南极冰层取心钻探酯基钻井液的理论与试验

摘要

安全环保、性能优良的耐低温钻井液是保证南极冰层取心钻进的关键技术之一.在深入分析国内外钻井液资料的基础上,根据南极冰层取心钻探的特点及对钻井液的性能要求,从理论上分析了酯类介质的分子结构、分子量、分子间作用力对钻井液粘度和密度的影响规律.对常见的酯类进行了优选,所选择的酯类介质具有安全、环保、可生物降解、相溶性好、低温低粘、粘温系数小等特点.设计了低温条件下钻井液粘度的测试方法.测试了此类介质在不同温度下的粘度与密度,分析了低温条件下粘度与密度的变化规律与变化机理.确定了南极冰层取心钻井液基础介质的选用原则.试验证明,所选定的5种LOFAME酯类单质及其复合物所组成的钻井液,在-60℃条件下,动力粘度仅8.7～15.2 mPa·s,密度为937～942.5 kg/m3,且可根据实际钻进工作需要,随时进行调整.研究确定的钻井液类型与配方,耐温能力及性能指标均满足南极冰层取心钻探的要求.