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1、2007年第12期西部探矿工程73甲酸盐及其在钻井液中的应用1234刘斌,徐金凤,蓝强,王关祥(1.四川石油管理局钻采工艺技术研究院新疆分院,新疆库尔勒841001;2.西南油气田分公司采气工程研究院,四川广汉,618300;3.山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室,山东济南250100;4.中油管道机械制造有限公司研发中心,河北廊坊065000)摘要:对甲酸盐的制备、反应动力学、甲酸盐水性质进行了详尽综述,并对甲酸盐在钻井液中应用进3行了概括,发现甲酸盐钻井液的密度可以控制在1.00～2.37g/cm之间,具有良好的页岩抑制能力,很
2、强的固相控制能力,是一种极具前途的钻井液体系。特别适用于在复杂井段的钻进,如在小井眼钻进、裸眼钻进及大位移井的钻进。但目前甲酸盐钻井液体系还存在成本过高,回收率低等问题,这将是未来对甲酸盐钻井液研究中的一个重点。关键词:甲酸盐钻井液;甲酸盐水性质;固相控制;页岩抑制性中图分类号:TE254文献标识码:B文章编号:1004—5716(2007)12—0073—05甲酸盐钻井液是在20世纪80年代中期20世纪钠、钾、铯的甲酸盐成分是弱酸盐或蚁酸盐。众所90年代初期由壳牌公司(Shell)研制开发并发展起来的周知,蚁酸盐在温度相对较低的条件下
3、就开始分解并生一种新型低固相钻井液完井液,由于其优良特性,为适成氢气H2,特别是在金属如钯催化的条件下更甚。人应多种钻井完井的需要,此项钻井完井液技术于20世们对甲酸盐的热力分解研究已经有60多年的历史了,纪90年代初期引入国内,并得到迅猛发展。尤其到了甲酸钠的固相热力分解由两个反应路径决定,如方程20世纪90年代后期,甲酸盐低固相钻井完井液在实际(4)、(5)所示:应用中取得了巨大成功,相继开发出不同类型、性能优2HCO2NaWNa2C2O4+H2(4)良的甲酸盐流体。该体系具有常规油基钻井液的耐温2HCO2NaWNa2CO3+H2+
4、CO(5)性、强乙酯型和高抗污染性能,同时具有对环境污染很研究发现,在甲酸钠中加入毛玻璃可以加快反应速小,不需要加重材料的特性,通过加入少量氧化铁、四氧率,同时还发现,加入一定量的固体碳酸钠或固体草酸[1-4]化三锰等碱金属盐就可以调节体系密度,最高密度钠也可以加快反应速率。我们认为,反应速率与链性3可达2.3g/cm。质、容器壁的非均质相关,反应产物的自动催化也有影[526]1甲酸盐的制备及反应动力学响。甲酸钠盐水可以通过氢氧化钠与一氧化碳反应来如方程(4)、(5)所描述的反应路径已经为最近的研制备,见方程式(1)。用钾或铯置换甲酸钠
5、中的钠离子,究工作所证实,同时,研究发现甲酸钾、甲酸铯盐水也同就可以得到其他甲酸盐。样适用,这些反应见方程(6)、(7)、(8)。NaOH+COWHCO2Na(1)Na2C2O4WNa2CO3+CO(6)甲酸钠也可以通过氢气、一氧化碳和碳酸钠之间的Na2CO3WNa2O+CO2(7)反应获得,如方程(2)所示。类似的,甲酸钾和甲酸铯都2COWCO2+C(8)[6]可以通过它们的各自碳酸盐反应得到。在氢气存在的条件下,Weisel等人假设了其他H2+CO+Na2CO3W2HCO2Na(2)的分解路径,包括甲烷和甲醇的形成,如方程(9)、(
6、10)采用另外的取代方法,在相对较低的温度下,甲酸所示:盐也可以通过蚁酸的中和反应来制备,如方程(3)所示。2HCO2K+2H2WK2CO3+H2O+CH4(9)使用氢氧化钾和氢氧化铯,也可以分别制备它们的甲酸2HCO2K+H2WK2CO3+CH3OH(10)盐。人们还对不同过渡金属甲酸盐在空气和真空条件2+NaOH+HCO2HWHCO2Na+H2O(3)下的热力分解进行了研究。研究发现,铜Ⅱ(Cu)、钴74西部探矿工程2007年第12期2+2+2+2+(Co)、镍Ⅱ(Ni)、锰Ⅱ(Mn)以及铁Ⅱ(Fe)的度增加而迅速下降,因此甲酸盐可
7、以大幅度降低钻井液甲酸盐在比甲酸钠和甲酸钾的分解温度低得多的条件的活度,从而有效防止井壁的坍塌。下进行了分解。2.2甲酸盐盐水的热分解2甲酸盐水溶液的性质文献[7]报道,甲酸钠和甲酸钾具有分解的趋势。[6-8]2.1甲酸盐盐水的基本性质两种盐水在325),氮气加压条件下,9个月后出现了碱金属甲酸盐在水中极易溶解,其清洁盐水的密度明显的分解现象。除了热分解,甲酸盐和H2的反应的3范围:1.00～2.37g/cm。常用于钻井和完井液的三种分解生成甲烷的情况也时有发生。甲酸盐是:NaCOOH、KCOOH和CSCOOH·H2O。结文献[8]表明
8、,在温度低于275)的情况下甲酸钠合资料及室内试验数据,得出这三种盐水的基本性能见和甲酸钾也存在着热分解,这可以由文献所得到的数据表1。证实CO的产生。分解严格来说都是甲酸盐的热分解,或者正如文献[7]表1
