、上記一対の圧力伝達手段の一方を構成する圧力伝達要素の１つと一体になっており、複数の上記保護部材のうちの別の１つが、上記一対の圧力伝達手段の他方を構成する圧力伝達要素の１つと一体になっていることを特徴とする請求項１に記載のプラグ。
【請求項５】
上記保護部材と一体になっている上記圧力伝達要素の１つは、上記弾性部材の端に接している、上記筒状本体の端から上記弾性部材側に向かって外径が拡大する円錐状の部材であることを特徴とする請求項２に記載のプラグ。
【請求項６】
上記保護部材は環状であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のプラグ。
【請求項７】
上記長さ（ｂ）が０であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラグに関し、詳細には、坑井孔を閉塞するために用いられるダウンホールプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
シェールオイルまたはシェールガスを採掘するために、ダウンホールツールと呼ばれる種々のツールが開発されている。これらダウンホールツールの１種として、ブリッジプラグまたはフラックプラグ等のダウンホールプラグが知られている（例えば、特許文献１）。このダウンホールプラグの機能の１つは、水圧破砕時に坑井孔の閉塞を行うことである。
【０００３】
水圧破砕の方法としては、たとえば、ダウンホールプラグを坑井孔の所定の位置に送り込み、ダウンホールプラグを作動させて坑井壁に固定しつつ、ダウンホールプラグが備える弾性部材を変形させ、坑井孔を閉塞させる。その後、地上から坑井内に水を圧送し、坑井壁に固定されているダウンホールプラグよりも地上側に近い部分に水圧をかけることで、別途爆薬などを用いて形成した穿孔を通じて地層にひび割れを生じさせる方法が挙げられる。
【０００４】
したがってダウンホールプラグには、地上からの高水圧に耐え、坑井壁に固定されたまま坑井孔の閉塞を維持することが求められる。これに対し、特許文献２では、耐水圧を向上するため、材料に繊維を含む高分子複合材料を用いたダウンホールツールが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第２０１７／２３４１０３号明細書
【特許文献２】米国特許第２０１０／２８８４８８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ダウンホールプラグの弾性部材を変形させて坑井孔を閉塞した後、高水圧をかける場合、弾性部材の意図しない変形によってダウンホールプラグを構成する他の部品に破損を引き起こしてしまい、ダウンホールプラグの耐圧性が低下するという問題がある。
【０００７】
よって、本発明は、耐圧性に優れたダウンホールプラグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、坑井孔を閉塞するためのプラグであって、
筒状本体と、
上記筒状本体の外周面を囲む、圧力を受けて変形する環状の弾性部材と、
上記筒状本体の外周面を囲む、上記弾性部材の少なくとも一部が上記筒状本体に接することを妨げる少なくとも１つの保護部材と、
上記弾性部材を上記プラグの軸方向に挟み、上記弾性部材に該軸方向の圧力を加えて上記弾性部材を圧縮するための一対の圧力伝達手段と、を備え、
上記プラグに対し上記軸方向へ５０ＭＰａの圧力をかけて上記弾性部材を変形させたときの、上記軸方向に沿った断面における、上記弾性部材の軸方向の最大長さ（а）に対する、上記筒状本体と上記弾性部材とが接している部分の軸方向の長さ（ｂ）の比（ｂ／а）が、０．５未満であることを特徴とするプラグである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、耐圧性に優れたダウンホールプラグを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係る、坑井内の所定の位置にあるときの、ダウンホールプラグの断面の概略図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る、坑井孔で水圧を受けているときの、ダウンホールプラグの断面の概略図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る、坑井孔で水圧を受けているときの、ダウンホールプラグの断面の一部を拡大した模式図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る、坑井内の所定の位置にあるときの、ダウンホールプラグの断面の概略図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る、坑井孔で水圧を受けているときの、ダウンホールプラグの断面の概略図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る、坑井内の所定の位置にあるときの、ダウンホールプラグの断面の一部を拡大した模式図である。
【図７】本発明の実施形態３に係る、坑井孔で水圧を受けているときの、ダウンホールプラグの断面の一部を拡大した模式図である。
【図８】本発明の実施形態４に係る、坑井内の所定の位置にあるときの、ダウンホールプラグの断面の一部を拡大した模式図である。
【図９】本発明の実施形態４に係る、坑井孔で水圧を受けているときの、ダウンホールプラグの断面の一部を拡大した模式図である。
【図１０】本発明の実施形態５に係る、リップの断面の一部を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
〔実施形態１〕
本発明の実施形態１に係るダウンホールプラグ（プラグ）は、坑井孔を閉塞するためのプラグである。本実施形態１に係るダウンホールプラグは、地上から坑井孔の所定の位置に送り込まれる際の形態である第１の形態と、ダウンホールプラグが作動して坑井に固定されている第２の形態と、ダウンホールプラグが水圧を受けているときの第３の形態とを有し得る。第１の形態は図１に対応し、第３の形態は図２に対応する。なお、第２の形態は図示していない。図１は、本実施形態１に係る、坑井内の所定の位置にある第１の形態でのダウンホールプラグの断面の概略図である。図２は、本実施形態１に係る、水圧を受けている状態にある第３の形態でのダウンホールプラグの断面の概略図である。図１および図２では、ダウンホールプラグの軸に対して対称な断面のうち一方のみを示している。
【００１２】
以下、本実施形態１に係るダウンホールプラグについて、図１および図２を用いて詳細に述べる。
【００１３】
１．ダウンホールプラグの第１の形態
ダウンホールプラグの第１の形態について図１を用いて説明する。図１は、坑井内において、坑井壁とダウンホールプラグとの間に空隙がある状態を示している。
【００１４】
図１に示すように、ダウンホールプラグ２０は、マンドレル（筒状本体）１と、センターエレメント（弾性部材）２と、リップ（保護部材）３と、ソケット（圧力伝達手段）４ａおよび４ｂ、コーン（圧力伝達手段）５ａおよび５ｂ、およびスリップ（圧力伝達手段）６ａおよび６ｂと、を備えている。ダウンホールプラグ２０は、さらに、イラコイザーリング（圧力伝達手段）７ａおよび７ｂ、ロードリング（圧力伝達手段）８、およびボトム９を有している。ダウンホールプラグ２０は全体として円柱状の形態を有している。なお、以下の説明において、単に「軸」または「軸方向」とは、全体として円柱状であるダウンホールプラグ２０の軸または軸方向を指す。
【００１５】
以下、各部材について、詳細に説明する。
【００１６】
［マンドレル］
マンドレル１は、ダウンホールプラグ２０の強度を確保するための部材であって、ダウンホールプラグ２０の中心部に軸に沿って存在する中空形状の部材である。マンドレル１の外周面には、全体としてダウンホールプラグ２０を構成するための各種部材が取り付けられている。
【００１７】
マンドレル１を形成する材料としては、例えば、アルミニウム、スチール、ステンレス鋼等の金属材料、繊維、木、複合材料及び樹脂等が挙げられる。マンドレル１は、例えば炭素繊維等の強化剤を含有する複合材、具体的には、例えば、エポキシ樹脂及およびフェノール樹脂等の重合体を含有する複合材料等によって形成されていてもよい。
【００１８】
中でも、マンドレル１は、分解性樹脂または分解性金属によって形成されていることが好ましい。これにより、ダウンホールプラグ２０を用いて坑井処理を行った後に、ダウンホールプラグ２０の除去が容易となる。
【００１９】
なお、本明細書において、「分解性樹脂または分解性金属」とは、生分解または加水分解、水または坑井内の炭化水素に溶解、さらには何らかの化学的な方法によって分解、脆化して簡単に崩壊させることのできる樹脂または金属を意味する。
【００２０】
分解性樹脂としては、例えば、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）等のヒドロキシカルボン酸系脂肪族ポリエステル、ポリ−カプロラクトン（ＰＣＬ）等のラクトン系脂肪族ポリエステル、ポリエチレンサクシネートやポリブチレンサクシネート等のジオール・ジカルボン酸系脂肪族ポリエステル、これらの共重合体、例えば、グリコール酸・乳酸共重合体、並びに、これらの混合物、ポリエチレンアジペート／テレフタレート等の芳香族成分を組み合わせて使用する脂肪族ポリエステル等が挙げられる。
【００２１】
また、水溶性樹脂としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリアクリルアミド（Ｎ，Ｎ置換物でもよい）、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸等が挙げられ、これらの樹脂を形成する単量体の共重合体、例えば、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、アクリルアミド−アクリル酸−メタクリル酸インターポリマー等が挙げられる。
【００２２】
分解性金属としては、例えば、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム等を主要成分とした合金が挙げられる。
【００２３】
［センターエレメント］
センターエレメント２は、ダウンホールプラグ２０においてマンドレル１と坑井壁の間隙を埋めて坑井孔を閉塞させるための環状のゴム部材であって、圧力を受けて変形する。センターエレメント２は、マンドレル１の外周面を囲んで取り付けられている。
【００２４】
センターエレメント２の厚さ、弾性、内径、外径、または軸方向における幅などはマンドレル１の大きさまたはダウンホールプラグ２０にかける圧力などに応じて適宜決定すればよい。
【００２５】
センターエレメント２は、例えば、１００℃、３０ＭＰａなど高温高圧の環境下においても、坑井孔の閉塞機能が失われない材料から形成されていることが好ましい。センターエレメント２を形成する好ましい材料としては、例えばニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。また、脂肪族ポリエステル系ゴム、ポリウレタンゴム、天然ゴム、ポリイソプレン、アクリルゴム、脂肪族ポリエステルゴム、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー等の分解性ゴムを使用することができる。
【００２６】
［リップ］
リップ３は、ダウンホールプラグ２０を用いて坑井孔を閉塞する際に、センターエレメント２の少なくとも一部がマンドレル１に接することを妨げて、マンドレル１の破損を防ぐ部材である。本実施形態１では、リップ３が、マンドレル１とセンターエレメント２との間に挿入されていることで、センターエレメント２の少なくとも一部がマンドレル１に接することを妨げている。なお、リップ３は、ダウンホールプラグ２０に対して圧力をかけたとき、少なくともその一部がマンドレル１とセンターエレメント２との間に挿入されていればよい。
【００２７】
詳細は後述するが、ダウンホールプラグ２０が水圧を受け、センターエレメント２が圧縮すると、マンドレル１に対しセンターエレメント２から力が加わる。水圧を受け変形した後の第３の形態において、センターエレメント２がマンドレル１と接する部分がリップ３によって小さくなるため、センターエレメント２からマンドレル１に対して加わる力を小さくすることができる。これにより、マンドレル１が破損することを防ぐことができる。リップ３によってマンドレル１の破損を防ぐことで、耐圧性に優れたダウンホールプラグを提供することができる。
【００２８】
本実施形態１に係るリップ３は、マンドレル１の外周面を囲んで取り付けられている環状の部材であり、後述のコーン５ａと一体になっている。すなわち、リップ３はコーン５ａの一部として設けられている。具体的には、コーン５ａのマンドレル１と接する内周縁がセンターエレメント２側に突出しており、突出部分も含め、コーン５ａの内周面全体がマンドレル１と接する構成を有している。この突出部分がリップ３に相当する部分である。コーン５ａのマンドレル１と接する内周縁が、マンドレル１と接した状態でセンターエレメント２側に突出していることにより、センターエレメント２の一部がマンドレル１と接することを妨げている。
【００２９】
リップ３の長さは、後述する第３の形態に基づき設計されている。
【００３０】
リップ３の厚みは特に制限されず、圧力を受けてコーン５ａがセンターエレメント２側に移動するときに、リップ３がセンターエレメント２とマンドレル１との間で移動することを妨げない厚みであればよい。また、厚みは一定であってもよいし、突出部分であるリップ３の先端に向かって小さくなるように厚さが変化していてもよい。または、リップ３のコーン５ａに近い側においては厚みが一定であり、先端に近い側においては先端に向かって厚みが小さくなるように設計されていてもよい。
【００３１】
リップ３の材質は特に限られず、上述のマンドレル１を形成する材料として記載された材料を用いることができる。なかでも、マンドレル１と同じ理由で、分解性樹脂または分解性金属によって形成されていることが好ましい。
【００３２】
［圧力伝達手段］
圧力伝達手段を構成する圧力伝達要素としては、ソケット４ａおよび４ｂ、コーン５ａおよび５ｂ、スリップ６ａおよび６ｂ、イラコイザーリング７ａおよび７ｂ、ならびにロードリング８が含まれる。
【００３３】
（ソケット）
ソケット４ａおよび４ｂは、圧力伝達手段を構成する任意の部材であり、坑井内においてセンターエレメント２がダウンホールプラグ２０の軸方向の圧力を受けて変形する際、センターエレメント２の変形を受け止める。
【００３４】
ソケット４ａおよび４ｂは、マンドレル１の外周面を囲んでいる環状の部材である。ソケット４ａおよび４ｂは、センターエレメント２の一端に隣接して取り付けられており、ソケット４ａとソケット４ｂとは接している。ソケット４ｂはマンドレル１に接して取り付けられているのに対し、ソケット４ａはマンドレル１には接していない。すなわち、ソケット４ａと４ｂとについて、その外径は等しい一方、内径についてはソケット４ａの方が大きい。また、ソケット４ａはソケット４ｂに対して可動的に取り付けられている。
【００３５】
ソケットの材質は特に限られず、上述のマンドレル１を形成する材料として記載された材料を用いることができる。なかでも、マンドレル１と同じ理由で、分解性樹脂または分解性金属によって形成されていることが好ましい。なお、ソケット４ａは、圧力を受けた際に径が拡張するように変形し得る材質であることが好ましい。
【００３６】
（コーン）
コーン５ａおよび５ｂは、圧力伝達手段を構成する部材であり、センターエレメント２に対してそれぞれ、直接的および間接的に圧力を伝達する。
【００３７】
コーン５ａおよび５ｂは、マンドレル１の外周面を囲んで取り付けられている。コーン５ａは、センターエレメント２の、ソケット４ａおよび４ｂが接している端部とは反対側の端部に隣接して取り付けられている。一方、コーン５ｂは、マンドレル１の外周面上において、ソケット４ａおよび４ｂと隣接して、センターエレメント２とは反対側に取り付けられている。すなわち、コーン５ｂとセンターエレメント２との間に、ソケット４ａおよび４ｂが介在している。
【００３８】
コーン５ａは、中空の円錐状の部材である。なお、本明細書において「円錐状」とは、円錐、円錐台、または円柱とこれらとを組み合わせた形状などを指すものとする。また、中空の形状は、マンドレルの外周面に沿う形状であり、通常円柱状である。
【００３９】
上述の通り、本実施形態では、リップ３がコーン５ａと一体として設けられている。したがって、コーン５ａは、マンドレル１の端からセンターエレメント２に向かって外径が拡大する中空の円錐状の立体におけるセンターエレメント２の側に、円錐状の立体の最大径よりも小さい径を有する中空の円柱を接合させた形状をしている。
【００４０】
一方、コーン５ｂは、中空の円錐状の部材であり、マンドレル１の端からセンターエレメント２に向かって外径が拡大する形状をしている。
【００４１】
コーンの材質は特に限られず、上述のマンドレル１を形成する材料として記載された材料を用いることができる。なかでもマンドレル１と同じ理由で、分解性樹脂または分解性金属によって形成されていることが好ましい。
【００４２】
（スリップ）
スリップ６ａおよび６ｂは、圧力伝達手段を構成する部材であり、センターエレメント２に対して間接的に圧力を伝達する。スリップ６ａおよび６ｂは、マンドレル１の外周面を囲んで取り付けられており、それぞれコーン５ａおよび５ｂに接している。
【００４３】
スリップ６ａおよび６ｂはそれぞれセンターエレメント２側からマンドレル１の端に向かって内径が縮小する環状の部材である。
【００４４】
スリップの材質は特に限られず、上述のマンドレル１を形成する材料として記載された材料を用いることができる。なかでもマンドレル１と同じ理由で、分解性樹脂または分解性金属によって形成されていることが好ましい。
【００４５】
（イコライザーリング）
イコライザーリング７ａおよび７ｂは、圧力伝達手段を構成する任意の部材であり、後述する第１の形態から第２の形態、および第２の形態から第３の形態への移行の際に、スリップ６ａおよび６ｂの拡径を均一にさせる機能をもつほか、センターエレメント２に対して間接的に圧力を伝達する。イコライザーリング７ａおよび７ｂは、マンドレル１の外周面を囲んで取り付けられており、それぞれスリップ６ａおよび６ｂに接している。
【００４６】
イコライザーリングの材質としては特に限られず、上述のマンドレル１を形成する材料として記載された材料を用いることができる。なかでも、マンドレル１と同じ理由で、分解性樹脂または分解性金属によって形成されていることが好ましい。
【００４７】
（ロードリング）
ロードリング８は、圧力伝達手段を構成する部材であり、坑口側から与えられる圧力を直接受け、隣接する部材に伝えることで、センターエレメント２に対して間接的に圧力を伝達する。ロードリング８は、マンドレル１の外周面を囲んで取り付けられており、イコライザーリング７ａに接している。
【００４８】
ロードリングの材質としては特に限られず、上述のマンドレル１を形成する材料として記載された材料を用いることができる。なかでも、マンドレル１と同じ理由で、分解性樹脂または分解性金属によって形成されていることが好ましい。
【００４９】
なお、本明細書において「一対の圧力伝達手段」という場合、センターエレメント２を挟むように設けられている２つの圧力伝達手段が、全く同一の構成を有することを意図するものではない。すなわち、それぞれが圧力伝達手段として機能すれば、各圧力伝達手段に含まれる構成は異なるものであってよい。また、通常は、プラグの一方のみから水圧を受けるため、一方の圧力伝達手段は圧力がセンターエレメント２に伝達し、他方の圧力伝達手段はセンターエレメント２を受け止める役割を果たすものである。本明細書では、このような役割も含めて圧力伝達手段と表現する。
【００５０】
［その他の部材］
ダウンホールプラグ２０は、上述の部材の他、図１に示した通り、ボトム９などを有している。ボトム９は、マンドレル１の外周面を囲んで取り付けられている。配置は、必要に応じて適宜決定すればよい。また、材質としてはそれぞれの機能を発揮できるのであれば特に限られず、上述のマンドレル１を形成する材料として記載された材料を用いることができる。なかでも、マンドレル１と同じ理由で、分解性樹脂または分解性金属によって形成されていることが好ましい。
【００５１】
２．ダウンホールプラグの第２の形態
ダウンホールプラグの第２の形態は、ダウンホールプラグ２０が作動して坑井に固定されている形態である。
【００５２】
ダウンホールプラグ２０は、坑井内の所定の位置に配置された後、ダウンホールプラグ２０を作動させることで、センターエレメント２を拡径させて坑井壁と接触させ、マンドレル１と坑井壁の間とを閉塞するとともに、スリップ６ａおよび６ｂを拡径させる。ダウンホールプラグ２０が坑井壁と接触することによって、ダウンホールプラグ２０は坑井内の所定の位置に固定される。以下、第１の形態から第２の形態への変化について、第１の形態が図示された図１を参照して説明する。
【００５３】
坑井内でダウンホールプラグ２０を作動させると、一対の圧力伝達手段のうち少なくとも一方がセンターエレメント２に向かってマンドレル１の軸方向に動くことで、センターエレメント２が軸方向に圧縮され、これによりセンターエレメント２の外径が拡大する。その結果、センターエレメント２の外周面が坑井壁１２と接して、マンドレル１と坑井壁の間隙を閉塞する。これによってダウンホールプラグ２０は坑井に固定される。
【００５４】
詳細には、ダウンホールプラグ２０を作動させると、スリップ６ａおよび６ｂがそれぞれ、コーン５ａおよび５ｂの斜面を摺動し、スリップ６ａおよび６ｂが坑井壁１２と接する。同時に、センターエレメント２には、コーン５ｂから間接的に、また、コーン５ａとソケット４ａおよび５ｂとから直接的に圧力が伝わり、センターエレメント２は圧縮されて変形する。
【００５５】
センターエレメント２は、圧縮されるとマンドレル１の軸方向とは垂直方向に拡大し、坑井壁１２と接することによって、ダウンホールプラグ２０が坑井に固定される。なお、センターエレメント２が圧力を受けて変形し、センターエレメント２がソケット４ａおよび４ｂに押し当てられた際、ソケット４ａは、その径が拡張することでソケット４ｂの斜面を摺動して坑井壁１２と接する。このように、ダウンホールプラグ２０は、第２の形態となる。
【００５６】
３．ダウンホールプラグの第３の形態
ダウンホールプラグの第３の形態は、ダウンホールプラグ２０が水圧を受けているときの形態である。以下、ダウンホールプラグ２０の第３の形態について図２を参照して説明する。
【００５７】
ダウンホールプラグ２０が坑井内の所定の位置に固定された後、坑井内にフラックボール１０を送り込み、ダウンホールプラグ２０のボールシート１３に着座させることでマンドレル１の中空部を閉塞し、坑井孔の閉塞を完成させる。その後、坑口方向から水圧をかけることにより、ダウンホールプラグ２０は、マンドレル１が水圧の下流に向けて移動した第３の形態となる。
【００５８】
坑口方向から第２の形態のダウンホールプラグ２０に水圧をかけると、マンドレル１が水圧に従って移動する。このとき、坑口方向からの水圧により、一対の圧力伝達手段のうち坑口側にあるものが水圧の下流に移動することで、センターエレメント２をさらに圧縮することもある。このようにして、ダウンホールプラグ２０は第３の形態となる。
【００５９】
なお、第３の形態では、第１の形態に比べてセンターエレメントを挟むコーン５ａとソケット４とが近い位置にある。すなわち、第３の形態では、第１の形態に比べて、マンドレル１とセンターエレメント２とが接している部分が少ない。センターエレメント２とマンドレル１とが接している部分については、後述する。
【００６０】
４．センターエレメントとマンドレルとの接触部分
上述の通り、センターエレメント２はマンドレル１と接しており、その一部においてリップ３によって接触が妨げられている。そして、第３の形態では、ダウンホールプラグ２０の軸方向に圧力が加わり、リップ３を有するコーン５ａと、ソケット４ａおよび４ｂとの距離が縮まることでセンターエレメント２が圧縮されている。これにより、第３の形態では、センターエレメント２とマンドレル１との接触する領域が、上述の第１の形態から変化している。第３の形態におけるセンターエレメント２とマンドレル１との接触部分について具体的に説明すれば、ダウンホールプラグ２０の第３の形態では、ダウンホールプラグ２０の軸方向に沿った断面について、ダウンホールプラグ２０に、その軸方向に５０ＭＰａの圧力をかけたときの、センターエレメント２の軸方向の最大長さ（ａ）に対する、マンドレル１とセンターエレメント２とが接している部分の長さの合計（ｂ）の比（ｂ／ａ）が、０．５未満である。
【００６１】
ここで、「軸方向に５０ＭＰａの圧力をかけたとき」とは、ダウンホールプラグ２０の軸方向の一方の側から、他方の側に向かって圧力をかけることを意図している。これは、坑口からの水圧入に際して、ダウンホールプラグ２０の坑口側から坑井先端側に向かって圧力がかかることを想定したものである。
【００６２】
ここで、「センターエレメント２の軸方向の最大長さ（ａ）」とは、図２に示すように、ダウンホールプラグ２０の軸方向に沿った断面における、センターエレメント２の軸方向の幅である。すなわち、センターエレメント２の、マンドレル１または坑井壁１２への正射影における、ダウンホールプラグ２０の軸方向の長さである。なお、具体的な例は後述の実施形態４にて説明するが、センターエレメント２が複数ある場合は、これら複数の部分のそれぞれの軸方向の長さの合計を（ａ）とする。
【００６３】
また、「マンドレル１とセンターエレメント２とが接している軸部分の長さ（ｂ）」とは、図２に示すように、ダウンホールプラグ２０の軸方向に沿った断面における、マンドレル１とセンターエレメント２とが接している部分の軸方向の長さである。マンドレル１の外周において、センターエレメント２が接している部分の長さが一定でない場合は、平均値を（ｂ）として用いる。なお、具体的な例は後述の実施形態３にて説明するが、ある断面において、マンドレル１とセンターエレメント２とが接している部分が複数ある場合は、これら複数の部分のそれぞれの軸方向の長さの合計を（ｂ）とする。
【００６４】
（ａ）に対する（ｂ）の比については上述の通り０．５未満であるが、この比は小さいほど好ましく、例えば０．２５未満であることが好ましく、０．１未満であることがより好ましく、０であることが最も好ましい。（ａ）に対する（ｂ）の比が小さい、すなわち、第３の形態においてマンドレル１とセンターエレメント２とが接している部分が少ないほど、センターエレメント２からマンドレル１に対して加わる力、すなわちマンドレル１を締め付ける力が小さくなり、マンドレル１の破損をより効果的に防ぐことができる。また、センターエレメント２が圧縮され変形する際には、センターエレメント２における軸方向中心部分付近において、変形が最も大きくなり、マンドレル１に加わる力が最も強くなると推察される。比（ｂ／ａ）が０．５未満であれば、センターエレメント２における軸方向の長さの中心部分には、リップ３が存在することになる。そのため、マンドレル１に対して加わる力が最も大きくなる部分において、センターエレメント２とマンドレル１との接触を防ぐことができ、マンドレル１の破損をより確実に防ぐことが可能となる。
【００６５】
水圧破砕を行う際に坑井内のダウンホールプラグに加わる圧力は、通常３０〜７０ＭＰａ程度である。したがって、ダウンホールプラグ２０に５０ＭＰａの圧力をかけたときの比（ｂ／ａ）が０．５未満であれば、実際の使用環境においても比（ｂ／ａ）が０．５未満となることを実現できる。したがって、本実施形態１に係るダウンホールプラグ２０が備える優れた耐圧性が、実際の使用環境において発揮されることになる。
【００６６】
（変形例）
本実施形態１の変形例について説明する。上述したダウンホールプラグ２０では、第３の形態においても、所定の長さでもってセンターエレメント２とマンドレル１とが接している状態となる（すなわち、ｂ＞０）。しかしながら、リップ３の軸方向の長さをより長くすることにより、第３の形態において、センターエレメント２のマンドレル１との接触がリップ３により完全に遮られる構成、すなわち（ｂ）＝０となる構成であってもよい。（ｂ）＝０の場合の形態を図３に示す。図３は、本実施形態１の変形例に係る、坑井孔で水圧を受けている状態である第３の形態を呈しているダウンホールプラグ２０の断面の一部を拡大した模式図である。図３に示す通り、変形例であるダウンホールプラグ２０の第３の形態では、コーン５ａから延びているリップ３の先端がソケット４まで到達し、ソケット４と接した状態となっている。これにより、第１の形態においてマンドレル１と接していたセンターエレメント２の内周面全域にわたって、リップ３が潜り込んだ状態となる。そのため、センターエレメント２のマンドレル１との接触がリップ３により完全に遮られており、マンドレル１とセンターエレメント２とが接している軸部分が存在しなくなる（すなわち（ｂ）＝０となる）。これにより、センターエレメント２からマンドレル１にかかる力がより低減し、マンドレル１の破損をより確実に防ぐことができる。
【００６７】
さらに、（ｂ）＝０となった場合、リップ３の先端がソケット４に到達しているため、リップ３がつっかい棒としても機能する。そのため、センターエレメント２が過度に変形することを防ぐことができるとともに、軸方向への耐圧性が向上する。
【００６８】
これ以降の実施形態について、説明の便宜上〔実施形態１〕にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【００６９】
〔実施形態２〕
本発明の実施形態２に係るダウンホールプラグについて、図４および図５を用いて説明する。ダウンホールプラグの第１の形態は図４に対応し、第３の形態は図５に対応する。図４は、本実施形態２に係る、坑井内の所定の位置にあるときのダウンホールプラグの断面の概略図である。図５は、本発明の実施形態２に係る、坑井孔で水圧を受けているときの、ダウンホールプラグの断面の概略図である。なお、図４および図５では、ダウンホールプラグ２１の軸に対して対称な断面のうち一方のみを示している。
【００７０】
実施形態２に係るダウンホールプラグ２１では、図４および図５に示すように、リップ３はコーン５ａとは一体ではなく、コーン５ａから独立して別途存在する環状の部材である。リップ３とコーン５ａとは別体であるものの、両者が接するようにマンドレル１の外周面に設けられている。具体的には、リップ３は、コーン５ａのセンターエレメント２と接する側に位置し、コーン５ａの内周縁に接している。リップ３ａの内径は、コーン５ａの内径と同じであり、リップ３の外径は、コーン５ａの外径よりも小さい。したがって、実施形態２においても、実施形態１と同じように、センターエレメント２のコーン５ａにおいて、リップ３によってセンターエレメント２とマンドレル１との接触が妨げられている。また、リップ３はコーン５ａと接触しているため、コーン５ａがセンターエレメント２方向に移動すると、リップ３も押されて移動することになる。
【００７１】
リップ３とコーン５ａとは接触していればよく、別の手段によって互いが固定されていなくてもよいし、固定されていてもよい。
【００７２】
リップ３とコーン５ａとの境界は特に限られないが、例えば図４および図５のように、ダウンホールプラグ２１の断面において、センターエレメント２のコーン５ａに接する端部からマンドレル１におろした垂線であってもよい。
【００７３】
〔実施形態３〕
本発明の実施形態３に係るダウンホールプラグについて、図６および図７を用いて説明する。ダウンホールプラグの第１の形態は図６に対応し、第３の形態は図７に対応する。
【００７４】
図６は、本実施形態３に係る、坑井内の所定の位置にあるときの、ダウンホールプラグの断面の一部を拡大した模式図である。なお、図６および図７を用いた説明では、ソケット４ａとソケット４ｂとを区別する必要がないため、まとめてソケット４として図示し、以下でもソケット４と記載する。
【００７５】
リップ３は、ダウンホールプラグに対して５０ＭＰａの圧力をかけたときに、（ｂ／ａ）が、０．５未満となればよく、その位置は特に限られない。
【００７６】
具体的には、図６の（ａ）に示すように、リップ３はコーン５ａと一体になっているのではなく、ソケット４と一体になっていてもよい。
【００７７】
また、リップ３は図６の（ｂ）および（ｂ’）に示すように、２つに分かれており、ソケット４およびコーン５ａとそれぞれ一体になっている形態であってもよい。２つに分かれたリップ３については、ソケット４と一体になっているリップ３の方が長くても、コーン５ａと一体になっているリップ３の方が長くてもよいし、同じ長さであってもよい。
【００７８】
リップ３は、図６の（ｃ）に示すように、ソケット４およびコーン５ａのいずれからも独立し、ソケット４およびコーン５ａのいずれとも接しない形態でもよい。このとき、リップ３は１つであっても複数あってもよい。
【００７９】
さらに、リップ３は、上述の形態のうちいずれを組み合わせたものであってもよい。
【００８０】
図７は、本発明の実施形態３に係る、坑井孔で水圧を受けているときの、ダウンホールプラグの断面の一部を拡大した模式図である。
【００８１】
リップ３は、上述のように、ダウンホールプラグに対して５０ＭＰａの圧力をかけたときに、図７に示した（ａ）に対する（ｂ）の比が０．５未満であれば、その位置は限られない。なお、図７ではいずれも（ｂ／ａ）が０より大きい形態を示しているが、好ましくは図３に示した、（ｂ）＝０の場合である。
【００８２】
図７の（ｃ）に示したように、マンドレル１とセンターエレメント２とが接している部分が複数ある場合は、これら複数の部分のそれぞれの軸方向の長さ（ｂ１）および（ｂ２）の合計を（ｂ）とする。
【００８３】
なお、〔実施形態３〕で述べたリップ３のうち少なくとも１つが、ソケット４またはコーン５ａと一体になっている場合、〔実施形態２〕で述べたように、リップ３はソケット４またはコーン５ａから独立しつつ接している態様であってもよい。
【００８４】
〔実施形態４〕
本発明の実施形態４に係るダウンホールプラグについて、図８および図９を用いて説明する。ダウンホールプラグの第１の形態は図８に対応し、第３の形態は図９に対応する。
【００８５】
本発明に係るダウンホールプラグは、ダウンホールプラグに対して５０ＭＰａの圧力をかけたときに、（ｂ／ａ）が、０．５未満であれば、図８の（ａ）に示した通り、センターエレメント２が複数に分かれてマンドレル１の軸に沿って並んでいる形態であってもよい。なお、（ａ）は複数のセンターエレメントの最大長さの合計である。
【００８６】
このとき、複数のセンターエレメントの厚さ、弾性、内径、外径、または軸方向における幅はそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。ただし、マンドレルの破損を防ぐという観点から、複数のセンターエレメントそれぞれにおいて、マンドレルとセンターエレメントの接している部分の長さが、それぞれのセンターエレメントの最大長さよりも小さいことが好ましい。
【００８７】
複数のセンターエレメントの間には、図８の（ｂ）に示すように、仕切１１が設けられていてもよい。仕切１１としては、マンドレル１を囲む環状の部材であれば特に限られないが、前述の圧力伝達手段の一部または全てであってもよい。仕切１１の材質は特に限られないが、坑井処理を行った後に、ダウンホールプラグ２０の除去が容易となるという観点から、分解性樹脂または分解性金属によって形成されていることが好ましい。
【００８８】
図９は、本発明の実施形態４に係る、坑井孔で水圧を受けているときの、ダウンホールプラグの断面の一部を拡大した模式図である。
【００８９】
上述のように、ダウンホールプラグに対して５０ＭＰａの圧力をかけたときに、図９に示した（ａ）に対する（ｂ）の比が０．５未満であれば、複数のセンターエレメントの間には仕切１１を有していても有していなくてもよい。図９ではいずれも（ｂ／ａ）が０より大きい形態を示しているが、好ましくは図３に示した、（ｂ）＝０の場合である。
【００９０】
なお、センターエレメントが複数存在する場合の（ａ）は、図９の（ｂ）に示すように、これら複数のセンターエレメントの軸方向の最大長さ（ａ１）および（ａ２）の合計を（ａ）とする。
【００９１】
〔実施形態５〕
リップ３は、マンドレル１の外周面を囲んで取り付けられているが、その形状は環状でなくともよい。すなわち、ダウンホールプラグに対して５０ＭＰａの圧力をかけたときに、（ｂ／ａ）が０．５未満であれば、リップ３がマンドレル１の外周において２つ以上に分割された構成でもよい。
【００９２】
これについて図１０を用いて説明する。図１０の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、リップ３の軸に対して垂直方向に切った時の断面を表し、図１０の（ａ’）、（ｂ’）および（ｃ’）はリップの軸方向に沿った側面図を表す。
【００９３】
図１０の（ａ）、（ａ’）、（ｂ）および（ｂ’）は、リップ３ａおよび３ｂの２つの部材からなるリップ３を示す。図１０の（ｃ）および（ｃ’）は、リップ３ａ、３ｂおよび３ｃの３つの部材からなるリップ３を示す。なお、図１０の（ｃ’）において、リップ３ｃは環状の形状が示されているが、リップ３ａおよび３ｂと同様、マンドレル１の外周において２つ以上に分割されていてもよい。
【００９４】
また、分割されている各リップはソケットまたはコーンと一体となっていても良いし、独立していても良い。
【００９５】
さらに、図１０（ｂ）に示したように、リップ３の分割面の角度は限定されず、必ずしもマンドレル軸に平行でなくても良い。なお、実施形態５のリップ３を備えるダウンホールプラグは、マンドレル１の外周において、センターエレメント２が接している部分の長さが一定ではないため、その平均値を（ｂ）として用いる。
【００９６】
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。
〔まとめ〕
坑井孔を閉塞するためのプラグは、筒状本体と、筒状本体の外周面を囲む、圧力を受けて変形する環状の弾性部材と、筒状本体の外周面を囲む、弾性部材の少なくとも一部が筒状本体に接することを妨げる少なくとも１つの保護部材と、弾性部材をプラグの軸方向に挟み、弾性部材に軸方向の圧力を加えて弾性部材を圧縮するための一対の圧力伝達手段と、を備え、プラグに対し軸方向へ５０ＭＰａの圧力をかけて弾性部材を変形させたときの、軸方向に沿った断面における、弾性部材の軸方向の最大長さ（а）に対する、筒状本体と弾性部材とが接している部分の軸方向の長さの（ｂ）の比（ｂ／а）が、０．５未満である。
【００９７】
この構成によれば、プラグの軸方向の一方の側から圧力を受けると、筒状本体の外周面に設けられた一対の圧力伝達手段を介して、同じく筒状本体の外周面に設けられた、一対の圧力伝達手段に挟まれた弾性部材が圧縮されて変形することとなる。その際、同じく筒状本体の外周面に設けられた保護部材により、弾性部材の少なくとも一部が筒状本体に接することが妨げられることになる。具体的には、軸方向へ５０ＭＰａの圧力をかけて弾性部材を変形させたときに、軸方向に沿った断面における、弾性部材の軸方向の最大長さ（а）に対する、筒状本体と弾性部材とが接している部分の軸方向の長さ（ｂ）の比（ｂ／а）が、０．５未満となる。弾性部材が圧縮され変形すると、弾性部材から筒状本体に力が加わることになるが、弾性部材と筒状本体とが接している部分が上記の範囲となることにより、筒状本体に加わる力が少なくなる。その結果、筒状本体の破損を防ぐことができ、プラグが耐圧性に優れたものとなる。
【００９８】
また、保護部材の少なくとも１つは、圧力伝達手段を構成する圧力伝達要素の１つと一体になっていてよい。
【００９９】
また、保護部材の少なくとも１つは、圧力伝達手段から独立していてよい。
【０１００】
また、保護部材を複数備えており、複数の保護部材のうちの１つが、一対の圧力伝達手段の一方を構成する圧力伝達要素の１つと一体になっており、複数の保護部材のうちの別の１つが、一対の圧力伝達手段の他方を構成する圧力伝達要素の１つと一体になっていてよい。
【０１０１】
また、保護部材と一体になっている圧力伝達要素の１つは、弾性部材の端に接している、筒状本体の端から弾性部材側に向かって外径が拡大する一対の円錐状の部材であってよい。
【０１０２】
また、保護部材は環状であってよい。この構成によれば、プラグの筒状本体が弾性部材に接するのをより効果的に妨げることができる。よってプラグは耐圧性に優れる。
【０１０３】
また、長さ（ｂ）は０であってよい。この構成によれば、プラグの筒状本体は弾性部材に接しないため、プラグはさらに耐圧性に優れる。
【実施例】
【０１０４】
本発明の一実施例について以下に説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。
【０１０５】
〔実施例１〕
ダウンホールプラグの軸方向に５０ＭＰａの圧力をかけてセンターエレメントを変形させたとき、軸方向に沿った断面における、センターエレメントの軸方向の最大長さ（ａ）に対する、マンドレルとセンターエレメントとが接している部分の軸方向の長さ（ｂ）の比（ｂ／ａ）が、０であるダウンホールプラグに対し、耐水圧試験を行った。
【０１０６】
内径がダウンホールプラグの外径の１．１倍である金属製の筒に、上述のダウンホールプラグを、ダウンホールプラグと筒との軸が平行になるように入れた。筒中を９０℃に保ち、ダウンホールプラグの軸方向に対し６０〜６３ＭＰａの水圧をかけて筒を閉塞した。そして、筒の閉塞が保たれている時間を測定した。
【０１０７】
結果を表１に示す。
【０１０８】
〔比較例１〕
軸方向に沿った断面における、センターエレメントの軸方向の長さ（ａ）と、マンドレルとセンターエレメントとが接している部分の軸方向の長さ（ｂ）とが等しいダウンホールツールを用い、温度を９０〜９３℃、水圧を５０〜５３ＭＰａとしたこと以外は実施例１と同様の操作を行った。
【０１０９】
〔比較例２〕
軸方向に沿った断面における、センターエレメントの軸方向の長さ（ａ）と、マンドレルとセンターエレメントとが接している部分の軸方向の長さ（ｂ）とが等しいダウンホールツールを用い、温度を９０〜９３℃としたこと以外は実施例１と同様の操作を行った。
【０１１０】
【表１】
2019178569.tif 000003
【符号の説明】
【０１１１】
１  マンドレル（筒状本体）
２  センターエレメント（弾性部材）
３、３ａ、３ｂ、３ｃ  リップ（保護部材）
４、４ａ、４ｂ  ソケット（圧力伝達手段）
５ａ、５ｂ  コーン（圧力伝達手段）
６ａ、６ｂ  スリップ（圧力伝達手段）
７ａ、７ｂ  リング（圧力伝達手段）
８  ロードリング（圧力伝達手段）
９  ボトム
１０  ボール
１１  仕切
１２  坑井壁
１３  ボールシート
２０、２１  ダウンホールプラグ（プラグ）
【図１】
2019178569.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2019178569.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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