甲酸钾的应用

【背景及概况】
甲酸钾主要用于石油钻井、油田钻井液，完井液，碳黑表面改性剂，溶雪剂， 矿山开采等。国外九十年代末开始把甲酸钾应用于钻井完井液，特别是应用在高密度钻井完井液体系中，取得了很好效果。用甲酸钾配制钻井液体系，具有强抑制、配伍性好、环境保护、油层保护等突出优点。甲酸钾抑制粘土水化分散膨胀能力强，返出的钻屑呈小圆粒状，内部呈干性，钻井液不糊振动筛，不跑浆，具有抑制性强、失水造壁性好、润滑性好、机械钻速快、成本低、经济效益显著等特点。使用甲酸钾泥浆，有利于提高聚合物稳定性，稳定页岩，降低对岩层的破坏，保证钻井、完井、油井维修处于最佳的工作状态。甲酸钾主要用于配制含水油井加注液，它能够实现高密度，并保持低粘度，提高钻井速度，延长钻头使用寿命，是石油开采技术领域的一种优质材料。甲酸钾盐基钻井液完井液虽然许多盐类在甲酸钾盐液中的溶解度很低，但甲酸钾盐液能较好地溶解碱土金属硫酸盐以及氯化钠，使甲酸钾盐基钻井液完井 液在钻遇盐岩层或石膏地层中时，出现井壁盐溶，导致井壁坍塌或固井质量差，因此使用时硬注意考察甲酸钾的浓度、温度对氯化钠、硫酸钙溶解度的影响。随着石油开采能力的不断扩大，对甲酸钾的需求也越来越大，每口钻井甲酸钾用量约 60 t，全球的需求量很大。

我国甲酸钾的开发研究比较晚， 但发展迅速， 已经成为了全球主要生产国家， 国内产能达到了 10 万 t 以上， 主要生产公司有绵阳启明星磷化工有限公司、 山东顺通集团、 杭州福世化工有限公司、 寿光市恒通化工有限公司、 重庆川东化工集团有限公司化学试剂厂等。

【结构】[2]
甲酸钾，分子式为 CHKO2，结构简式： HCOOK，分子量：84.11。

【理化性质】[2]
甲酸钾密度 1.91， 稍有甲酸气味。易溶于水和甘油，微溶于乙醇。25 ℃时溶解度为 310 g /100g 水，熔点 253 ℃（无水物），有毒，半数致死量（小鼠， 静脉）95 mg /kg，强热时分解出氢气。

【生产工艺】[2]
甲酸钾工艺生产因原料路线不同，主要有两种，一为以甲酸、氢氧化钾为原料的甲酸法；一为以CO、氢氧化钾为原料的CO法。
1. 甲酸法：以甲酸与氢氧化钾为原料反应生成甲酸钾和水，反应方程式如下：KOH + HCOOH →HCOOK + H2O;

2. CO法：以CO和氢氧化钾为原料,反应生成甲酸钾，没有副产物，反应方程式如下：CO + KOH →HCOOK目前国内主要采用的是CO法生产甲酸钾，其工艺过程包括合成气变压吸附、合成反应、蒸发浓缩、结晶、离心分离、干燥包装等工艺步骤。

【应用】[3][4]
甲酸钾主要用于石油钻井、 油田钻井液， 完井液， 碳黑表面改性剂， 溶雪剂， 矿山开采等。

1.甲酸盐对钻井液的影响
PDF-THERM 钻井液是一种海水基抗高温高密度聚磺钻井液体系，主要由抗温聚合物和磺化材料组成，和其他聚磺钻井液体系一样，该钻井液通常通过加入大量的聚合物和磺化材料来维持高温状态下钻井液的性能。另外，由于使用海水配制钻井液，所以对使用的抗温聚合物有更高的要求。PDF-THERM 钻井液体系在高密度时，也会由于加入大量加重材料使得钻井液的固相含量增加，引入甲酸盐也可以加强对黏土分散的抑制作用，甲酸钾能够提高 PDF-THERM 体系主要抗温聚合物的抗温性能，这对于减少抗温聚合物加量、控制高密度钻井液的固相含量都有积极作用。加入甲酸钾后，能够提高钻井液的抑制性，抑制地层中泥页岩水化分散，同时由于甲酸盐能够提高钻井液基液的密度，同等密度条件下也能够减少重晶石的加量，这就使得高密度钻井液的固相含量减少，同时缓解了劣质土污染造成的黏度增加；重晶石能够溶解在甲酸钾溶液中，但是这和甲酸钾溶液的浓度相关，所以现场应该控制甲酸钾的加量，综合考虑，建议加量在 30% 左右为宜；PDF-THERM 体系加入甲酸盐的方案是可行的，并且在南海高温高压井得到证实，现场钻井液性能稳定，流变性容易控制，满足了钻井液作业的需要。

2.甲酸钾对完井液的影响
甲酸钾是钻井完井液的新型添加剂，具有抑制性强、高温稳定性和配伍性好、腐蚀 性低、环境保护和油层保护性能好等优点。有实验研究了甲酸钾浓度、溶解温度和溶 解时间对氯化钠、硫酸钙溶解度的影响情况，结果表明：温度对硫酸钙在甲酸钾溶液中的溶解度影响较大，在同一浓度的甲酸钾溶液中硫酸钙溶解量随温度的升高而增加；温度对氯化钠溶解量的影响也很大，在同一浓度的甲酸钾溶液中氯化钠溶解量随温度的升高（从25到65℃），先增加，到一个峰值后开始降低，最后趋于某一恒定值；当甲酸钾溶液浓度低于20 %时，硫酸钙溶解量随甲酸钾浓度增大而增加，当甲酸钾溶液浓度高 于2%时，硫酸钙溶解量随甲酸钾浓度增大而减小，当甲酸钾浓度达到50% 时，甲酸钾的浓度增加对硫酸钙溶解量的影响程度变小；在温度相同时，随甲酸钾浓度增加，氯化钠溶解量减小，具体如图1、图2、图3、图4：




【参考文献】
[1]陈乐亮, 汪桂娟. 甲酸盐基钻井液完井液体系综述[J]. 钻井液与完井液, 2003, 20(1): 31-36.
[2]何茜. 甲酸钾市场及生产工艺浅析[J]. 广州化工, 2011, 39(6): 191-193.
[3]聂勋勇, 程地奎, 王平全, 等. 甲酸钾含量对氯化钠和硫酸钙溶解量的影响[J]. 钻井液与完井液, 2006, 23(1): 27-29.
[4]刘自明, 苗海龙, 王冲敏, 等. 甲酸钾对 PDF-THERM 钻井液的影响[J]. 钻井液与完井液, 2014, 31(5): 32-34.