專利名稱：一類雙組份極地用酯基超低溫鉆井液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及極地鉆探的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一類極地鉆井液。
背景技術(shù)：
在極地進(jìn)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(shù)據(jù)庫為我們保管的寶貴信息，對于人類進(jìn)行古氣候研究、圈定極地礦產(chǎn)資源分布及開展地質(zhì)學(xué)探索等具有重要意義。石油和天然氣開采中使用的常規(guī)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:(I)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(jī)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(chǎn)品:該類增稠劑的毒性較大，而且其中大部分因?yàn)闊o法滿足環(huán)保條件已被蒙特利爾協(xié)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(shù)上不適用，而且鉆井液溶解冰孔壁、冰芯和冰屑，從而使孔內(nèi)易于堵塞，卡鉆風(fēng)險(xiǎn)高。3.乙酸正丁酯鉆井液:經(jīng)工程實(shí)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。

4.1SOPAR-K基液和氫氟醚HFE-7100作為增稠劑的鉆井液:實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ISOPAR-K與HFE-7100在_45°C時(shí)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(diǎn)，臭氧消耗潛能值為0，但使全球變暖潛能值極高(由低至數(shù)百可升至 15000)。5.雙醚生物脂肪酸ESTIS0L240和COASOL的鉆井液:室內(nèi)和野外實(shí)驗(yàn)表明，這類產(chǎn)品不具有安全與環(huán)保性。而且粘度非常高(_25°C時(shí)動(dòng)力粘度約為20mPa.s，-35°C時(shí)動(dòng)力粘度約為30mPa.s)。因此，為達(dá)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(huì)引發(fā)冰屑量大幅度增加、回次進(jìn)尺縮短、鉆進(jìn)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(huì)對極地的空氣、積雪層、冰層及冰下其他資源產(chǎn)生一定的污染。因此，發(fā)明一種安全、環(huán)保的極地用鉆井液一直是冰層深部取芯鉆探的一個(gè)技術(shù)課題。理想的極地深部冰層鉆探取芯用鉆井液應(yīng)具有如下特點(diǎn):(I)鉆井液密度應(yīng)該約等于或稍大于冰的密度(在確定鉆孔平均溫度為-30°C左右時(shí)，平均密度應(yīng)為920 940kg/m3) ；(2)鉆井液粘度不應(yīng)限制最佳的鉆具提升和下放速度(在確定鉆孔平均溫度為_30°C左右時(shí)，平均動(dòng)力粘度應(yīng)不高于15mPa.s) ; (3)鉆井液的凝固點(diǎn)不僅要比鉆孔內(nèi)的最低溫度低，而且要低于板房(儲(chǔ)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(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過程中其本身的固有性質(zhì)不受影響；(6)鉆井液不易燃、不易爆；(7)鉆井液應(yīng)對人體無毒、可生物降解、環(huán)保；(8 )鉆井液來源廣泛，易于購買，價(jià)格低廉。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)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安全、環(huán)保問題。

在極地進(jìn)行鉆探施工，一般選擇在夏季進(jìn)行。南極內(nèi)陸地區(qū)夏季的平均溫度為-20°C _35°C，鉆孔內(nèi)的平均溫度大約為_30°C。這要求鉆井液平均密度達(dá)到920 940kg/m3，平均動(dòng)力粘度不高于15mPa.s，基于此，本發(fā)明提供了一類雙組份極地用酯基超低溫鉆井液。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種雙組份極地用酯基超低溫鉆井液，由基液和基重液組成，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，所述基液與所述基重液的質(zhì)量配比為85.9 97.2: 14.1 2.8。優(yōu)選的椰子油庚基酯140與椰子油庚基酯165的質(zhì)量配比為97.2 87.25: 2.8 12.75;優(yōu)選的椰子油庚基酯140與椰子油庚基酯F2887的質(zhì)量配比為96.9 85.9: 3.1 14.1。椰子油庚基酯140 (ESTIS0L 140)是一種脂肪族的液體合成酯，帶有果味，不溶于水，清澈透明，閃點(diǎn)為75°C，熔點(diǎn)為-93°C。ESTIS0L 140通常用作工業(yè)清洗劑、涂層材料、黏合劑和其它化學(xué)品配方中的溶劑。在按照產(chǎn)品說明書使用和處理的時(shí)候，該產(chǎn)品沒有任何毒害作用和刺激性。2011年，新西蘭科考隊(duì)的科學(xué)家將椰子油庚基酯140 (ESTIS0L 140)作為單組份鉆井液在北格陵蘭Eemiana冰鉆(NEEM)考察站進(jìn)行了測試，所用孔深為103至131米。在2012年在法國日安(Giens)召開的首屆冰芯科學(xué)國際同盟者大會(huì)開放式會(huì)議(International Partnerships in Ice Core Sciences - First Open ScienceConference (IPICS2012))上，該成果被以海報(bào)形式展出。由此ESTIS0L 步入了業(yè)界的視角，對ESTIS0L 類物質(zhì)的研究成為極地鉆井液領(lǐng)域?qū)で笮滦豌@井液的一條希望之路。ESTIS0L 165是一種氣味溫和清澈透明的液體，在使用時(shí)采取佩戴手套和防護(hù)眼鏡等簡單的保護(hù)措施即可；ESTIS0L F2887是由多元醇制成的聚合酯，不但可用作涂層和黏合劑的共溶劑，而且可用于替代具有一定聚合物相容性及塑性的極性溶劑，并經(jīng)常與其它極性溶劑混合使用，不需要特殊的安全措施。本發(fā)明選擇椰子油庚基酯衍生物(ESTIS0L )中的3種產(chǎn)品按照其不同的性能選擇性地進(jìn)行優(yōu)化復(fù)配，方法簡單，為極地高寒缺氧條件下的工作提供了便利。原料的價(jià)格合理、生物降解性好、對環(huán)境友好、耐低溫、化學(xué)穩(wěn)定性好。本發(fā)明提供的鉆井液滿足極地深冰芯鉆探需求，拓展了椰子油庚基酯衍生物(ESTIS0L )的應(yīng)用范圍。
具體實(shí)施例方式以下通過具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但這些實(shí)施例對本發(fā)明沒有限制。實(shí)施例1
將486g ESTIS0L 140和14g ESTIS0L 165混合后制得雙組份極地用酯基超低溫鉆井液I。實(shí)施例2將436.2g ESTIS0L 140和63.8g ESTIS0L 165混合后制得雙組份極地用酯基超低溫鉆井液2。實(shí)施例3將484.5g ESTIS0L 140和15.5g ESTI SOL F2887混合后制得雙組份極地用酯基超低溫鉆井液3。實(shí)施例4將429.5g ESTI S0L 140和70.5g ESTI SOL F2887混合后制得雙組份極地用酯基超低溫鉆井液4。對實(shí)施例1 4制得的鉆井液I 4進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表I。表I實(shí)施例1 4鉆井液性能數(shù)據(jù)表
權(quán)利要求
1.一種雙組份極地用酯基超低溫鉆井液，由基液和基重液組成，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，所述基液與所述基重液的質(zhì)量配比為85.9 97.2: 14.1 2.8。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙組份極地用酯基超低溫鉆井液，其特征在于，所述椰子油庚基酯140與所述椰子油庚基酯165的質(zhì)量配比為97.2 87.25: 2.8 12.75。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙組份極地用酯基超低溫鉆井液，其特征在于，所述椰子油庚基酯140與所述椰子油庚基酯F2887的質(zhì)量配比為96.9 85.9: 3.1 14.1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一類雙組份極地用酯基超低溫鉆井液，屬于極地鉆探的技術(shù)領(lǐng)域。以環(huán)保型耐低溫的椰子油庚基酯衍生物(ESTISOLTM)為原料，配制鉆井液。其中基液的組成為椰子油庚基酯140，基重液為椰子油庚基酯165或椰子油庚基酯F2887。將基液與基重液復(fù)配后得到雙組份極地用酯基超低溫鉆井液。本發(fā)明考慮極地嚴(yán)寒惡劣的自然條件、嚴(yán)格的環(huán)保要求以及深部冰層鉆探取芯特點(diǎn)，使鉆井液具有無色透明、環(huán)保及耐低溫的優(yōu)點(diǎn)，而且在粘度、密度上均符合在極地進(jìn)行深部冰層鉆探取芯的要求。
文檔編號(hào)C09K8/34GK103146366SQ201310121368
公開日2013年6月12日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者達(dá)拉拉伊·帕維爾, 徐會(huì)文, 韓麗麗, 于達(dá)慧, 韓俊杰, 曹品魯, 郭明義, 范曉鵬, 毛建設(shè), 溫繼偉, 胡正毅, 楊成 申請人:吉林大學(xué)