加重劑加重規(guī)律研究及其應(yīng)用

張秀青，李文杰，張 鎮(zhèn)，鐘新新，楊金玲，任麗蓉，尹海霞，泰淑媛

（1.渤海鉆探工程技術(shù)研究院，天津 300280；2.渤海鉆探新青玉事業(yè)部，天津 300280）

隨著油田開發(fā)的深入，深井、超深井開發(fā)比重越來(lái)越大，在開發(fā)過程中為降低施工壓力，通常采用高密度鉆井液、完井液、壓井液及酸化壓裂液等工作液。面對(duì)埋藏深且?guī)r性致密，破裂壓力異常高的儲(chǔ)層改造時(shí)，在工作液中加入加重材料，可以大幅降低施工壓力，使得施工獲得成功[1-5]。隨著清潔型液體體系越來(lái)越受重視，鉆井液等工作液加重也越來(lái)越傾向于用非固相的、水溶性的體系。甲酸銫可將液體最高密度提高到2.367 g/cm3，能夠滿足井溫207 ℃的施工[6，7]。渤海鉆探公司研制的BH-WEI 系列有機(jī)加重劑可加重至2.3 g/cm3以上，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外取得很好的應(yīng)用效果[8]。

加重劑加量與密度、體積的關(guān)系通常為復(fù)雜的公式，有些只能通過查找專業(yè)手冊(cè)中的數(shù)據(jù)表得到，有些需要大量的實(shí)驗(yàn)室摸索才能得到，很難滿足現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)快速的需求。本文通過室內(nèi)研究，總結(jié)出一些簡(jiǎn)單有效的規(guī)律并得出加重劑加量與密度、體積的簡(jiǎn)單經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作具有很大的裨益。

1 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

（1）實(shí)驗(yàn)儀器：燒杯、量筒、密度計(jì)。

（2）藥品：溴化鉀。

2 結(jié)果與分析

2.1 加重劑加量與加重液密度及體積的關(guān)系

取100 mL 自來(lái)水倒入燒杯中，將其置于30 ℃的恒溫水浴中，每次加入適量的溴化鉀直至飽和，測(cè)出體系的密度和體積（見表1）。由表1 可以看出：溶液的密度、體積隨加量的增加而增加，具有一定的線性關(guān)系。

表1 溴化鉀溶液密度隨濃度的變化規(guī)律

2.2 溴化鉀加量與密度的關(guān)系

根據(jù)表1 數(shù)據(jù)作圖1，從圖1 可以看出溴化鉀的加量和加重液密度之間呈線性關(guān)系。

根據(jù)上述圖1、表1，得出擬合公式：

圖1 溴化鉀加量與密度的關(guān)系

式中：Y-溴化鉀溶液密度，g/cm3；x-每毫升水中加入溴化鉀的量，g；0.600-密度系數(shù)，密度系數(shù)可體現(xiàn)溴化鉀的加重能力，該系數(shù)越大則單位質(zhì)量的溴化鉀增加的密度越大，其加重能力也越強(qiáng)。

2.3 溴化鉀加量與體積的關(guān)系

根據(jù)表1 數(shù)據(jù)作圖2，從中可以看出溴化鉀的加量和加重液體積之間呈線性關(guān)系。

根據(jù)圖2、表1，得出擬合公式：

圖2 溴化鉀加量與體積的關(guān)系

式中：Y-溴化鉀溶液體積，mL；x-每毫升水中加入溴化鉀的量，g；0.317-體積系數(shù)，體積系數(shù)可體現(xiàn)溴化鉀的體積增加能力，該數(shù)值越大則單位質(zhì)量的溴化鉀增加的體積越大，加重能力也越小。

通過以上數(shù)據(jù)分析，可以得出溴化鉀加量與密度、體積變化之間簡(jiǎn)單的關(guān)系式。本實(shí)驗(yàn)以溴化鉀為例，事實(shí)上通過實(shí)驗(yàn)所有固體加重材料均滿足這一規(guī)律，其加重規(guī)律可以依照本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算。

3 加重規(guī)律在實(shí)際中的應(yīng)用

加重公式通?？梢酝ㄟ^簡(jiǎn)化進(jìn)行計(jì)算，適合現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員進(jìn)行操作，現(xiàn)在以鹽酸為例，進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)查詢標(biāo)準(zhǔn)得來(lái)的實(shí)際密度，常規(guī)鹽酸濃度為20%時(shí)候的密度為1.097 8 g/cm3，可以得出鹽酸密度與濃度的計(jì)算公式：

式中：ρ-鹽酸溶液密度，g/cm3；m-鹽酸濃度數(shù)值，%；0.005-密度系數(shù)，為每提高1%的鹽酸濃度密度增加值。

通過應(yīng)用該公式將不同濃度下的計(jì)算密度與通過查詢標(biāo)準(zhǔn)得來(lái)的實(shí)際密度進(jìn)行對(duì)比（見表2），可以發(fā)現(xiàn)兩者數(shù)值相差不大。

表2 不同濃度下鹽酸計(jì)算與實(shí)際密度對(duì)比表

通過簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)得到的計(jì)算公式簡(jiǎn)單方便，可以根據(jù)鹽酸的濃度很快估算出該濃度下的密度，也可反推，根據(jù)測(cè)定的密度反推出該鹽酸的濃度，這給現(xiàn)場(chǎng)工程師帶來(lái)了極大的便利。

4 結(jié)論

（1）通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)可得出加重劑加量與密度體積之間的關(guān)系簡(jiǎn)易公式，便于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

（2）根據(jù)加重規(guī)律得出的計(jì)算公式應(yīng)用簡(jiǎn)單，方便工程師在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。