[發明專利]一類雙組份極地用丁酸戊酯復合型超低溫鉆井液

無效

• 申請號: 201310372975.2
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN103396772A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 達拉拉伊·帕維爾;徐會文;韓麗麗;于達慧;韓俊杰;王莉莉;曹品魯;郭明義;范曉鵬;胡正毅;楊成
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C09K8/34
• 分類號: C09K8/34
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王恩遠

技術領域

本發明涉及極地鉆井的技術領域，具體涉及一類雙組份極地用丁酸戊酯復合型超低溫鉆井液。

背景技術

在極地進行深部冰層鉆探取芯，獲取冰芯、冰巖夾層樣本和冰下基巖樣本，研究這些具有化石意義的數據庫為我們保管的寶貴信息，對于人類進行古氣候研究、圈定極地礦產資源分布及開展地質學探索等具有重要意義。

石油和天然氣開采中使用的常規低溫鉆井液不適用于極地深部冰層鉆探取芯。極地深部冰層鉆探取芯用鉆井液主要要求：（1）鉆井液的密度可以平衡冰層的上覆壓力，防止鉆孔縮頸；（2）在鉆探過程中，鉆井液可以清洗鉆頭，帶走冰屑及巖屑等碎屑；（3）在鉆探過程中，鉆井液不可影響鉆頭破碎孔底冰層的正常機械速度；（4）在鉆探過程中，鉆井液對泵壓大小影響不大，可保證泵正常工作。因此，只有研制專門用于極地深部冰層鉆探取芯的鉆井液才可以滿足極地深部冰層鉆探取芯的苛刻要求。

目前，極地深部冰層鉆探取芯鉆井液類型主要有以下幾種：

1、含有鹵代烴增稠劑或者碳氟化合物類增稠劑的煤油等石油產品：該類增稠劑的毒性較大，而且其中大部分因為無法滿足環保條件已被蒙特利爾協議限制使用。

2、乙二醇水溶液或乙醇溶液：該類鉆井液在低溫下粘度顯著增大，在技術上不適用，而且鉆井液溶解冰孔壁、冰芯和冰屑，從而使孔內易于堵塞，卡鉆風險高。

3、乙酸正丁酯鉆井液：經工程實踐證明該類鉆井液雖然可以滿足冰鉆所需的密度、粘度條件，但因其毒性大而容易使鉆工身體受損。

4、ISOPAR-K基液和氫氟醚HFE-7100作為增稠劑的鉆井液：實驗結果表明，ISOPAR-K與HFE-7100在-45℃時易分離成兩相，因此不能用于極地冰鉆中。此外，雖然HFE粘度低，毒性低，無燃點，臭氧消耗潛能值為0，但使全球變暖潛能值極高（由低至數百可升至15000）。

5、雙醚生物脂肪酸ESTISOL240和COASOL的鉆井液：室內和野外實驗表明，這類產品不具有安全與環保性。而且粘度非常高(-25℃時動力粘度約為20mPa·s，-35℃時動力粘度約為30mPa·s)。因此，為達到最佳的鉆具提升/下放速度，需增大鉆具與鉆孔壁間的間隙，而這會引發冰屑量大幅度增加、回次進尺縮短、鉆進速度降低及冰芯采取率降低等問題。

綜上所述，目前常用的鉆井液會對極地的空氣、積雪層、冰層及冰下其他資源產生一定的污染。因此，發明一種安全、環保的極地用鉆井液一直是冰層深部取芯鉆探的一個技術課題。

理想的極地深部冰層鉆探取芯用鉆井液應具有如下特點：

（1）鉆井液密度應該約等于或稍大于冰的密度(在確定鉆孔最低溫度為-60℃左右時，平均密度應為920～950kg/m3)；（2）鉆井液粘度不應限制最佳的鉆具提升和下放速度(在確定鉆孔最低溫度為-60℃左右時，平均動力粘度應不高于15mPa·s)；（3）鉆井液的凝固點不僅要比鉆孔內的最低溫度低，而且要低于板房（儲存鉆井液的地方）的室外溫度；（4）鉆井液對冰芯、孔壁、鉆具和電纜組件無腐蝕性；（5）鉆井液在儲存、運輸和使用過程中其本身的固有性質不受影響；（6）鉆井液不易燃、不易爆；（7）鉆井液應對人體無毒、可生物降解、環保；（8）鉆井液來源廣泛，易于購買，價格低廉。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，極地冰層深部取芯鉆探施工用鉆井液的耐低溫問題和刺激性氣味大等對施工人員有威脅的安全、環保問題。在極地進行鉆探施工，一般選擇在夏季進行。南極內陸地區夏季的平均溫度為-20～-35℃，鉆孔內的最低氣溫達到-60℃。這要求鉆井液在-60℃時平均密度達到920～950kg/m³，平均動力粘度不高于15mPa·s，基于此，本發明提供了一類雙組份極地用丁酸戊酯復合型超低溫鉆井液。本發明采用的技術方案為：

一類雙組份極地用丁酸戊酯復合型超低溫鉆井液，其特征是，所述雙組份極地用丁酸戊酯復合型超低溫鉆井液由丁酸戊酯與丁酸乙酯或與丙酸丙酯混合而成；優選的丁酸戊酯與丁酸乙酯或丙酸丙酯的質量配比為50～75∶50～25。

丁酸戊酯也是一種簡單的羧酸酯，帶有水果味，無色透明，不溶于水，閃點為57℃，熔點為-93.2℃。丁酸戊酯是由正戊醇與丁酸在濃硫酸存在下直接酯化而成，不但可用作油漆、涂料的溶劑，而且可用做食品用香料，在工業生產中未發現對人的危害。

丁酸乙酯也是一種簡單的羧酸酯，帶有清靈強烈的甜果香，無色透明，不溶于水，閃點為25℃，熔點為-93.3℃。丁酸乙酯是由正丁酸與乙醇進行酯化反應而成，可用作香料、香精萃取和溶劑，在工業生產中未發現對人的危害。