JP2016148193A - Mining method using polylactic acid particle, and polylactic acid particle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポリ乳酸粒子を用いた採掘方法に関するものであり、さらには、該採掘方法に使用されるポリ乳酸粒子にも関する。 The present invention relates to a mining method using polylactic acid particles, and further relates to polylactic acid particles used in the mining method.
ポリ乳酸に代表される加水分解性樹脂は、生分解性にも優れており、環境改善等の見地から、現在、種々の用途で各種プラスチックの代替え品としての検討がなされ、一部では実用化されている。
また、最近では、地下資源採取の際に使用される掘削液に加える添加剤としての使用も提案されている(特許文献1〜3参照)。
Hydrolyzable resins represented by polylactic acid are also excellent in biodegradability. From the viewpoint of environmental improvement, etc., they are currently being investigated as substitutes for various plastics in various applications, and some have been put to practical use. Has been.
Recently, the use as an additive to be added to the drilling fluid used when collecting underground resources has also been proposed (see Patent Documents 1 to 3).
例えば、地下資源の採取のために、水圧破砕法と呼ばれる坑井掘削法が現在広く採用されている。かかる掘削法は、坑井内を満たした掘削液を高圧で加圧することにより、坑井近傍に亀裂(フラクチュア)を生成せしめ、坑井近傍の浸透率(流体の流れ易さ)を改善し、坑井へのオイルやガスなどの資源の有効な流入断面を拡大し、坑井の生産性を拡大するというものである。このような掘削液は、フラクチュアリング流体とも呼ばれ、古くはジェル状のガソリンのような粘性流体が使用されていたが、最近では、比較的浅いところに存在する頁岩層から産出するシェールガスなどの開発に伴い、環境に対する影響を考慮し、水にポリマー粒子を溶解乃至分散させた水性分散液が使用されるようになってきた。このようなポリマーとして、ポリオキサレートやポリ乳酸などの加水分解性樹脂が提案されている。 For example, a well drilling method called a hydraulic fracturing method is currently widely used for collecting underground resources. Such a drilling method pressurizes the drilling fluid filling the well at high pressure, thereby generating a crack (fracture) in the vicinity of the well, improving the permeability (ease of fluid flow) in the vicinity of the well, It expands the effective cross section of resources such as oil and gas into the well, and increases the productivity of the well. Such drilling fluids are also called fracturing fluids. In the past, viscous fluids such as gel-like gasoline were used, but recently, shale gas produced from a shale layer that exists in a relatively shallow place. With the development of the above, considering the influence on the environment, aqueous dispersions in which polymer particles are dissolved or dispersed in water have been used. As such polymers, hydrolyzable resins such as polyoxalate and polylactic acid have been proposed.
即ち、上記のような加水分解性の粒子を水に分散させた掘削液を坑井中に満たし、これを加圧したとき、この粒子が坑井近傍に浸透し、既に形成されている亀裂(フラクチャ)の目止材(シール材)となって、一時的にガスやオイルなどの資源の流路を効果的に遮断することができる。
一般に、坑井内に亀裂を生成するためには、水平坑井中でパーポレーションと呼ばれる予備爆破が行われる。このような予備爆破により、この坑井の深部に比較的大きな亀裂と共に、多数の小さな亀裂が生成する。この後、この坑井内に、掘削液(フラクチュアリング流体)を圧入することにより、これら亀裂に流体が流入し、これら亀裂に負荷が加えられることにより、資源の採取に好適な大きさ亀裂に成長していくこととなるのであるが、初めに形成された亀裂を、上記の加水分解性樹脂粒子により一時的に閉塞しておくことにより、その後の流体加圧により、さらに亀裂を効果的に形成することが可能となる。このように亀裂を一時的に閉塞するために流体中に添加される添加剤はダイバーティングエイジェントと呼ばれている。
That is, when the drilling fluid in which the hydrolyzable particles as described above are dispersed in water is filled in the well and is pressurized, the particles penetrate into the vicinity of the well, and cracks (fractures) that have already formed are formed. ) As a sealing material (sealing material), and the passage of resources such as gas and oil can be effectively blocked temporarily.
In general, in order to generate a crack in a well, a preliminary blast called perporation is performed in a horizontal well. Such preliminary blasting produces a large number of small cracks along with relatively large cracks in the deep part of the well. After that, when a drilling fluid (fracturing fluid) is injected into the well, the fluid flows into these cracks, and a load is applied to these cracks, so that the cracks have a size suitable for collecting resources. Although it will grow, the crack formed at the beginning is temporarily clogged with the above-mentioned hydrolyzable resin particles, so that the subsequent fluid pressurization makes the crack more effective. It becomes possible to form. The additive added to the fluid in order to temporarily close the crack in this way is called a diverting agent.
上記の加水分解性粒子は、地中の水や酵素により加水分解して消失するため、後工程で加水分解性粒子を取り除く必要がなく、坑井の削井が効率良く進められる。 Since the hydrolyzable particles are hydrolyzed by underground water and enzymes and disappear, it is not necessary to remove the hydrolyzable particles in a subsequent process, and the well drilling is efficiently advanced.
ところで、坑井は深さによって温度が異なり、坑井内温度は、40℃から200℃まで幅広く、資源採取のための亀裂が形成される坑井内温度によって最適な加水分解性樹脂が異なるが、特にシェールガスのように比較的浅い地層から採取されるものでは、坑井内温度が100度以下の場合が多く、加水分解性が高く、しかも、生分解性が高く、環境汚染を引き起こさないポリ乳酸等の使用が望まれるわけである。
とくに、ポリ乳酸は安価であるという利点を有しており、特に大量に使用される採掘液としての用途に大きな期待が寄せられている。
By the way, the temperature of the well varies depending on the depth, the temperature in the well varies widely from 40 ° C. to 200 ° C., and the optimum hydrolyzable resin varies depending on the temperature in the well where a crack for resource collection is formed. Poly lactic acid that is collected from a relatively shallow stratum such as shale gas, etc., often has a well bore temperature of 100 degrees or less, is highly hydrolyzable, has high biodegradability, and does not cause environmental pollution. The use of is desired.
In particular, polylactic acid has an advantage that it is inexpensive, and there is a great expectation for its use as a mining liquid used in large quantities.
さらに、掘削用分散液に加水分解性粒子を添加して用いる場合には、その粒子形状や粒子の大きさが問題となる。即ち、このような加水分解性粒子は、地中に形成された亀裂(フラクチュア)内に導入され、その亀裂を塞いだり、或いは亀裂の崩壊を抑制するなどの機能を発揮させるものであるため、球形に近い粒子形状を有しており且つ粒子径が適度な大きさを有していることが要求されている。例えば、粒子形状が球形とは程遠い不定形の場合(即ち、粒子の真円度が低い)には、亀裂内への圧入が困難であったり、亀裂内へ導入できたとしても、空隙が多く、亀裂内からのガスの流出を有効に抑止することが困難となってしまう。また、粒子が大き過ぎると、亀裂内に浸透させることが困難となってしまい、粒子が小さ過ぎると、亀裂を閉塞するためには、著しく多量の粒子を使用することが必要となってしまう。
しかるに、真球度が高く、しかも、水圧破砕に適した粒径を有している加水分解性粒子は、これまで知られていない。
Further, when hydrolyzable particles are added to the dispersion for excavation, the particle shape and particle size become a problem. That is, such hydrolysable particles are introduced into cracks (fractures) formed in the ground, and serve to close the cracks or to suppress the collapse of the cracks. Therefore, it is required to have a particle shape close to a spherical shape and an appropriate particle size. For example, if the particle shape is indefinitely far from a sphere (ie, the roundness of the particle is low), there are many voids even if it is difficult to press-fit into the crack or it can be introduced into the crack. It becomes difficult to effectively suppress the outflow of gas from the crack. If the particles are too large, it is difficult to penetrate into the cracks. If the particles are too small, it is necessary to use a remarkably large amount of particles in order to close the cracks.
However, hydrolysable particles having a high sphericity and a particle size suitable for hydraulic fracturing have not been known so far.
従って、本発明の目的は、水圧破砕に適した加水分解性、真円度及び粒径を有しているポリ乳酸粒子を用いた採掘方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の採掘方法に最も適した粒子形態を有するポリ乳酸粒子を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a mining method using polylactic acid particles having hydrolyzability, roundness and particle size suitable for hydraulic fracturing.
Another object of the present invention is to provide polylactic acid particles having a particle form most suitable for the mining method.
本発明によれば、平均粒径(D50)が300〜1000μmの範囲にあり、短径/長径比が0.8以上の真円度を有している重量平均分子量(Mw)が10000以上のポリ乳酸の粒子と、プロパントとを水性分散媒流体に混合し、該流体を地下に形成された坑井中に圧入する工程を含むことを特徴とする採掘方法が提供される。 According to the present invention, the average particle diameter (D 50 ) is in the range of 300 to 1000 μm, the weight average molecular weight (Mw) having a roundness with a minor axis / major axis ratio of 0.8 or more is 10,000 or more. There is provided a mining method characterized by including a step of mixing polylactic acid particles and proppant into an aqueous dispersion medium fluid and press-fitting the fluid into a well formed underground.
本発明によれば、また、平均粒径(D50)が300〜1000μmの範囲にあり、短径/長径比が0.8以上の真円度を有しているポリ乳酸粒子が提供される。 According to the present invention, polylactic acid particles having an average particle diameter (D 50 ) in the range of 300 to 1000 μm and a roundness with a minor axis / major axis ratio of 0.8 or more are provided. .
本発明の採掘方法では、ポリ乳酸粒子とプロパントとを水性分散媒流体に混合し、該流体を地中に形成された坑井中に圧入されるが、この分散媒流体中に添加されるポリ乳酸の粒子は、坑井中に形成された亀裂内に導入され、亀裂を一時的に閉塞する機能を示す。即ち、パーポレーション(予備爆破)などにより形成された亀裂内に、このポリ乳酸粒子を導入し、一時的に閉塞しておくことにより、その後の流体の圧入などにより、さらに亀裂を生成させ或いは亀裂を成長させることが可能となる。ポリ乳酸粒子が導入されている亀裂では、この亀裂内からガスの流出などが有効に抑制されているため、流体圧を他の箇所(例えば、微細な亀裂が生成している部分)に効果的に加え、微細な亀裂のさらなる成長を促進するわけである。
上記のポリ乳酸粒子は、所定時間経過後は、加水分解して消失していき、この結果、亀裂内に地中のガスが流出し、亀裂から流れ出たガスを採取するわけであるが、上記のプロパントは、この亀裂を維持する機能を有する。即ち、ポリ乳酸粒子が消失した後の亀裂内は空洞のチャンネル構造が形成されるため、地中の圧力によって崩壊し易くなってしまう。亀裂内に導入されたプロパントは、このような亀裂の崩壊を有効に防止し、これにより、亀裂を通しての資源ガスの採取を効率よく行うことができる。
In the mining method of the present invention, polylactic acid particles and proppant are mixed with an aqueous dispersion medium fluid, and the fluid is pressed into a well formed in the ground. The polylactic acid added to the dispersion medium fluid These particles are introduced into the crack formed in the well and exhibit a function of temporarily closing the crack. That is, by introducing the polylactic acid particles into a crack formed by perforation (preliminary blasting) and temporarily closing the crack, a further crack is generated by a subsequent press-fitting of fluid or the like. It becomes possible to grow a crack. In cracks where polylactic acid particles are introduced, gas outflow is effectively suppressed from within the cracks, so fluid pressure is effective at other locations (for example, where fine cracks are generated). In addition, it promotes further growth of fine cracks.
The polylactic acid particles are hydrolyzed and disappear after a predetermined time, and as a result, the underground gas flows out into the crack and the gas flowing out from the crack is collected. This proppant has the function of maintaining this crack. That is, since a hollow channel structure is formed in the crack after the disappearance of the polylactic acid particles, it tends to collapse due to underground pressure. The proppant introduced into the crack effectively prevents the crack from collapsing, thereby efficiently collecting the resource gas through the crack.
ところで、上記のプロパントとしては、一般に砂粒などの無機粒子が使用され、亀裂内に導入され得るような大きさを有していれば、その粒子の形状は制限されないが、ポリ乳酸粒子は、亀裂内に導入され得るような大きさを有していると同時に、亀裂内に密に充填し、これを閉じるため、真球に近い形状を有していることが求められ、さらには、ある程度の粒子強度を有していることも必要である。 By the way, as the proppant, inorganic particles such as sand grains are generally used, and the shape of the particles is not limited as long as it has a size that can be introduced into the cracks. It is required to have a shape close to a true sphere in order to close and close the crack, and to have a size that can be introduced into the crack. It is also necessary to have particle strength.
しかるに、このような条件を満足するポリ乳酸粒子は、これまで製造されていなかったが、本発明者等は、特定の方法を採用することにより、このようなポリ乳酸粒子の製造に成功したものである。
即ち、本発明では、これまで製造されていなかったような粒子形態を有するポリ乳酸粒子、具体的には、平均粒径(D50)が300〜1000μmの範囲にあり、短径/長径比が0.8以上の真円度を有していと共に、重量平均分子量(Mw)が10000以上(特に50000以上)であるという特性を有しているため、亀裂内への導入を速やかに行うことができ(粒子径が一定の範囲にある)、一定期間は所定の粒子形状が維持され(重量平均分子量が一定の範囲以上である)、さらには、亀裂内に空隙が発生しないように密に充填でき(真円度が高い)、亀裂の一時的閉塞を有効に行うことができる。
However, polylactic acid particles satisfying such conditions have not been produced so far, but the present inventors have succeeded in producing such polylactic acid particles by adopting a specific method. It is.
That is, in the present invention, polylactic acid particles having a particle form that has not been produced so far, specifically, the average particle diameter (D 50 ) is in the range of 300 to 1000 μm, and the ratio of minor axis / major axis is In addition to having a roundness of 0.8 or more and a weight average molecular weight (Mw) of 10,000 or more (especially 50000 or more), the introduction into the cracks can be performed quickly. (The particle size is in a certain range), and a predetermined particle shape is maintained for a certain period (weight average molecular weight is more than a certain range), and further, it is packed closely so that no voids are generated in the crack (Roundness is high), and temporary closure of cracks can be performed effectively.
このように、所定のポリ乳酸の粒子とプロパントとを水性分散媒流体に混合して坑井中に圧入する工程を含む本発明の採掘方法は、亀裂の一時的閉塞を効果的に行い、亀裂の生成よび成長操作を有効に行うことができ、しかも、ポリ乳酸粒子消失後の亀裂の保持も有効に行われ、亀裂を通しての資源ガス、特にシェールガスの採取を効率よくおこなうことができる。 As described above, the mining method of the present invention including the step of mixing predetermined polylactic acid particles and proppant into an aqueous dispersion medium fluid and press-fitting it into a well effectively performs temporary clogging of cracks, Generation and growth operations can be performed effectively, and the retention of cracks after the disappearance of polylactic acid particles is also effectively performed, so that resource gas, particularly shale gas, can be efficiently collected through the cracks.
<ポリ乳酸粒子>
本発明で用いるポリ乳酸粒子は、特に図1の顕微鏡写真に示されているように、高い真球度を有しており、例えば、短径/長径比で表される真円度が0.8以上、特に極めて1に近い。
また、この粒子は、レーザー回折散乱法によって測定される体積基準での平均粒径(D50)が300〜1000μmの範囲にある。
<Polylactic acid particles>
The polylactic acid particles used in the present invention have a high sphericity, particularly as shown in the photomicrograph of FIG. 1, for example, a roundness represented by a minor axis / major axis ratio of 0. 8 or more, especially very close to 1.
Also, the particles have an average particle size based on volume measured by a laser diffraction scattering method (D 50) is in the range of 300 to 1000.
即ち、本発明のポリ乳酸粒子は、上記のように高い真球度を有していると同時に、粒子の大きさが、水圧破砕に際して坑井中に形成される亀裂内に導入するに適した大きさを有している。このため、水圧破砕に際して、坑井中に形成される亀裂内に導入され、亀裂を一時的に閉塞するダイバーティングエイジェントなどと呼ばれる剤として、優れた機能を示す。
例えば、真球度が上記範囲よりも低いと、亀裂内に導入できたとしても、亀裂を閉塞する機能が乏しく、亀裂内からのガスの流出を有効に抑制できず、流体圧によってさらに亀裂を形成する作業に支障を来してしまう。また、粒子径が上記範囲よりも大きいと、亀裂内への粒子の導入が困難となり、さらに、粒子径が上記範囲よりも小さいと、亀裂を効果的に閉塞することが困難となってしまうし、さらに、その取扱いに際して、粉塵飛散などの問題を生じ易くなってしまう。
That is, the polylactic acid particles of the present invention have high sphericity as described above, and at the same time, the size of the particles is suitable for introduction into cracks formed in a well during hydraulic fracturing. Have For this reason, it exhibits an excellent function as an agent called a diverting agent that is introduced into a crack formed in a well during hydraulic fracturing and temporarily closes the crack.
For example, if the sphericity is lower than the above range, even if it can be introduced into the crack, the function of closing the crack is poor, and the outflow of gas from the crack cannot be effectively suppressed. It will interfere with the work to be formed. If the particle size is larger than the above range, it is difficult to introduce particles into the crack, and if the particle size is smaller than the above range, it is difficult to effectively block the crack. In addition, problems such as dust scattering are likely to occur during handling.
このように、本発明のポリ乳酸粒子は、水圧破砕に際して、水圧破砕のための掘削用分散液に添加して使用する用途に適した形態を有しているが、このような粒子形態に比して、その安息角は50度以下と極めて小さい(測定法は、後述する実施例参照)。 Thus, the polylactic acid particles of the present invention have a form suitable for use in addition to a dispersion for excavation for hydraulic fracturing at the time of hydraulic crushing. And the angle of repose is as very small as 50 degrees or less (for the measurement method, refer to Examples described later).
上記のような形態を有する粒子を形成するポリ乳酸は、100%ポリ−L−乳酸或いは100%ポリ−D−乳酸の何れであってもよいし、ポリ−L−乳酸とポリ−D−乳酸の溶融ブレンド物でもよく、また、L−乳酸とD−乳酸とのランダム共重合体やブロック共重合体であってもよい。
さらに、ポリ乳酸の加水分解性が損なわれない範囲において、各種の共重合成分が少量共重合されたものであってもよい。このような共重合成分としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、ドデカンジオール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビタン、ビスフェノールA、ポリエチレングリコールなどを例示することができ、の多価アルコール;シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、グルタル酸、デカンジカルボン酸、シクロヘキヘキサンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、アントラセンジカルボン酸などのジカルボン酸やそのジエステル;グリコール酸、L-乳酸、D-乳酸、ヒドロキシプロピオン酸、ヒドロキシ酪酸、ヒドロキシ吉草酸、ヒドロキシカプロン酸、マンデル酸、ヒドロキシ安息香酸などのヒドロキシカルボン酸;グリコリド、カプロラクトン、ブチロラクトン、バレロラクトン、ポロピオラクトン、ウンデカラクトンなどのラクトン類などが挙げられる。
The polylactic acid forming the particles having the above-described form may be either 100% poly-L-lactic acid or 100% poly-D-lactic acid, or poly-L-lactic acid and poly-D-lactic acid. It may be a melt-blended product of L-lactic acid and a random copolymer or block copolymer of L-lactic acid and D-lactic acid.
Further, various copolymer components may be copolymerized in a small amount as long as the hydrolyzability of polylactic acid is not impaired. Examples of such copolymer components include ethylene glycol, propylene glycol, butanediol, hexanediol, octanediol, dodecanediol, neopentyl glycol, glycerin, pentaerythritol, sorbitan, bisphenol A, and polyethylene glycol. Dicarboxylic acids such as oxalic acid, succinic acid, adipic acid, sebacic acid, glutaric acid, decanedicarboxylic acid, cyclohexanedicarboxylic acid, terephthalic acid, isophthalic acid, anthracene dicarboxylic acid, and diesters thereof; glycolic acid, Hydroxycarboxylic acids such as L-lactic acid, D-lactic acid, hydroxypropionic acid, hydroxybutyric acid, hydroxyvaleric acid, hydroxycaproic acid, mandelic acid, hydroxybenzoic acid; And lactones such as caprolactone, butyrolactone, valerolactone, poropiolactone, and undecalactone.
また、上記のポリ乳酸は、適度な粒子強度を確保され、少なくとも掘削作業中では、粒子形態が安定に保持されるという観点から、その重量平均分子量(Mw)が10000以上、特に50000〜500000の範囲にある。 In addition, the above-mentioned polylactic acid has an appropriate particle strength, and at least during the excavation operation, the weight average molecular weight (Mw) is 10,000 or more, particularly 50,000 to 500,000, from the viewpoint that the particle morphology is stably maintained. Is in range.
本発明で用いるポリ乳酸粒子には、ポリ乳酸の優れた特性が損なわれない限りにおいて、他の加水分解性樹脂(例えば、ポリオキサレートやポリグリコール酸など)を少量混合することにより加水分解性が調節されていてもよいし、必要に応じて、公知の可塑剤、熱安定剤、光安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、着色剤、顔料、フィラー、充填剤、離型剤、帯電防止剤、香料、滑剤、発泡剤、抗菌・抗カビ剤、核形成剤などの添加剤が配合されていてもよい。また結晶性を制御するため、ポリ乳酸に相溶化する成分を加えてもよく、相溶化する成分としては、セルロース誘導体、ポリメチルメタアクリレート、ポリ酢酸ビニルなどが挙げられる。 The polylactic acid particles used in the present invention can be hydrolyzed by mixing a small amount of other hydrolyzable resins (for example, polyoxalate or polyglycolic acid) as long as the excellent characteristics of polylactic acid are not impaired. May be adjusted, and if necessary, known plasticizers, heat stabilizers, light stabilizers, antioxidants, ultraviolet absorbers, flame retardants, colorants, pigments, fillers, fillers, mold release Additives such as agents, antistatic agents, fragrances, lubricants, foaming agents, antibacterial / antifungal agents, and nucleating agents may be blended. Moreover, in order to control crystallinity, you may add the component compatibilized with polylactic acid, and a cellulose derivative, a polymethylmethacrylate, a polyvinyl acetate etc. are mentioned as a component to compatibilize.
<ポリ乳酸粒子の製造>
ところで、上記のような高い真球度と適度な大きさの粒子径を有するポリ乳酸粒子は、単管構造または多重管構造の滴下ノズルを用いての滴下方式によって製造され、これ以外の方法では、製造が困難である。
例えば、ポリ乳酸の塊状物の機械的粉砕では、当然のことながら、粒子の真球度が低くなってしまう。
また、真球状の粒子を製造する方法として、貧溶媒を用いるような方式やスプレー噴霧などの方式では、粒径が微細になりすぎてしまい、さらに、樹脂の押し出しによるストランドカットでも、粒子径が著しく粗大になってしまう。
このように、従来から一般的に採用されている方式では、粒子径を真球状に成形できたとしても、粒径を前述した範囲(300〜1000μm)に調整することができない。
<Manufacture of polylactic acid particles>
By the way, the polylactic acid particles having the above high sphericity and a moderately sized particle size are manufactured by a dropping method using a dropping nozzle having a single tube structure or a multiple tube structure. Difficult to manufacture.
For example, in the mechanical pulverization of a polylactic acid lump, the sphericity of the particles is naturally lowered.
In addition, as a method for producing spherical particles, a method using a poor solvent or a method such as spray spraying causes the particle size to become too fine, and even in strand cutting by resin extrusion, the particle size is too small. It becomes extremely coarse.
As described above, in the methods generally employed in the past, even if the particle diameter can be formed into a true sphere, the particle diameter cannot be adjusted to the above-described range (300 to 1000 μm).
本発明のポリ乳酸粒子は、滴下ノズルを用いての滴下方式を用いて製造されるが、このような滴下方式に用いる滴下式粒子製造装置は、図2に示されているような単管構造のものと、図3に示されているような多重管構造のものとがある。 The polylactic acid particles of the present invention are manufactured using a dropping method using a dropping nozzle. The dropping type particle manufacturing apparatus used in such a dropping method has a single tube structure as shown in FIG. And a multi-tube structure as shown in FIG.
図2の単管構造のものでは、この5で示される単管のノズルにA液が供給され、その先端からA液の液滴7が滴下され、液滴状態を維持したまま、受け槽9に滴下される。 In the single tube structure of FIG. 2, A liquid is supplied to the nozzle of the single tube shown by 5 and a droplet 7 of A liquid is dripped from the tip of the A tube. It is dripped.
上記のA液として、前述したポリ乳酸の液状物(適宜配合される配合剤を含む)が使用される。このような液状物(A液)として、ポリ乳酸の融液を直接単管ノズル5に供給することも可能であるが、粘度が高く、所定の粒径に調整された液滴7を滴下するための流量調整などが困難となるため、所定の有機溶媒を用いて粘度が10〜10000mPa・sec(25℃)程度に調整し、このポリ乳酸の有機溶媒溶液をA液として供給することが好ましい。
ここで使用される有機溶媒としては、例えば、ジクロロメタン、クロロホルム、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アセトン、トルエン、酢酸エチル等を挙げることができる。有機溶媒溶液の濃度は10重量%から70重量%の範囲にあるのが好ましい。
As the above-mentioned liquid A, the liquid material of polylactic acid described above (including a compounding agent appropriately blended) is used. Although it is possible to supply a polylactic acid melt directly to the single tube nozzle 5 as such a liquid material (liquid A), a droplet 7 having a high viscosity and adjusted to a predetermined particle diameter is dropped. Therefore, it is preferable to adjust the viscosity to about 10 to 10000 mPa · sec (25 ° C.) using a predetermined organic solvent, and supply the organic solvent solution of polylactic acid as A liquid. .
Examples of the organic solvent used here include dichloromethane, chloroform, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, acetone, toluene, ethyl acetate, and the like. The concentration of the organic solvent solution is preferably in the range of 10% to 70% by weight.
上記のようにして単管ノズル5の先端から滴下された液滴は、受け槽9中に滴下される。受け槽9には、水、メタノール等のポリオキサレートの貧溶媒が張られており、この場で析出し固化し、目的とする粒径を有するポリオキサレート粒子11を得ることができる。 The liquid droplets dropped from the tip of the single tube nozzle 5 as described above are dropped into the receiving tank 9. The receiving tank 9 is filled with a poor polyoxalate solvent such as water or methanol, and can be precipitated and solidified on the spot to obtain polyoxalate particles 11 having a target particle size.
また、図3の多重管構造のものは、その滴下ノズル5が芯管1と外管3とから形成されており、上記と同様、該ノズル5から滴下された液滴7は、受け槽9に滴下される。 Further, in the multi-tube structure of FIG. 3, the dropping nozzle 5 is formed of the core tube 1 and the outer tube 3, and the droplet 7 dropped from the nozzle 5 is received in the receiving tank 9 as described above. It is dripped.
即ち、この装置では、滴下ノズル5の芯管1にA液が供給され、外管3にはB液が供給され、従って、このノズル5から滴下される液滴7は、A液をコアとし、B液をシェルとするカプセル構造を有している。 That is, in this apparatus, the liquid A is supplied to the core tube 1 of the dropping nozzle 5 and the liquid B is supplied to the outer tube 3, so that the droplet 7 dropped from the nozzle 5 has the liquid A as a core. The capsule structure has the B liquid as a shell.
本発明では、液滴7のコアを形成するA液として、図2の場合と同様、前述したポリ乳酸の液状物が使用され、液滴7のシェルを形成するB液としては、アルギン酸ナトリウムの水溶液が使用される。即ち、このB液が、ポリ乳酸粒子の融着を防止し、一定の粒径保持する粒径調整剤として機能するわけである。 In the present invention, the liquid material of polylactic acid described above is used as the liquid A forming the core of the liquid droplet 7 as in FIG. 2, and the liquid B forming the shell of the liquid droplet 7 is sodium alginate. An aqueous solution is used. That is, this B liquid functions as a particle size adjusting agent that prevents the fusion of the polylactic acid particles and maintains a constant particle size.
このようなA液を芯管1に供給し、上記のアルギン酸ナトリウム水溶液をB液として供給して滴下することにより、A液をコアとし、B液をシェルとしてカプセル化された液滴7が形成されるわけであるが、この場合、カプセル化を有効に行うため、B液として使用するアルギン酸ナトリウム水溶液の粘度は、10〜1000mPa・sec(25℃)程度となるよう調整されていることが望ましく、例えば、その水溶液濃度が1〜5質量%程度の範囲にあるのがよい。
また、上記のようなノズル5の先端の内径(芯管1及び外管3の内径)は、最終的に得られる粒子の径が前述した範囲となる程度の範囲に設定され、且つA液及びB液の供給速度も適宜の範囲となるように設定されるが、通常、A液の流量とB液との流量比は、適宜設定されていることが望ましい。
By supplying such A liquid to the core tube 1 and supplying and dropping the above-mentioned sodium alginate aqueous solution as B liquid, droplets 7 encapsulated with A liquid as the core and B liquid as the shell are formed. However, in this case, in order to effectively perform the encapsulation, the viscosity of the sodium alginate aqueous solution used as the liquid B is preferably adjusted to be about 10 to 1000 mPa · sec (25 ° C.). For example, the concentration of the aqueous solution is preferably in the range of about 1 to 5% by mass.
The inner diameter of the tip of the nozzle 5 as described above (the inner diameter of the core tube 1 and the outer tube 3) is set to such a range that the diameter of the finally obtained particles is within the aforementioned range, and the A liquid and The supply speed of the B liquid is also set to be in an appropriate range, but it is usually desirable that the flow ratio of the A liquid and the B liquid is appropriately set.
上記のようにしてノズル5の先端から滴下された液滴7は、受け槽9中に滴下される。
受け槽9には、塩化カルシウム水溶液が張られており、これにより、アルギン酸カルシウムで覆われたポリ乳酸粒子10が析出する。このように析出した液滴10を、受け槽9’に張られているクエン酸ナトリウム水溶液に浸すことで粒子10からB液のシェルが除かれたポリ乳酸粒子11が得られる。
The droplet 7 dropped from the tip of the nozzle 5 as described above is dropped into the receiving tank 9.
The receiving tank 9 is filled with an aqueous calcium chloride solution, whereby polylactic acid particles 10 covered with calcium alginate are deposited. By soaking the droplet 10 thus deposited in a sodium citrate aqueous solution stretched in the receiving tank 9 ', polylactic acid particles 11 in which the shell of the B liquid is removed from the particles 10 are obtained.
図2及び図3の滴下ノズルを用いて得られるポリ乳酸粒子11は、何れも、受け槽9或いは9’から直ちに回収され、溶媒を含む場合には、適宜、水に投入して溶媒を除去する。この操作は、図3の装置を用いてカプセル化を行っている場合には、被覆しているアルギン酸ナトリウムを除去する前に行ってもよい。
また、一般的には、得られた粒子は、適宜、篩にかけて所定粒径のものを捕集し、さらに、適宜、熱風乾燥することにより、目的とするポリ乳酸粒子として使用に供される。
The polylactic acid particles 11 obtained using the dripping nozzles of FIGS. 2 and 3 are all recovered immediately from the receiving tank 9 or 9 ′, and when containing a solvent, are appropriately put into water to remove the solvent. To do. This operation may be performed before removing the coated sodium alginate when encapsulation is performed using the apparatus of FIG.
In general, the obtained particles are appropriately sieved to collect particles having a predetermined particle size, and further appropriately dried with hot air to be used as target polylactic acid particles.
尚、上述した説明では、シェルを形成するB液として、アルギン酸ナトリウム水溶液を用いた例を示したが、勿論、これに限定されるものではなく、A液の液滴の周囲を安定に被覆し、A液同士の融着を防止得る適当な粘度を有する塩類等の水溶液であれば、B液として使用することができる。また、B液の種類に応じて、受け槽9に張る水溶液の種類も適宜のものを選択することができる。 In the above description, an example in which an aqueous sodium alginate solution is used as the liquid B forming the shell is not limited to this, but the liquid A is stably coated around the liquid droplets. Any aqueous solution of a salt or the like having an appropriate viscosity capable of preventing fusion between the A liquids can be used as the B liquid. Moreover, according to the kind of B liquid, the kind of aqueous solution stretched to the receiving tank 9 can also be selected suitably.
<掘削方法>
上述したポリ乳酸粒子は、粉塵飛散などの不都合を有効に回避でき、地上での融着等が有効に防止されているため、その取扱いが容易であり、しかも、水圧破砕に際して形成される亀裂内に導入し且つ亀裂を一時的に閉塞する機能を有しており、一定期間経過後は加水分解して消失する。
従って、地下資源の採掘現場で用いられるフラクチュアリング流体などの掘削用分散液の調製に好適に使用され、特にシェールガスの採掘のため、このポリ乳酸粒子とプロパントとを水性分散媒流体(具体的には水)に混合し、該流体を地下に形成された坑井中に圧入することにより使用に供される。
<Drilling method>
The above-mentioned polylactic acid particles can effectively avoid inconveniences such as dust scattering and are effectively prevented from being fused on the ground. And has a function of temporarily closing the crack, and hydrolyzes and disappears after a certain period of time.
Therefore, it is suitably used for the preparation of a drilling dispersion such as a fracturing fluid used in underground resource mining sites, and this polylactic acid particle and proppant are used as an aqueous dispersion medium fluid (specifically for mining shale gas). In other words, the fluid is mixed with water and used by injecting the fluid into a well formed underground.
ポリ乳酸粒子と共に使用される用いるプロパントは、先に述べたように、ポリ乳酸粒子の消失により形成される亀裂のチャンネル構造を保持するためのものであり、通常、砂粒、その他、硬質の無機粒子(例えば粘土など)が使用され、その粒径は、亀裂内に速やかに導入される程度の大きさであればよく、具体的には、ポリ乳酸粒子と同様、800μm以下の範囲にあればよく、より好ましくは、300μm以上の大きさを有していることが望ましい。極端に微粒であると、亀裂の保持効果が小さくなってしまうからである。 As described above, the proppant used together with the polylactic acid particles is for maintaining the channel structure of cracks formed by the disappearance of the polylactic acid particles. Usually, sand grains and other hard inorganic particles are used. (For example, clay) is used, and the particle size thereof may be a size that can be quickly introduced into the crack, and specifically, it may be in the range of 800 μm or less, like the polylactic acid particles. More preferably, it has a size of 300 μm or more. This is because, when the particles are extremely fine, the effect of retaining cracks is reduced.
また、上記のポリ乳酸粒子やプロパントが添加される水性分散媒流体の水には、適度な粘性を付与し、圧入よる亀裂の生成を促すために、グアガムやキサントンなどを増粘剤として添加しておくこともできる。また、ポリ乳酸粒子やプロパントの圧入に先立って、炭酸カルシウムなどの塩類を逸水剤として分散しておき、この状態で流体を圧入することにより、坑井の壁面にケーキを形成させておくこともできる。このようなケーキの形成により、坑井の壁面から水が地中に浸透することを防止することができ、坑井の崩壊などを有効に回避することができる。 In addition, guar gum or xanthone is added as a thickener to impart moderate viscosity to the water of the aqueous dispersion medium fluid to which the polylactic acid particles and proppant are added, and to promote the formation of cracks due to press-fitting. You can also keep it. Prior to the injection of polylactic acid particles and proppant, a salt such as calcium carbonate is dispersed as a water-dissipating agent, and a fluid is injected in this state to form a cake on the wall surface of the well. You can also. By forming such a cake, water can be prevented from penetrating into the ground from the wall surface of the well, and the collapse of the well can be effectively avoided.
上述したポリ乳酸粒子及びプロパントの圧入により、亀裂が多く生成し且つポリ乳酸粒子の消失により、プロパントに維持された亀裂のチャンネル構造が形成された後は、常法に従い、亀裂を通しての資源ガス、例えばシェールガスの採取が行われる。勿論、ポリ乳酸粒子及びプロパントの圧入を繰り返し行い、より多くの亀裂の生成を促すこともできる。 After the above-described polylactic acid particles and proppant are injected, many cracks are generated, and the disappearance of polylactic acid particles forms the channel structure of cracks maintained in proppant. For example, shale gas is collected. Of course, polylactic acid particles and proppant can be repeatedly press-fitted to promote the generation of more cracks.
本発明を次の実験例で説明する。 The invention is illustrated by the following experimental example.
<真円度の測定>
SEM観察で無作為に選んだ10の粒子について、短径/長径の平均値を算出し、真円度とした。
<Measurement of roundness>
For 10 particles randomly selected by SEM observation, the average value of the minor axis / major axis was calculated and used as the roundness.
ポリ乳酸(PLA)粒子の製造;
PLA(Revode101)のジクロロメタン溶液(濃度10重量%)を調製し、A液として用いた。また、1.5%アルギン酸ナトリウム水溶液をB液として用いた。
滴下式粒子製造装置として、図3に示す構造の同心ノズル付カプセル化装置(日本ビュッヒ製Encapsulator B−390、コアノズル先端径450μm、シェルノズル先端径900μm)を用意した。
上記のA液(10%PLA溶液)をコア流路(1)に導入し、上記のB液(1.5%アルギン酸ナトリウム水溶液)をシェル流路(3)に導入し、10%塩化カルシウム水溶液が張られた受け槽(9)に滴下し、アルギン酸ナトリウム被覆PLAカプセル(10)を作製した。
Production of polylactic acid (PLA) particles;
A dichloromethane solution (concentration: 10% by weight) of PLA (Revode 101) was prepared and used as solution A. Moreover, 1.5% sodium alginate aqueous solution was used as B liquid.
As a dripping type particle manufacturing apparatus, an encapsulating apparatus with a concentric nozzle (Encapsulator B-390 manufactured by Nihon Büch, core nozzle tip diameter 450 μm, shell nozzle tip diameter 900 μm) having a structure shown in FIG. 3 was prepared.
The liquid A (10% PLA solution) is introduced into the core flow path (1), and the liquid B (1.5% sodium alginate aqueous solution) is introduced into the shell flow path (3) to obtain a 10% calcium chloride aqueous solution. Was dropped into a receiving tank (9) stretched with a sodium alginate-coated PLA capsule (10).
上記で得られたアルギン酸ナトリウム被覆PLAカプセル(10)を一旦水中に浸漬してカプセル中の溶媒(ジクロロメタン)を除去した後、55mMのクエン酸ナトリウム水溶液中に1日浸漬させ、次いで、目開き150μmのふるいにかけて捕集した後、水洗してPLA粒子を得た。
この粒子の真円度は、0.95であり、そのSEM写真は、図1に示すとおりであった。
The sodium alginate-coated PLA capsule (10) obtained above was once immersed in water to remove the solvent (dichloromethane) in the capsule, then immersed in a 55 mM aqueous sodium citrate solution for one day, and then an opening of 150 μm After collecting through a sieve, the particles were washed with water to obtain PLA particles.
The roundness of the particles was 0.95, and the SEM photograph was as shown in FIG.
1:芯管
3:外管
5:滴下用多重管ノズル
7:液滴
9:受け槽
1: Core tube 3: Outer tube 5: Multiple tube nozzle for dropping 7: Droplet 9: Receiving tank
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