CN103146366A

CN103146366A - 一类双组份极地用酯基超低温钻井液

Info

Publication number: CN103146366A
Application number: CN2013101213689A
Authority: CN
Inventors: 达拉拉伊·帕维尔; 徐会文; 韩丽丽; 于达慧; 韩俊杰; 曹品鲁; 郭明义; 范晓鹏; 毛建设; 温继伟; 胡正毅; 杨成
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2013-06-12

Abstract

本发明公开了一类双组份极地用酯基超低温钻井液，属于极地钻探的技术领域。以环保型耐低温的椰子油庚基酯衍生物（ESTISOL^TM）为原料，配制钻井液。其中基液的组成为椰子油庚基酯140，基重液为椰子油庚基酯165或椰子油庚基酯F2887。将基液与基重液复配后得到双组份极地用酯基超低温钻井液。本发明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特点，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

一类双组份极地用酯基超低温钻井液

技术领域

本发明涉及极地钻探的技术领域，具体涉及一类极地钻井液。

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℃,钻孔内的平均温度大约为-30℃。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酯基超低温钻井液。本发明采用的技术方案为：

一种双组份极地用酯基超低温钻井液，由基液和基重液组成，所述的基液是椰子油庚基酯140，所述的基重液是椰子油庚基酯165或椰子油庚基酯F2887；其中，所述基液与所述基重液的质量配比为85.9～97.2∶14.1～2.8。

优选的椰子油庚基酯140与椰子油庚基酯165的质量配比为97.2～87.25∶2.8～12.75；优选的椰子油庚基酯140与椰子油庚基酯F2887的质量配比为96.9～85.9∶3.1～14.1。

椰子油庚基酯140（ESTISOL^TM140）是一种脂肪族的液体合成酯，带有果味，不溶于水，清澈透明，闪点为75℃，熔点为-93℃。ESTISOL^TM140通常用作工业清洗剂、涂层材料、黏合剂和其它化学品配方中的溶剂。在按照产品说明书使用和处理的时候，该产品没有任何毒害作用和刺激性。2011年，新西兰科考队的科学家将椰子油庚基酯140(ESTISOL^TM140)作为单组份钻井液在北格陵兰Eemiana冰钻（NEEM）考察站进行了测试，所用孔深为103至131米。在2012年在法国日安（Giens）召开的首届冰芯科学国际同盟者大会开放式会议（International Partnerships in Ice Core Sciences–First Open ScienceConference(IPICS2012)）上，该成果被以海报形式展出。由此ESTISOL^TM步入了业界的视角，对ESTISOL^TM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。

ESTISOL^TM165是一种气味温和清澈透明的液体，在使用时采取佩戴手套和防护眼镜等简单的保护措施即可；ESTISOL^TM F2887是由多元醇制成的聚合酯，不但可用作涂层和黏合剂的共溶剂，而且可用于替代具有一定聚合物相容性及塑性的极性溶剂，并经常与其它极性溶剂混合使用，不需要特殊的安全措施。

本发明选择椰子油庚基酯衍生物（ESTISOL^TM）中的3种产品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，拓展了椰子油庚基酯衍生物（ESTISOL^TM）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486g ESTISOL^TM140和14g ESTISOL^TM165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436.2g ESTISOL^TM140和63.8g ESTISOL^TM165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484.5g ESTISOL^TM140和15.5g ESTISOL^TM F2887混合后制得双组份极地用酯基超低温钻井液3。

实施例4

将429.5g ESTISOL^TM140和70.5g ESTISOL^TM F2887混合后制得双组份极地用酯基超低温钻井液4。

对实施例1～4制得的钻井液1～4进行检测，检测结果见表1。

表1实施例1～4钻井液性能数据表

由表1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。

Claims

1.一种双组份极地用酯基超低温钻井液，由基液和基重液组成，所述的基液是椰子油庚基酯140，所述的基重液是椰子油庚基酯165或椰子油庚基酯F2887；其中，所述基液与所述基重液的质量配比为85.9～97.2∶14.1～2.8。

2.根据权利要求1所述的双组份极地用酯基超低温钻井液，其特征在于，所述椰子油庚基酯140与所述椰子油庚基酯165的质量配比为97.2～87.25∶2.8～12.75。

3.根据权利要求1所述的双组份极地用酯基超低温钻井液，其特征在于，所述椰子油庚基酯140与所述椰子油庚基酯F2887的质量配比为96.9～85.9∶3.1～14.1。