一种深水无固相水基保温隔离液的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种深水无固相水基保温隔离液体系，属于油气勘探领域。
【背景技术】
[0002] 隔离液也称环空保护液，在陆地油气田开发中，是指填充与油管与油层套管、油层 套管和技术套管以及技术套管和表层套管之间环形空间的液体，其作用包括防止油套管和 井下工具免受〇)2和H2S等的腐蚀、平衡地层压力和套管压力等。而在海上油气田开发中， 隔水管与油管之间环空，以及内隔水管与外隔水管之间环空注入的流体也称为封隔液，其 主要作用是隔热保温。
[0003] 在海上油气田，尤其是海上深水油气田开发中，隔水管是区别于陆地油气田的不 可或缺的组成部分，其作用是提供一条从海上平台到海底的通道，使钻杆、油管等油气井管 柱在下入过程中，免受海水环境的影响。隔水管直接与海水接触，而海水温度随着水深的增 加逐渐降低，水深超过300米后，海底附近的环境温度往往不到5°C，而中国现在已经开始 开发水深超过1300米的海上油气资源，海底温度接近0°C，地下原油和天然气从地层高温 高压环境进入海水段管柱的低温环境，流体热量会沿着"油管-油管和套管间环空-各层套 管-套管和隔水管间环空-隔水管-海水"的路径迅速散失，导致流体温度急剧降低，进而 产生一个棘手的工程问题：天然气水合物。
[0004] 天然气水合物是由天然气和水组合在一起像冰一样的固体。微观上，这种物质事 实上是由一种分子侵入另一个分子结成的物理组合，然后形成了晶状结构。如果被侵入的 是水，则被称作晶状水合物，如果是天然气，则称为天然气水合物。一般通称为天然气水合 物，其中的气体分子被水分子结成的晶格网络包围在中间，其基本结构特征由主体水分子 通过氢键在空间相连，形成一系列不同大小的多面体孔穴，这些多面体孔穴或通过顶点相 连，或通过面相连，发展成笼状水合物晶格。天然气水合物一般在低温和高压条件下生成。 越小分子的烃，越难于形成水合物。深水油田作业的自然环境，尤其是从海底泥线到海上平 台这一段的管柱，十分符合形成天然气水合物的低温高压条件，一旦水和天然气同时存在， 就有形成天然气水合物的可能。
[0005] 天然气水合物对油气田开发的危害非常大，造成一系列的井下和地面问题，主要 表现在：1)由于水合物将泥浆中的水吸收造成泥浆脱水，导致卡钻和循环漏失等问题；2) 水合物中天然气处于高压缩状态，一旦溶解，大量天然气释放会造成巨大安全隐患；3)水合 物形成后堵塞井控系统，影响井控操作。
[0006] 围绕天然气水合物的防治，形成了一系列的方法和技术，主要分为物理方法和化 学方法，物理方法有除水法、加热法、保温法、降压控制法，化学方法通过添加剂来防止水合 物阻塞管道，化学添加剂的种类有热力学抑制剂、防聚剂、动力学抑制剂。
[0007] 保温法通过减小低温段管柱中地层流体与海水之间的热传递，保持管柱内流体温 度在水合物临界温度以上，破坏水合物的形成条件，防止水合物的形成。主要包括两种途 径，一种应用由保温材料制造的管柱；另一种就是通过在各层管柱中充填低导热系数的保 温隔1?液。
[0008] 相比于常规保温隔离液，无固相水基保温隔离液性能更加稳定、隔热效果更好、环 境污染最小，应用前景良好。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是提供一种无固相水基保温隔离液体系，该无固相水基保温隔离液 可以解决深水油气田开发中，海水段管柱所处低温环境使流经的地层流体热量迅速散失， 温度急剧下降而导致的水合物风险；该保温隔离液体系不含固相，避免了因聚合物降解而 发生的固相沉积，此外还具有泵送方便、腐蚀性低、和井下工具配伍性好、对海洋环境不造 成污染、热稳定性高、导热系数低的优点，通过采用不同种类、不同含量的盐还可配制出不 同密度的保温隔离液，从而满足不同压力系数的油气藏的需求，适用性广。
[0010] 本发明的技术方案是：一种无固相水基保温隔离液，由以下质量分数的组分制 备得到：高吸水树脂0. 5-3. 0%、增黏剂0. 5-2. 0%、多元醇10-90%、可溶性盐5-50%、助剂 0. 5-3. 0%、淡水为余量。
[0011] 本发明技术方案中，所述的高吸水树脂（SAP)又称为水膨体，是一类适当交联遇水 膨胀而不溶解的聚合物，中国油田主要用它作为调剖剂。SAP能够吸收几十、几百甚至上千 倍自身质量的水或盐水，性能特殊的SAP还能吸收多元醇，起到固化溶剂作用，常见的如淀 粉接枝丙烯酸盐类、接枝丙烯酰胺、高取代度交联羧甲基纤维素、交联羧甲基纤维素接枝丙 烯酰胺、交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺聚合物等。在本技术方案中，所述高吸水树脂可 以优选丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物或水凝胶，也可以是丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物与水凝 胶混合。
[0012] 本发明技术方案所述增黏剂优选多糖类聚合物。进一步优选的，所述增黏剂可以 是羧甲基羟丙基胍胶GG、黄原胶XC、速溶胶粉PAV、改性淀粉CMC、改性纤维XF中的一种或 几种。增黏剂在本发明配方中用来调节体系的流变性，获得极佳的剪切稀释性。在此基础上 添加高吸水树脂SAP，可用来固化体系中的水和醇，进一步减小自然对流带来的传热损失。
[0013] 在按本发明配方制备所述的保温隔离液时，可根据需要将多元醇单独加入配方制 备，也可以按一定比例将不同的多元醇混合后加入。根据隔热和密度需要，多元醇的加量可 以高至90%，可以显著降低体系的导热系数。
[0014] 本发明技术方案中，所述多元醇优选乙二醇、丙二醇、丙三醇、二甘醇、三甘醇、聚 乙二醇中的一种或几种的混合。
[0015] 本发明技术方案中所述可溶性盐为可溶性氯盐、溴盐、甲酸盐中的一种。所述可溶 性盐可以是可溶性无机盐，进一步优选NaCl、KC1、CaCl2、CaBr2、NaBr、KBr、中的一种或几种； 所述可溶性盐还可以是可溶性有机盐类，进一步优选甲酸盐，如NaCOOH、KCOOH。
[0016] 本发明所述助剂为缓蚀剂、杀菌剂、pH缓冲剂、除氧剂、交联剂中的一种或几种。
[0017] 本发明的深水无固相水基保温隔离液的制备采用如下步骤： (1) 将可溶性盐溶解于水中，制得盐水； (2) 将增黏剂、高吸水树脂加入多元醇中，搅拌3~10min，制得多元醇混合液； (3) 将多元醇混合加入盐水中，以转速3000~10000r/min搅拌20~40min，待聚合物充分 水化后，再加入其他助剂混合搅拌均匀，用NaOH调节pH值至8~10,即得。
[0018] -种密度I. 08g/cm3的深水无固相水基保温隔离液，其配方按质量配比，组成如下 0. 57%的高吸水树脂G-504、l. 14%的羧甲基羟丙基胍胶、20%的丙二醇、16. 79%的可溶性无 机盐NaBr、0. 25%的缓蚀剂、0. 13%的杀菌剂、0. 25%的pH缓冲剂、余量为淡水，其中，高吸 水树脂G-504的化学成分是丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物；制备时，先将可溶性无机盐NaBr 与淡水混合，制得盐水，然后将羧甲基羟丙基胍胶和高吸水树脂G-504加入丙二醇中，经过 5min搅拌后，得丙二醇混合液，把丙二醇混合液加入盐水中，以转速5000r/min高速搅拌 30min，待聚合物充分水化后，再加入缓蚀剂、杀菌剂、pH缓冲剂混合搅拌均匀，再用NaOH调 节pH值至9. 5,即得。
[0019] 本发明相对于现有技术的有益效果如下： (1) 本发明的保温隔离液体系充填于油气井井下环空中起隔热作用，井下环空包括油 管与隔水管间环空、双隔水管间环空、油管与油层套管间的环空即A环空、油层套管与技术 套管间的环空即B环空、技术套管与表层套管间的环空即C环空等，该体系是在包括射孔 液、封隔液、修井液等在内的无固相清洁盐水完井液的基础上经隔热能力提高而发展起来 的工作液体系； (2) 本发明的保温隔离液体系不含固相，避免了因聚合物降解而发生的固相沉积； (3) 本发明的保温隔离液体系在井下环空中静置时具有高黏特性，当其被泵送入井时 又具有低黏特性，能方便泵送； (4) 本发明的保温隔离液体系的构成不含固相，腐蚀性低，和井下工具配伍性好，并且 对海洋环境不造成污染； (5) 本发明的保温隔离液体系构成中的增粘剂有多种选择，可以使体系在环空中具有 高黏特性，从而降低自然对流传热损失； (6) 本发明的保温隔离液体系中的多元醇优选聚合多元醇，与水相比，它们具有密度高 和黏度大的特点，既可以辅助加重，又可以增加体系黏度； (7) 本发明的保温隔离液体系中的多元醇还可以有效降低体系的导热系数，例如，随着 保温隔离液体系中乙二醇或丙三醇含量的增加，水溶液的导热系数不断减小(如图2)，与不 加醇相比，醇的含量为80%时，体系的导热系数降低50%左右； (8) 本发明的保温隔离液体系中的多元醇还可以有效提高体系的热稳定性，与水相比， 多元醇的沸点很高，自身的抗温性较强，多元醇对聚合物增黏剂有高温保护作用，从而提高 体系的抗温性，包括"XG-NaBr"、"羧甲基羟丙基胍胶GG-CaBr2"及"CMC"在内的系列抗温 实验结果表明，添加有多元醇的样品比不添加多元醇的样品抗温能力高得多； (9) 所述可溶性盐可以是可溶性无机盐或者是有机盐，通过采用不同种类、不同含量的 盐可配制出不同密度的保温隔离液，从而满足不同压力系数的油气藏；另外，把可溶性盐加 入水中，能够明显降低水溶液的导热系数，即盐的加入能够削弱热传导；对于甲酸盐，还能 提高体系中聚合物的热稳定性。
【附图说明】
[0020] 图1几种多元醇在80°C下、0.1 Mpa条件下的密度与粘度。
[0021] 图2乙二醇和丙三醇水溶液在80°C条件下的导热系数。
[0022] 图3不同浓度盐水在20°C条件下的导热系数。
【具体实施方式】
[0023] 下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并 不限制本发明的范围。
[0024] 实施例1按照以下配方和步骤制备密度为I. 08g/cm3的深水无固相水基保温隔离 液体系： (1) 配方：0. 57%的高吸水树脂G-504、1. 14%的羧甲基羟丙基胍胶、20%的丙二醇、 16. 79%的可溶性无机盐NaBr、0. 25%的缓蚀剂、0. 13%的杀菌剂、0. 25%的pH缓冲剂、余 量为淡水，其中，高吸水树脂G-504的化学成分是丙烯酰胺-丙烯酸钠共