590-29-4 / 甲酸鉀主要應(yīng)用于哪些方面？

【背景及概況】^[1][2][3]

甲酸鉀主要用于石油鉆井、油田鉆井液，完井液，碳黑表面改性劑，溶雪劑， 礦山開(kāi)采等。國(guó)外九十年代末開(kāi)始把甲酸鉀應(yīng)用于鉆井完井液，特別是應(yīng)用在高密度鉆井完井液體系中，取得了很好效果。用甲酸鉀配制鉆井液體系，具有強(qiáng)抑制、配伍性好、環(huán)境保護(hù)、油層保護(hù)等突出優(yōu)點(diǎn)。甲酸鉀抑制粘土水化分散膨脹能力強(qiáng)，返出的鉆屑呈小圓粒狀，內(nèi)部呈干性，鉆井液不糊振動(dòng)篩，不跑漿，具有抑制性強(qiáng)、失水造壁性好、潤(rùn)滑性好、機(jī)械鉆速快、成本低、經(jīng)濟(jì)效益顯著等特點(diǎn)。使用甲酸鉀泥漿，有利于提高聚合物穩(wěn)定性，穩(wěn)定頁(yè)巖，降低對(duì)巖層的破壞，保證鉆井、完井、油井維修處于最佳的工作狀態(tài)。甲酸鉀主要用于配制含水油井加注液，它能夠?qū)崿F(xiàn)高密度，并保持低粘度，提高鉆井速度，延長(zhǎng)鉆頭使用壽命，是石油開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)域的一種優(yōu)質(zhì)材料。甲酸鉀鹽基鉆井液完井液雖然許多鹽類(lèi)在甲酸鉀鹽液中的溶解度很低，但甲酸鉀鹽液能較好地溶解堿土金屬硫酸鹽以及氯化鈉，使甲酸鉀鹽基鉆井液完井 液在鉆遇鹽巖層或石膏地層中時(shí)，出現(xiàn)井壁鹽溶，導(dǎo)致井壁坍塌或固井質(zhì)量差，因此使用時(shí)硬注意考察甲酸鉀的濃度、溫度對(duì)氯化鈉、硫酸鈣溶解度的影響。隨著石油開(kāi)采能力的不斷擴(kuò)大，對(duì)甲酸鉀的需求也越來(lái)越大，每口鉆井甲酸鉀用量約 60 t，全球的需求量很大。

我國(guó)甲酸鉀的開(kāi)發(fā)研究比較晚， 但發(fā)展迅速， 已經(jīng)成為了全球主要生產(chǎn)國(guó)家， 國(guó)內(nèi)產(chǎn)能達(dá)到了 10 萬(wàn) t 以上， 主要生產(chǎn)公司有綿陽(yáng)啟明星磷化工有限公司、 山東順通集團(tuán)、 杭州福世化工有限公司、 壽光市恒通化工有限公司、 重慶川東化工集團(tuán)有限公司化學(xué)試劑廠等。

【結(jié)構(gòu)】^[2]

甲酸鉀，分子式為 CHKO₂，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式： HCOOK，分子量：84.11。

【理化性質(zhì)】^[2]

甲酸鉀密度 1.91， 稍有甲酸氣味。易溶于水和甘油，微溶于乙醇。25 ℃時(shí)溶解度為 310 g /100g 水，熔點(diǎn) 253 ℃（無(wú)水物），有毒，半數(shù)致死量（小鼠， 靜脈）95 mg /kg，強(qiáng)熱時(shí)分解出氫氣。

【生產(chǎn)工藝】^[2]

甲酸鉀工藝生產(chǎn)因原料路線不同，主要有兩種，一為以甲酸、氫氧化鉀為原料的甲酸法；一為以CO、氫氧化鉀為原料的CO法。

1. 甲酸法：以甲酸與氫氧化鉀為原料反應(yīng)生成甲酸鉀和水，反應(yīng)方程式如下：KOH + HCOOH →HCOOK + H₂O;

2. CO法：以CO和氫氧化鉀為原料,反應(yīng)生成甲酸鉀，沒(méi)有副產(chǎn)物，反應(yīng)方程式如下：CO + KOH →HCOOK目前國(guó)內(nèi)主要采用的是CO法生產(chǎn)甲酸鉀，其工藝過(guò)程包括合成氣變壓吸附、合成反應(yīng)、蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、離心分離、干燥包裝等工藝步驟。

【應(yīng)用】^[3][4]

甲酸鉀主要用于石油鉆井、 油田鉆井液， 完井液， 碳黑表面改性劑， 溶雪劑， 礦山開(kāi)采等。

1.甲酸鹽對(duì)鉆井液的影響

PDF-THERM 鉆井液是一種海水基抗高溫高密度聚磺鉆井液體系，主要由抗溫聚合物和磺化材料組成，和其他聚磺鉆井液體系一樣，該鉆井液通常通過(guò)加入大量的聚合物和磺化材料來(lái)維持高溫狀態(tài)下鉆井液的性能。另外，由于使用海水配制鉆井液，所以對(duì)使用的抗溫聚合物有更高的要求。PDF-THERM 鉆井液體系在高密度時(shí)，也會(huì)由于加入大量加重材料使得鉆井液的固相含量增加，引入甲酸鹽也可以加強(qiáng)對(duì)黏土分散的抑制作用，甲酸鉀能夠提高 PDF-THERM 體系主要抗溫聚合物的抗溫性能，這對(duì)于減少抗溫聚合物加量、控制高密度鉆井液的固相含量都有積極作用。加入甲酸鉀后，能夠提高鉆井液的抑制性，抑制地層中泥頁(yè)巖水化分散，同時(shí)由于甲酸鹽能夠提高鉆井液基液的密度，同等密度條件下也能夠減少重晶石的加量，這就使得高密度鉆井液的固相含量減少，同時(shí)緩解了劣質(zhì)土污染造成的黏度增加；重晶石能夠溶解在甲酸鉀溶液中，但是這和甲酸鉀溶液的濃度相關(guān)，所以現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)該控制甲酸鉀的加量，綜合考慮，建議加量在 30% 左右為宜；PDF-THERM 體系加入甲酸鹽的方案是可行的，并且在南海高溫高壓井得到證實(shí)，現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能穩(wěn)定，流變性容易控制，滿(mǎn)足了鉆井液作業(yè)的需要。

2.甲酸鉀對(duì)完井液的影響

甲酸鉀是鉆井完井液的新型添加劑，具有抑制性強(qiáng)、高溫穩(wěn)定性和配伍性好、腐蝕 性低、環(huán)境保護(hù)和油層保護(hù)性能好等優(yōu)點(diǎn)。有實(shí)驗(yàn)研究了甲酸鉀濃度、溶解溫度和溶 解時(shí)間對(duì)氯化鈉、硫酸鈣溶解度的影響情況，結(jié)果表明：溫度對(duì)硫酸鈣在甲酸鉀溶液中的溶解度影響較大，在同一濃度的甲酸鉀溶液中硫酸鈣溶解量隨溫度的升高而增加；溫度對(duì)氯化鈉溶解量的影響也很大，在同一濃度的甲酸鉀溶液中氯化鈉溶解量隨溫度的升高（從25到65℃），先增加，到一個(gè)峰值后開(kāi)始降低，最后趨于某一恒定值；當(dāng)甲酸鉀溶液濃度低于20 %時(shí)，硫酸鈣溶解量隨甲酸鉀濃度增大而增加，當(dāng)甲酸鉀溶液濃度高 于2%時(shí)，硫酸鈣溶解量隨甲酸鉀濃度增大而減小，當(dāng)甲酸鉀濃度達(dá)到50% 時(shí)，甲酸鉀的濃度增加對(duì)硫酸鈣溶解量的影響程度變??；在溫度相同時(shí)，隨甲酸鉀濃度增加，氯化鈉溶解量減小，具體如圖1、圖2、圖3、圖4：

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳樂(lè)亮, 汪桂娟. 甲酸鹽基鉆井液完井液體系綜述[J]. 鉆井液與完井液, 2003, 20(1): 31-36.

[2]何茜. 甲酸鉀市場(chǎng)及生產(chǎn)工藝淺析[J]. 廣州化工, 2011, 39(6): 191-193.

[3]聶勛勇, 程地奎, 王平全, 等. 甲酸鉀含量對(duì)氯化鈉和硫酸鈣溶解量的影響[J]. 鉆井液與完井液, 2006, 23(1): 27-29.

[4]劉自明, 苗海龍, 王沖敏, 等. 甲酸鉀對(duì) PDF-THERM 鉆井液的影響[J]. 鉆井液與完井液, 2014, 31(5): 32-34.