CN103396773A

CN103396773A - 一类双组份极地用低分子单酯酯基超低温钻井液

Info

Publication number: CN103396773A
Application number: CN2013103729894A
Authority: CN
Inventors: 达拉拉伊·帕维尔; 徐会文; 韩丽丽; 于达慧; 韩俊杰; 王莉莉; 曹品鲁; 郭明义; 范晓鹏; 胡正毅; 杨成
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2013-11-20

Abstract

本发明公开了一类双组份极地用低分子单酯酯基超低温钻井液，属于极地钻探的技术领域。本发明以丁酸丁酯和丁酸戊酯为原料，按一定比例复配后得到双组份极地用低分子单酯酯基超低温钻井液。考虑极地严寒恶劣的自然条件、严格的环保要求以及深部冰层钻探取芯的特点，本发明提供使钻井液具有无色透明、环保及耐低温的优点，而且在粘度、密度上均符合在极地进行深部冰层钻探取芯的要求。

Description

一类双组份极地用低分子单酯酯基超低温钻井液

技术领域

本发明涉及极地钻井的技术领域，具体涉及一类双组份极地用低分子单酯酯基超低温钻井液。

背景技术

在极地进行深部冰层钻探取芯，获取冰芯、冰岩夹层样本和冰下基岩样本，研究这些具有化石意义的数据库为我们保管的宝贵信息，对于人类进行古气候研究、圈定极地矿产资源分布及开展地质学探索等具有重要意义。

石油和天然气开采中使用的常规低温钻井液不适用于极地深部冰层钻探取芯。极地深部冰层钻探取芯用钻井液主要要求：（1）钻井液的密度可以平衡冰层的上覆压力，防止钻孔缩颈；（2）在钻探过程中，钻井液可以清洗钻头，带走冰屑及岩屑等碎屑；（3）在钻探过程中，钻井液不可影响钻头破碎孔底冰层的正常机械速度；（4）在钻探过程中，钻井液对泵压大小影响不大，可保证泵正常工作。因此，只有研制专门用于极地深部冰层钻探取芯的钻井液才可以满足极地深部冰层钻探取芯的苛刻要求。

目前，极地深部冰层钻探取芯钻井液类型主要有以下几种：

1、含有卤代烃增稠剂或者碳氟化合物类增稠剂的煤油等石油产品：该类增稠剂的毒性较大，而且其中大部分因为无法满足环保条件已被蒙特利尔协议限制使用。

2、乙二醇水溶液或乙醇溶液：该类钻井液在低温下粘度显著增大，在技术上不适用，而且钻井液溶解冰孔壁、冰芯和冰屑，从而使孔内易于堵塞，卡钻风险高。

3、乙酸正丁酯钻井液：经工程实践证明该类钻井液虽然可以满足冰钻所需的密度、粘度条件，但因其毒性大而容易使钻工身体受损。

4、ISOPAR-K基液和氢氟醚HFE-7100作为增稠剂的钻井液：实验结果表明，ISOPAR-K与HFE-7100在-45℃时易分离成两相，因此不能用于极地冰钻中。此外，虽然HFE粘度低，毒性低，无燃点，臭氧消耗潜能值为0，但使全球变暖潜能值极高（由低至数百可升至15000）。

5、双醚生物脂肪酸ESTISOL240和COASOL的钻井液：室内和野外实验表明，这类产品不具有安全与环保性。而且粘度非常高(-25℃时动力粘度约为20mPa·s，-35℃时动力粘度约为30mPa·s)。因此，为达到最佳的钻具提升/下放速度，需增大钻具与钻孔壁间的间隙，而这会引发冰屑量大幅度增加、回次进尺缩短、钻进速度降低及冰芯采取率降低等问题。

综上所述，目前常用的钻井液会对极地的空气、积雪层、冰层及冰下其他资源产生一定的污染。因此，发明一种安全、环保的极地用钻井液一直是冰层深部取芯钻探的一个技术课题。

理想的极地深部冰层钻探取芯用钻井液应具有如下特点：

（1）钻井液密度应该约等于或稍大于冰的密度(在确定钻孔平均温度为-30℃左右时，平均密度应为920～940kg/m³)；（2）钻井液粘度不应限制最佳的钻具提升和下放速度(在确定钻孔平均温度为-30℃左右时，平均动力粘度应不高于15mPa·s)；（3）钻井液的凝固点不仅要比钻孔内的最低温度低，而且要低于板房（储存钻井液的地方）的室外温度；（4）钻井液对冰芯、孔壁、钻具和电缆组件无腐蚀性；（5）钻井液在储存、运输和使用过程中其本身的固有性质不受影响；（6）钻井液不易燃、不易爆；（7）钻井液应对人体无毒、可生物降解、环保；（8）钻井液来源广泛，易于购买，价格低廉。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，极地冰层深部取芯钻探施工用钻井液的耐低温问题和刺激性气味大等对施工人员有威胁的安全、环保问题。在极地进行钻探施工，一般选择在夏季进行。南极内陆地区夏季的平均温度为-20～-35℃，钻孔内的最低气温达到-60℃。这要求钻井液平均密度达到920～940kg/m³，平均动力粘度不高于15mPa·s，基于此，本发明提供了一类双组份极地用低分子单酯酯基超低温钻井液。本发明采用的技术方案为：

一类双组份极地用低分子单酯酯基超低温钻井液，其特征是，所述双组份极地用低分子单酯酯基超低温钻井液由丁酸丁酯和丁酸戊酯混合而成；优选的丁酸丁酯和丁酸戊酯的质量比为25～75∶75～25。

丁酸丁酯是一种简单的羧酸酯，带有水果香味，无色透明，不溶于水，闪点为50℃，熔点为-92℃。丁酸丁酯通常用作溶剂、色谱分析标准物质或香精配方。在工业生产中未发现对人的危害。

丁酸戊酯也是一种简单的羧酸酯，带有水果味，无色透明，不溶于水，闪点为57℃，熔点为-93.2℃。丁酸戊酯是由正戊醇与丁酸在浓硫酸存在下直接酯化而成，不但可用作油漆、涂料的溶剂，而且可用做食品用香料。在工业生产中未发现对人的危害。

由于以丁酸丁酯和丁酸戊酯为代表的羧酸酯的理化特性及流变特性可满足极地钻井液的要求。羧酸酯类步入了业界的视角，对该类物质的研究成为极地钻井液领域寻求新型钻井液的一条希望之路。

本发明选择丁酸丁酯和丁酸戊酯这两种羧酸酯，按照其不同的性能选择性地进行优化复配，方法简单，为极地高寒缺氧条件下的工作提供了便利。原料的价格合理、生物降解性好、对环境友好、耐低温、化学稳定性好。本发明提供的钻井液满足极地深冰芯钻探需求，拓展了羧酸酯的应用范围。

具体实施方式

以下通过具体实施例进一步说明本发明，但这些实施例对本发明没有限制。实施例1

将200g丁酸丁酯和600g丁酸戊酯混合后制得双组份极地用酯基超低温钻井液1。

实施例2

将400g丁酸丁酯和400g丁酸戊酯混合后制得双组份极地用酯基超低温钻井液2。

实施例3

将600g丁酸丁酯和200g丁酸戊酯混合后制得双组份极地用酯基超低温钻井液3。

对实施例1～3制得的钻井液1～3进行检测，检测结果见表1。

表1实施例1～3钻井液在-30℃时性能

表2实施例1～3钻井液在-60℃时的性能

由表1和表2可见，在超低温试验中，该钻井液保持了良好的性能；在原材料的选择上注重其安全环保性能，从而确保其环境友好方面的先进性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和发明构思，做出相应改变和替代，而且性能或用途相同，都应当视为本发明的保护范围。

Claims

1.一类双组份极地用低分子单酯酯基超低温钻井液，其特征是，所述双组份极地用低分子单酯酯基超低温钻井液由丁酸丁酯和丁酸戊酯混合而成。

2.根据权利要求1所述的双组份极地用低分子单酯酯基超低温钻井液，其特征在是，所述丁酸丁酯和丁酸戊酯的质量比为25～75∶75～25。