成膜封堵保护油气层钻井液技术徐同台 卢淑芹甲酸铯特性及钻、完井液技术甲酸铯特性及钻、完井液技术甲酸铯特性及钻、完井液技术甲酸铯特性及钻、完井液技术 甲酸铯是壳牌公司发明，由卡博特甲酸铯是壳牌公司发明，由卡博特公司生产、推广及现场应用服务，到目公司生产、推广及现场应用服务，到目前为止，甲酸铯钻、完井液已在北海地前为止，甲酸铯钻、完井液已在北海地区，欧洲大陆，南美，墨西哥湾地区以区，欧洲大陆，南美，墨西哥湾地区以及亚太地区等地区及亚太地区等地区30个油田一百七十多个油田一百七十多口高温高压井的应用，取得很好效果口高温高压井的应用，取得很好效果甲酸铯用加拿大的铯榴矿生产甲酸铯用加拿大的铯榴矿生产 1993 卡博特购买了加拿大的一个富含铯的湖，卡博特购买了加拿大的一个富含铯的湖，1996 Cabot 开采和提纯，开采和提纯，1998 生产生产 700 bbl/月月 甲酸铯盐水甲酸铯盐水铯馏石铯馏石Cs0.7Na0.2Rb0.04Al0.9Si2.1O6(H20)开采开采 at Bernic Lake,Manitoba Processed on site to Cs formate brine 甲酸铯的生产量甲酸铯的生产量 700 bbl/月月 储量储量 30,000 bbl 铯盐的种类Cesium salt Formula Max Density Temp.limit?铯盐铯盐 结构式结构式 最大密度最大密度(SG)温度温度(oC)Cesium Formate 甲酸铯甲酸铯CsCHO22.3 235*Cesium Acetate 醋酸铯醋酸铯CsC2H3O22.2 300Cesium Carbonate 碳酸铯碳酸铯CsCO3 2.2 300 Cesium Citrate 柠檬酸铯柠檬酸铯CsC6H8O7 2.4 200Cesium Tungstate 钨酸铯钨酸铯Cs2WO42.9 300Cesium Molybdonate 锰酸铯锰酸铯Cs2MO42.7 300甲酸铯特性及钻、完井液技术甲酸铯特性及钻、完井液技术一、甲酸铯特性一、甲酸铯特性二、甲酸铯钻、完井液二、甲酸铯钻、完井液(一)甲酸铯钻、完井液配方甲酸铯钻、完井液配方(二)甲酸铯钻、完井液效果甲酸铯钻、完井液效果(三三)甲酸铯钻、完井液应用实例甲酸铯钻、完井液应用实例三、甲酸铯钻、完井液回收三、甲酸铯钻、完井液回收一、甲酸铯特性一、甲酸铯特性（一）物理化学性能（一）物理化学性能1.甲酸铯化学性质与分子结构甲酸铯化学性质与分子结构 甲酸铯溶液是一种外观如水状的液甲酸铯溶液是一种外观如水状的液体，最高密度可达体，最高密度可达2.3g/cm3，在溶液中，在溶液中的含量大约在的含量大约在82%左右。
饱和盐水浓度左右饱和盐水浓度时其密度可达到时其密度可达到2.367g/cm3铯原子量为量为132.9铯也是在所有稳定金属中铯也是在所有稳定金属中正电性最强正电性最强甲酸铯分子结构甲酸铯分子结构：1.甲酸铯化学性质与分子结构甲酸铯化学性质与分子结构 甲酸铯晶体结构的三种轴向平面图甲酸铯晶体结构的三种轴向平面图2.结晶温度结晶温度2.结晶温度结晶温度压力对结晶温度的影响压力对结晶温度的影响 甲酸铯和甲酸钾与甲酸铯混合液来说，甲酸铯和甲酸钾与甲酸铯混合液来说，每增加每增加1000psi的压力，真实结晶温度的压力，真实结晶温度会上升会上升1oF一）物理化学性能（一）物理化学性能3.碱度碱度甲酸铯盐水显碱性但在浓度低时需调碱度，有二种方甲酸铯盐水显碱性但在浓度低时需调碱度，有二种方法：法：n加入加入NaOH或或KOH方式加入氢氧化物该方法可以用方式加入氢氧化物该方法可以用来提高未缓冲盐水的来提高未缓冲盐水的pH值，或者提高预缓冲盐水的缓值，或者提高预缓冲盐水的缓冲能力然而，冲能力然而，OH-离子不是缓冲剂，如果加到未缓离子不是缓冲剂，如果加到未缓冲的甲酸盐盐水中，当遇到大量酸性气体时，冲的甲酸盐盐水中，当遇到大量酸性气体时，pH值会值会立即大幅度下降。
所以，在可能发生储层酸性气侵入立即大幅度下降所以，在可能发生储层酸性气侵入的情况下的情况下,不要提倡用氢氧化物来调节不要提倡用氢氧化物来调节pH值n使用碳酸盐或碳酸氢盐来缓冲甲酸盐盐水与含二价使用碳酸盐或碳酸氢盐来缓冲甲酸盐盐水与含二价钙离子或锌离子的溴酸盐盐水不同的是，甲酸盐盐水钙离子或锌离子的溴酸盐盐水不同的是，甲酸盐盐水与碳酸盐或碳酸氢盐缓冲剂完全相容缓冲剂的作用与碳酸盐或碳酸氢盐缓冲剂完全相容缓冲剂的作用是阻碍是阻碍pH值的变化并可以克服大量酸性气体侵入的问值的变化并可以克服大量酸性气体侵入的问题一）物理化学性能（一）物理化学性能4.甲酸铯盐水活度甲酸铯盐水活度甲酸铯盐水具有低活甲酸铯盐水具有低活度，随密度增加而下降度，随密度增加而下降.甲酸盐盐水的水活度甲酸盐盐水的水活度随压力增高而下降水随压力增高而下降水活度会随温度的升高而活度会随温度的升高而升高，升高，（一）物理化学性能（一）物理化学性能5.润滑性能润滑性能 甲酸铯盐水具有非常好的润滑性甲酸铯盐水的润滑性与油基甲酸铯盐水具有非常好的润滑性甲酸铯盐水的润滑性与油基钻井液的润滑性一样钻井液的润滑性一样 FluidMetal-to-MetalMetal-to-SandstoneWater-based,15 ppg0.2640.338Diesel-based,Various Weights0.180.223Mineral-based,Various Weights0.2230.231Synthetic-based,various weights0.1810.253Cs/K formate-based,2.05 s.g.0.1650.198（一）物理化学性能（一）物理化学性能6.抗腐蚀性能抗腐蚀性能密度密度 1.7g/cm3，甲酸甲酸K/Cs,160oC,10,000 ppm Cl 和和 0.2 bar O2 Super 13Cr,3 months Duplex 22Cr,3 monthsDuplex 25Cr,3 months在在 CaBr2 盐水中盐水中 在在320oF,0.2 bar O2Super 13Cr,1 month25Cr,2 months 22Cr,2 months 25Cr,2 months（一）物理化学性能（一）物理化学性能7.热稳定性热稳定性n甲酸盐与水反应生成碳酸盐和氢气（碳酸氢盐）甲酸盐与水反应生成碳酸盐和氢气（碳酸氢盐）是主要分解的方式，脱水为次要方式。
分解反是主要分解的方式，脱水为次要方式分解反应的速度和机理主要取决于应的速度和机理主要取决于pH值和甲酸的浓值和甲酸的浓度试验基本上都是在度试验基本上都是在pH值低于值低于6.5的情况下的情况下进行的现场使用的预缓冲甲酸盐盐水即使侵进行的现场使用的预缓冲甲酸盐盐水即使侵入大量的入大量的CO2，pH值也不会如此低值也不会如此低n甲酸盐盐水在长期（典型甲酸盐盐水在长期（典型3060天，有时超天，有时超过一年）暴露在井温高达过一年）暴露在井温高达225oC（437）环）环境中，其组份或特性基本没有发生变化境中，其组份或特性基本没有发生变化一）物理化学性能（一）物理化学性能7.热稳定性热稳定性n在高温高压条件下使用碳酸和碳酸氢盐添加剂在高温高压条件下使用碳酸和碳酸氢盐添加剂作为甲酸盐盐水稳定剂的重要性发现即使在作为甲酸盐盐水稳定剂的重要性发现即使在极端条件下，加了碳酸盐极端条件下，加了碳酸盐/碳酸氢盐的甲酸盐碳酸氢盐的甲酸盐钻井液还能保持良好的化学稳定性钻井液还能保持良好的化学稳定性n甲酸盐水在高温高压井中作为常规钻井液使用甲酸盐水在高温高压井中作为常规钻井液使用已经有已经有11年的历史井下温度高达到年的历史。
井下温度高达到236oC（457 oF)）而压力高达）而压力高达96MPa（14000psi）此时，甲酸盐大量分）此时，甲酸盐大量分解的迹象很小解的迹象很小一）物理化学性能（一）物理化学性能8.电阻率电阻率n甲酸盐溶液中含有大量盐，所以具有相当高的电导率和相当低的电阻率n甲酸铯盐水电阻率在中等浓度时最低在高浓度（以及低浓度）时，电阻率很高n温度对电阻率的影响相比稀释的影响要大比较温度对电阻率的影响，较低温度比较高温度的影响要大8.电阻率电阻率8.电阻率、电阻率、核特性8.电阻率、核特性电阻率、核特性n核特性核特性n铯是一种结构紧凑、原子序数高的元素，铯是一种结构紧凑、原子序数高的元素，具有较大的热中子吸附横截面积所以，具有较大的热中子吸附横截面积所以，铯含量高的溶液都具有相当高的光电因铯含量高的溶液都具有相当高的光电因子（子（Pe），低的氢指数（），低的氢指数（HI），高的热），高的热中子俘获截面积中子俘获截面积一）物理化学性能（一）物理化学性能9.放射性放射性n加拿大原子能公司加拿大原子能公司Whiteshell实验室对甲酸铯实验室对甲酸铯盐水试样进行了分析用伽马光谱仪对试样进盐水试样进行了分析。
用伽马光谱仪对试样进行了扫描，并进行了全部的行了扫描，并进行了全部的a、和和射线分析射线分析（液体闪烁计数法）试验结果证明，甲酸铯（液体闪烁计数法）试验结果证明，甲酸铯盐水的放射性水平确实低于背景噪声盐水的放射性水平确实低于背景噪声n伟斯顿溶液公司未检测到伟斯顿溶液公司未检测到137Cs的强度超过最的强度超过最低可监测放射性强度，四份试样的低可监测放射性强度，四份试样的137Cs强度强度远远低于最低可监测放射性强度远远低于最低可监测放射性强度一）物理化学性能（一）物理化学性能10.热传导系数热传导系数 与比容与比容n对于钻井液来说，较高的热传导速率和较高的对于钻井液来说，较高的热传导速率和较高的比热容量对降低井底循环温度是有利的比热容量对降低井底循环温度是有利的.n甲酸铯盐水具有较高的热传导能力和比热容甲酸铯盐水具有较高的热传导能力和比热容因此，在维持较低的井底循环温度方面要比油因此，在维持较低的井底循环温度方面要比油基钻井液好甲酸盐钻井液得现场经验表明，基钻井液好甲酸盐钻井液得现场经验表明，与油基钻井液相比，甲酸盐钻井液能维持较低与油基钻井液相比，甲酸盐钻井液能维持较低的井底循环温度，当井内处于静态时，能很快的井底循环温度，当井内处于静态时，能很快达到温度平衡。
达到温度平衡11.沸点与气化压沸点与气化压n甲酸铯盐水沸点随其密度增加而增高；甲酸铯盐水沸点随其密度增加而增高；n甲酸铯盐水气化压压、随温度增高而增甲酸铯盐水气化压压、随温度增高而增高，但大大低于相同温度下水的气化压；高，但大大低于相同温度下水的气化压；12.水的吸附和解吸附水的吸附和解吸附 n高浓度的甲酸盐盐水具有吸湿性，当其储存在开放的高浓度的甲酸盐盐水具有吸湿性，当其储存在开放的容器中而时间过长时，它会吸附大气中的水然而，容器中而时间过长时，它会吸附大气中的水然而，在较高的温度下会发生严重蒸发，水又从盐水解吸出在较高的温度下会发生严重蒸发，水又从盐水解吸出去n甲酸盐盐水同时发生着两个对抗过程水因蒸发而减甲酸盐盐水同时发生着两个对抗过程水因蒸发而减少又因吸附而增加在低密度情况下，盐水的蒸发速少又因吸附而增加在低密度情况下，盐水的蒸发速率超过吸附速率，盐水的密度增加在高密度情况下，率超过吸附速率，盐水的密度增加在高密度情况下，吸附速率超过蒸发速率，盐水的密度降低在吸附和吸附速率超过蒸发速率，盐水的密度降低在吸附和解吸附两种过程中，每种过程的速率取决与温度和湿解吸附两种过程中，每种过程的速率取决与温度和湿度。
过程对盐水密度的影响还取决于试样的表面积与度过程对盐水密度的影响还取决于试样的表面积与体积比12.水的吸附和解吸附水的吸附和解吸附n标准的标准的2.20s.g.（18.3ppg）甲酸铯盐）甲酸铯盐水试样在温度达到和高于水试样在温度达到和高于35（95）时开。