加重剂加重规律研究及其应用

张秀青，李文杰，张 镇，钟新新，杨金玲，任丽蓉，尹海霞，泰淑媛

（1.渤海钻探工程技术研究院，天津 300280；2.渤海钻探新青玉事业部，天津 300280）

随着油田开发的深入，深井、超深井开发比重越来越大，在开发过程中为降低施工压力，通常采用高密度钻井液、完井液、压井液及酸化压裂液等工作液。面对埋藏深且岩性致密，破裂压力异常高的储层改造时，在工作液中加入加重材料，可以大幅降低施工压力，使得施工获得成功[1-5]。随着清洁型液体体系越来越受重视，钻井液等工作液加重也越来越倾向于用非固相的、水溶性的体系。甲酸铯可将液体最高密度提高到2.367 g/cm3，能够满足井温207 ℃的施工[6，7]。渤海钻探公司研制的BH-WEI 系列有机加重剂可加重至2.3 g/cm3以上，已经在国内外取得很好的应用效果[8]。

加重剂加量与密度、体积的关系通常为复杂的公式，有些只能通过查找专业手册中的数据表得到，有些需要大量的实验室摸索才能得到，很难满足现场及时快速的需求。本文通过室内研究，总结出一些简单有效的规律并得出加重剂加量与密度、体积的简单经验公式，对现场操作具有很大的裨益。

1 实验仪器及药品

（1）实验仪器：烧杯、量筒、密度计。

（2）药品：溴化钾。

2 结果与分析

2.1 加重剂加量与加重液密度及体积的关系

取100 mL 自来水倒入烧杯中，将其置于30 ℃的恒温水浴中，每次加入适量的溴化钾直至饱和，测出体系的密度和体积（见表1）。由表1 可以看出：溶液的密度、体积随加量的增加而增加，具有一定的线性关系。

表1 溴化钾溶液密度随浓度的变化规律

2.2 溴化钾加量与密度的关系

根据表1 数据作图1，从图1 可以看出溴化钾的加量和加重液密度之间呈线性关系。

根据上述图1、表1，得出拟合公式：

图1 溴化钾加量与密度的关系

式中：Y-溴化钾溶液密度，g/cm3；x-每毫升水中加入溴化钾的量，g；0.600-密度系数，密度系数可体现溴化钾的加重能力，该系数越大则单位质量的溴化钾增加的密度越大，其加重能力也越强。

2.3 溴化钾加量与体积的关系

根据表1 数据作图2，从中可以看出溴化钾的加量和加重液体积之间呈线性关系。

根据图2、表1，得出拟合公式：

图2 溴化钾加量与体积的关系

式中：Y-溴化钾溶液体积，mL；x-每毫升水中加入溴化钾的量，g；0.317-体积系数，体积系数可体现溴化钾的体积增加能力，该数值越大则单位质量的溴化钾增加的体积越大，加重能力也越小。

通过以上数据分析，可以得出溴化钾加量与密度、体积变化之间简单的关系式。本实验以溴化钾为例，事实上通过实验所有固体加重材料均满足这一规律，其加重规律可以依照本实验进行测量、计算。

3 加重规律在实际中的应用

加重公式通常可以通过简化进行计算，适合现场工程技术人员进行操作，现在以盐酸为例，进行计算。根据查询标准得来的实际密度，常规盐酸浓度为20%时候的密度为1.097 8 g/cm3，可以得出盐酸密度与浓度的计算公式：

式中：ρ-盐酸溶液密度，g/cm3；m-盐酸浓度数值，%；0.005-密度系数，为每提高1%的盐酸浓度密度增加值。

通过应用该公式将不同浓度下的计算密度与通过查询标准得来的实际密度进行对比（见表2），可以发现两者数值相差不大。

表2 不同浓度下盐酸计算与实际密度对比表

通过简单数据得到的计算公式简单方便，可以根据盐酸的浓度很快估算出该浓度下的密度，也可反推，根据测定的密度反推出该盐酸的浓度，这给现场工程师带来了极大的便利。

4 结论

（1）通过室内实验可得出加重剂加量与密度体积之间的关系简易公式，便于现场应用。

（2）根据加重规律得出的计算公式应用简单，方便工程师在现场应用。