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。面對埋藏深且?guī)r性致密，破裂壓力異常高的儲層改造時，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越受重視，鉆井液等工作液加重也越來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 系列有機加重劑可加重至2.3 g/cm3以上，已經(jīng)在國內(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)手冊中的數(shù)據(jù)表得到，有些需要大量的實驗室摸索才能得到，很難滿足現(xiàn)場及時快速的需求。本文通過室內(nèi)研究，總結(jié)出一些簡單有效的規(guī)律并得出加重劑加量與密度、體積的簡單經(jīng)驗公式，對現(xiàn)場操作具有很大的裨益。

1 實驗儀器及藥品

（1）實驗儀器：燒杯、量筒、密度計。

（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。

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、體積變化之間簡單的關(guān)系式。本實驗以溴化鉀為例，事實上通過實驗所有固體加重材料均滿足這一規(guī)律，其加重規(guī)律可以依照本實驗進行測量、計算。

3 加重規(guī)律在實際中的應(yīng)用

加重公式通?？梢酝ㄟ^簡化進行計算，適合現(xiàn)場工程技術(shù)人員進行操作，現(xiàn)在以鹽酸為例，進行計算。根據(jù)查詢標準得來的實際密度，常規(guī)鹽酸濃度為20%時候的密度為1.097 8 g/cm3，可以得出鹽酸密度與濃度的計算公式：

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算密度與通過查詢標準得來的實際密度進行對比（見表2），可以發(fā)現(xiàn)兩者數(shù)值相差不大。

表2 不同濃度下鹽酸計算與實際密度對比表

通過簡單數(shù)據(jù)得到的計算公式簡單方便，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)測定的密度反推出該鹽酸的濃度，這給現(xiàn)場工程師帶來了極大的便利。

4 結(jié)論

（1）通過室內(nèi)實驗可得出加重劑加量與密度體積之間的關(guān)系簡易公式，便于現(xiàn)場應(yīng)用。

（2）根據(jù)加重規(guī)律得出的計算公式應(yīng)用簡單，方便工程師在現(xiàn)場應(yīng)用。