甲酸是一種棱形晶體。其可溶于熱水。在水中加熱至400℃時可生成草酸銫。該物質(zhì)具有良好的耐高溫、無固相、比重大、粘度低、堿性、生物可降解等特性，因而有大幅提高油氣井的鉆進效率、最大限度地釋放儲層價值、延長油氣井的使用壽命、對環(huán)境無污染等無可比擬的優(yōu)勢，具備廣闊的市場空間。
化合物制法
有少量水存在時，將二氧化碳式氣槍作用于CsH(在完全沒有水存在時，須先加熱至54℃反應方可進行)，或用精制的碳Chemicalbook酸銫與甲酸反應，用含有碳酸鈉的碳酸銫與甲酸反應得甲酸鹽，將多余的甲酸用再結(jié)晶法除去后，從加有乙醚的乙醇中結(jié)晶。
水中溶解度
測算標準g/100ml
不同溫度(℃)時每100毫升水中的溶解克數(shù):
335g/0℃
381g/10℃
450g/20℃
694g/30℃
物質(zhì)性能
甲酸銫鉆井液具有甲酸鉀和甲酸鈉鉆井完井液的一切優(yōu)點，由于甲酸銫主要用于高溫高壓鉆井中，主要從以下幾個方面討論其優(yōu)異的性能。
避免固相顆粒沉淀
在高密度常規(guī)鉆井完井液中，固相顆粒如加重劑等容易發(fā)生沉降，尤其在定向井中最為嚴重。根據(jù)斯特克斯定律，25μm粒徑的API重晶石將在20s內(nèi)下沉2.54cm。將重晶石研磨至平均尺寸為1μm的顆粒，下沉2.54cm僅需要5.6h。45°井斜角的215.9mm井眼中，固相顆粒只需降落2.54-5.08cm就足以引起因密度差異而導致鉆井液分層現(xiàn)象，只需沉降15.24cm左右就足夠形成巖屑床，因為重晶石的沉降速率，將極易發(fā)生卡鉆、井涌等井下復雜事故。而甲酸銫鉆井完井液為無固相或低固相鉆井液，因此可避免固相沉降，從而減少鉆井中的循環(huán)時間、鉆井液處理時間和預防發(fā)生嚴重井控事故。
水力性能優(yōu)良
傳統(tǒng)鉆井液用固體作增黏劑(如膨潤土)和加重劑(如重晶石)。高固相鉆井液在小井眼中循環(huán)時，引起高摩擦壓力損耗，導致低水力動力傳到井下鉆井液馬達，在狹窄的環(huán)形空間中，造成了高等效循環(huán)密度和高的抽汲波動壓力。而高密度甲酸銫鉆完井液在高溫下，與黃原膠增黏劑相配合，不需要使用膨潤土，黃原膠的剪切稀釋性和固相的減少使甲酸鹽鉆井液成為達到低摩擦壓力損耗的最佳選擇。等量循環(huán)密度(ECD)常用來衡量高密度鉆井液性能的好壞。
挪威HuldraA4使用OBM(油基鉆井液)鉆進儲層時發(fā)生重晶石沉降，因此側(cè)鉆井A4ST將OBM轉(zhuǎn)換成了甲酸銫鉆井液，順利完鉆。鉆井中發(fā)現(xiàn)當?shù)攘裤@井液密度為1.90g/cm3、泵排量為600L/min時甲酸銫鉆井液的ECD為1.95g/cm3，而OBM的ECD為1.99g/cm3；泵排量為1000L/min時甲酸銫鉆井液的ECD為1.96g/cm3，而OBM的ECD為2.00g/cm3，由于甲酸銫鉆井完井液具有更小的ECD，更好地滿足了鉆井要求。
優(yōu)異的流變性
利用加重劑加重的常規(guī)高密度完井液體系中固相含量高，靜止時凝膠強度高，開泵時要求高泵壓，易引起高波動壓力，而對于密度窗口狹窄的井段，可能導致鉆井液破膠時壓力超過破裂壓力而增加井涌和漏失的危險。停泵時，常規(guī)鉆井液體系維持井漿密度的能力弱，加重劑容易發(fā)生沉降導致鉆井液密度波動極大，增加了井下復雜事故發(fā)生的可能性。甲酸銫流體沒有加重劑和固相小顆粒，凝膠強度低，開泵容易，使得拆散結(jié)構(gòu)時，瞬時壓力峰值低，因此壓力波動小，易于維持井眼穩(wěn)定。
物質(zhì)用途
甲酸銫溶液(例如甲酸銫鹽水(brine))是高密度、低粘度的清澈鹽水，其作為在井和儲集層中的油氣田收取操作中的鉆探流體、完井液、干預流體和懸浮流體是相當有用的。甲酸銫在HPHT(高壓高溫)的鉆探位置中是相當有用的。自從1999年甲酸銫投入使用后，甲酸銫鉆井液已在21個油田的100口高溫高壓井中得到應用，通過了嚴格的油氣田現(xiàn)場測試：密度能達到2.30g/cm3，使用溫度達到215℃，井底使用時間能長達18個月，能應用于大斜度井和水平井中以及地層滲透率范圍從不到1×10-3μm2變化到2μm2的油、氣和凝析油藏中。
1）用于射孔作業(yè)中
1999年9月在英國海上油田首次在高溫高壓油氣井中使用甲酸銫，ShellUK公司在井底溫度為185℃的高壓井中用密度為1.8g/cm3射孔液進行了成功射孔業(yè)。1個月后，TotalUK公司又應用密度為1.9g/cm3甲酸銫鹽液作為鄧巴油田高溫高壓完井液，并在接下來的7口井中使用密度為2.19g/cm3的甲酸銫液作為完井液和修井液。1999-2005年，道達爾公司公司在Dunbar、Elgin、Franclin和Glenelg油田24次應用甲酸銫液作為高溫高壓完井液。
挪威Visund油田于1999年投產(chǎn)，地質(zhì)復雜，地層滲透率值為(300～3000)×10-3μm2，地層壓力44MPa，地層溫度115℃。使用油基鉆井液時，由于過平衡壓差高和鉆井周期長，導致鉆井液侵入地層深。剛開始的幾口井都是使用標準導向射孔系統(tǒng)和鍍鋅射孔彈，射孔液密度為1.65g/cm3的氯化鈣/CaBr2鹽液。當油氣井投入生產(chǎn)后，由于鹵鹽同地層水相容性很差，且射孔彈的副產(chǎn)物—鋅粉同CaCl2/CaBr2相互間作用，破壞了鉆井液體系，對儲層造成了嚴重損害，這些井的產(chǎn)量同預期相比大幅度降低。為此，在5口新開井中利用甲酸銫加重的低固相油基體系替代CaCl2/CaBr2鹽液在欠平衡條件下鉆進和射孔，與以前使用CaCl2/CaBr2的井的產(chǎn)油指數(shù)600～900m3/(d·MPa)相比，新開發(fā)井的產(chǎn)油指數(shù)為3000～9000m3/(d·MPa)，可以看出甲酸銫能較好地保護儲層。
英國Marathon油田公司2003年5月在16/3b-8z井用甲酸銫作為完井液。該高壓氣井在1985年鉆成，1995年加深和測試。于流量測試結(jié)果，預計產(chǎn)量為1.05×105m3/d。在二次射孔后，密度為1.85g/cm3的甲酸銫射孔液中僅2.23m3漏入地層，在短短2h的洗井后，產(chǎn)量達1.05×105m3/d。2004年1月，產(chǎn)量為2.07×105m3/d，高于預計產(chǎn)量，證明甲酸銫完井液對儲層無傷害，能很好地保護油氣層。
2）用于鉆井作業(yè)中
挪威Huldra氣藏是Equinor公司開發(fā)的北海地區(qū)挪威區(qū)塊，儲層井段壓力為67.5MPa，溫度150℃，且儲層段的地層孔隙壓力和破裂壓力差值較小。Huldra氣藏中含有3%～4%CO2，9～14mg/LH2S，儲層段井斜為45～55℃，使用300μm篩管完井。該油田第1口生產(chǎn)井使用油基鉆井液，當使用防砂篩管時發(fā)生嚴重井涌。主要原因是在下鉆通井中，因為重晶石沉降導致鉆井液密度降低從而引起井涌。
與油基鉆井液相比，甲酸鹽鉆井液突出的優(yōu)點為：無固相沉降的危險，低ECD，減少了篩管堵塞的危險，碳酸鈣易被酸化，氣體溶解率低，環(huán)境友好，熱穩(wěn)定性好，因此在隨后井開發(fā)中都選用了甲酸銫鹽鉆完井液。該井的滲透率恢復試驗表明，恢復率在36%～70%之間，使用有機酸消除殘留濾餅后能恢復巖心滲透率至原始狀態(tài)，較好地保護了儲層。
Equinor公司在Huldra氣藏6口鉆完井中都使用了甲酸銫液。Kvitegjor氣藏是北海地區(qū)挪威區(qū)塊上的另一個高溫高壓凝析氣藏，井底溫度為145℃。在2004至2005年，已使用2.02g/cm3甲酸銫液鉆進多口高壓高溫油氣井儲層，鉆進中ECD很低。其中A-04井是Kvitebjorn油田的第1口井，利用甲酸銫液取心后測井成功?？p寬為300μm防砂篩管在從甲酸銫鉆井液轉(zhuǎn)換成完井液過程中沒發(fā)生任何事故。鉆井過程中，甲酸銫鉆井液損失為28.5m3。為取心等有8次全程起下鉆，共漏失鉆井液7.56m3。在Kvitebjorn氣藏的第2口井A-05井中，漏失鉆井液30.07m3，少于估量值36m3，中間有7次全程起下鉆，漏失鉆井液3.02m3。充分說明了使用甲酸銫鉆井液時，井內(nèi)波動壓力低，密度窗口有一定擴展，有利于控制鉆井液的漏失。
3）在陸地油田的應用
在2005年11月，匈牙利MOL公司應用1.86g/cm3甲酸銫液作為射孔液和壓裂液在Vetyem-1氣井中使用，這也是甲酸銫液第一次在陸上高溫高壓井中的使用。
參考資料 >
甲酸銫 | 3495-36-1.chemicalbook.2021-11-19
甲酸銫的用途.chemicalbook.2021-11-19