[发明专利]一类双组份极地用丁酸戊酯复合型超低温钻井液

说明书

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丁酸戊酯复合型超低温钻井液。

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(在确定钻孔最低温度为-60℃左右时，平均密度应为920～950kg/m3)；（2）钻井液粘度不应限制最佳的钻具提升和下放速度(在确定钻孔最低温度为-60℃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℃。这要求钻井液在-60℃时平均密度达到920～950kg/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丁酸戊酯复合型超低温钻井液。本发明采用的技术方案为：

一类双组份极地用丁酸戊酯复合型超低温钻井液，其特征是，所述双组份极地用丁酸戊酯复合型超低温钻井液由丁酸戊酯与丁酸乙酯或与丙酸丙酯混合而成；优选的丁酸戊酯与丁酸乙酯或丙酸丙酯的质量配比为50～75∶50～25。

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。

丁酸乙酯也是一种简单的羧酸酯，带有清灵强烈的甜果香，无色透明，不溶于水，闪点为25℃，熔点为-93.3℃。丁酸乙酯是由正丁酸与乙醇进行酯化反应而成，可用作香料、香精萃取和溶剂，在工业生产中未发现对人的危害。