【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， 礦山開采等。國外九十年代末開始把甲酸鉀應(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，具有強抑制、配伍性好、環(huán)境保護、油層保護等突出優(yōu)點。甲酸鉀抑制粘土水化分散膨脹能力強，返出的鉆屑呈小圓粒狀，內(nèi)部呈干性，鉆井液不糊振動篩，不跑漿，具有抑制性強、失水造壁性好、潤滑性好、機械鉆速快、成本低、經(jīng)濟效益顯著等特點。使用甲酸鉀泥漿，有利于提高聚合物穩(wěn)定性，穩(wěn)定頁巖，降低對巖層的破壞，保證鉆井、完井、油井維修處于的工作狀態(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，延長鉆頭使用壽命，是石油開采技術(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，出現(xiàn)井壁鹽溶，導(dǎo)致井壁坍塌或固井質(zhì)量差，因此使用時硬注意考察甲酸鉀的濃度、溫度對氯化鈉、硫酸鈣溶解度的影響。隨著石油開采能力的不斷擴大，對甲酸鉀的需求也越來越大，每口鉆井甲酸鉀用量約 60 t，全球的需求量很大。
我國甲酸鉀的開發(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)國家， 國內(nèi)產(chǎn)能達(dá)到了 10 萬 t 以上， 主要生產(chǎn)公司有綿陽啟明星磷化工有限公司、 山東順通集團、 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 ℃時溶解度為 310 g /100g 水，熔點 253 ℃（無水物），有毒，半數(shù)致死量（小鼠， 靜脈）95 mg /kg，強熱時分解出氫氣。
【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，沒有副產(chǎn)物，反應(yīng)方程式如下：CO + KOH →HCOOK目前國內(nèi)主要采用的是CO法生產(chǎn)甲酸鉀，其工藝過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， 礦山開采等。
1.甲酸鹽對鉆井液的影響
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，該鉆井液通常通過加入大量的聚合物和磺化材料來維持高溫狀態(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，也會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對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，抑制地層中泥頁巖水化分散，同時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，現(xiàn)場鉆井液性能穩(wěn)定，流變性容易控制，滿足了鉆井液作業(yè)的需要。
2.甲酸鉀對完井液的影響
甲酸鉀是鉆井完井液的新型添加劑，具有抑制性強、高溫穩(wěn)定性和配伍性好、腐蝕 性低、環(huán)境保護和油層保護性能好等優(yōu)點。有實驗研究了甲酸鉀濃度、溶解溫度和溶 解時間對氯化鈉、硫酸鈣溶解度的影響情況，結(jié)果表明：溫度對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，到一個峰值后開始降低，最后趨于某一恒定值；當(dāng)甲酸鉀溶液濃度低于20 %時，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，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，甲酸鉀的濃度增加對硫酸鈣溶解量的影響程度變??；在溫度相同時，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 PDF-THERM 鉆井液的影響[J]. 鉆井液與完井液, 2014, 31(5): 32-34.