1.本发明属于油田化学技术领域，具体涉及一种适用深海油气开采的防腐低热导环空保护液及其制备方法。
背景技术：
2.在深水油气井开采过程中，一旦井筒内高温流体和外界低温环境间的热交换速率快，导致井筒内流体温度降低快，易满足水合物生成所需的低温高压条件。深水井筒中一旦发生水合物生成和沉积，导致深水气井开发面临严重的水合物流动障碍，严重时堵塞井口，严重影响深水气井开发进程，造成巨大的经济损失，甚至可能发生安全事故。另外，过多的井筒热量一旦传递至穿越型水合物层，就会造成水合物层的分解，致使井口冒气或窜流，严重时可能导致整井毁坏。
3.在国外，环空保护液一般被称为封隔液，属于完井液的一种。传统意义上的封隔液是指充填于油管和油层套管之间的流体，具有长期稳定性、防腐性以及保护储层的特点，随着海上油气田工业的发展，将海上油气井中隔水管与油管之间的环空，以及内隔水管与外隔水管之间的环空注入的流体也称为封隔液，它主要起隔热作用。根据流体连续相的性质，可把封隔液分为气体型、油基型以及水基型3大类。目前，气体型封隔液和油基型封隔液的应用较少，国内外主要应用水基封隔液。
4.因此，以保持井筒温度不生成水合物和水合物层不发生分解以及套管柱不被腐蚀为目的，充分考虑深水油气井特有的环境，防止井筒中热流体的热量向地层扩散，结合目前国内外应用的井筒隔热技术，对比分析各项隔热措施中较为成熟、高效的封隔液技术，研究出一种具有良好保温隔热性能、而且具有良好的防腐蚀能力的环空保护液体系，对于有效防止生产过程中井口水合物生成、水合物层不发生分解以及井筒内套管柱防腐蚀具有非常重要的理论意义和实用价值。
技术实现要素：
5.鉴于上述问题，本发明旨在提供一种适用于深海油气开采的防腐低热导环空保护液以达到提高井筒保温能力、防止套管柱腐蚀、防止生产过程中井口水合物的生成以及水合物层不发生分解的目的。
6.为了实现上述目的，本发明所述的环空保护液，其原料组成为：聚合物溶液100份，清水iii 100-500份，保温隔热材料20份、缓蚀剂1-7份和黄原胶0.3-0.5份；所述的聚合物溶液，其原料组成为：聚合物与清水ii的混合溶液，以质量比计，聚合物：清水ii=1:22-28；所述的聚合物，其原料组成为：清水i 100份，丙烯酰胺15-20份，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸5-10份，交联剂0.1-0.3份，引发剂0.5-1份。
7.所述的适用深海油气开采的防腐低热导环空保护液的制备方法，其具体步骤为：（1）搅拌情况下，取清水i质量的50%-80%，加入丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺
酸与交联剂，搅拌至溶液呈透明状，得溶液i；（2）搅拌情况下，取剩余清水i，加入引发剂，搅拌至溶解，得溶液ii；（3）搅拌情况下，向溶液i中滴加溶液ii，放置，得聚合物；（4）将聚合物与清水ii搅拌混合，得聚合物溶液；（5）将聚合物溶液与清水iii搅拌混合，得溶液iii；（6）向搅拌中的溶液iii中倒入黄原胶并继续搅拌至完全溶解，得溶液iv，即复合混合液；（7）向溶液iv中加入缓蚀剂搅拌均匀，得溶液v；（8）向溶液v中加入保温隔热材料搅拌均匀，得环空保护液。
8.步骤（3）中，放置温度为50℃-70℃，放置时间为8-12h。
9.本发明中，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸在聚合物中有效抑制丙烯酰胺中酰胺基团的水解，从而确保聚合物在高温、高盐以及高压的条件下仍具有良好的吸水保水能力。
10.聚合物溶液作为悬浮稳定液使用可以有效地将y6000中空玻璃微珠稳定分散在聚合物溶液中，而且聚合物具有溶胀吸水的特点，可以提高体系的黏度，降低自然对流热损失。但由于纯聚合物溶液的粘度极高，存在搅拌困难的问题，将聚合物溶液与清水按比例混合后加入黄原胶固体来改善搅拌困难的问题，黄原胶的加入使得体系粘度得到改善，稳定性也得到提高，能够让y6000中空玻璃微球稳定的悬浮在溶液中。
11.本发明所述的环空保护液制备过程中保温隔热性能主要基于以下理论：（1）环空传热包括热传导、自然对流及辐射传热，主要是前两项；（2）环空中所充填流体的导热系数越小，导热损失越小；（3）密闭环空中的自然对流传热是有限空间自然对流传热，流体的黏度越大，格拉晓夫数越小，自然对流传热越弱甚至完全消失。
12.所述环空保护液的保温隔热性能主要是由中空玻璃微珠带来；还有一部分是通过加入聚合物溶液和增黏剂黄原胶固体带来的。为了降低自然对流热传损失，体系中加入聚合物溶液以及增黏剂黄原胶固体，其作用是使体系在环空中具有高黏特性，从而达到降低自然对流传热损失的目的。
13.在使用时，将聚合物溶液和清水混合均匀后加入黄原胶固体继续搅拌至黄原胶固体完全溶解，先加入缓蚀剂搅拌均匀，之后加入中空玻璃微珠搅拌均匀，使用温度25~75℃。
14.本发明所述的环空保护液导热系数最低可以达到0.3053 w
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m-1
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k-1
，该环空保护液的密度为0.95g
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cm-3-0.98g
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cm-3
，具备良好的流变性、悬浮稳定性和长期稳定性，且在常温放置3个月以上均无出现分层、降解、变质以及变稠现象，满足施工要求。
附图说明
15.图1为环空保护液（hkbhy）保温隔热性能长效性测试；图2为环空保护液（hkbhy）长期放置显微镜图。
具体实施方式
16.以下将对本发明进行详细说明。
17.1、将合成好的聚合物与清水以适当的比例搅拌均匀留置备用。
18.2、从常见的保温隔热材料中优选出四种常用保温隔热材料。
19.3、向不同比例的聚合物溶液中加入同等量的保温隔热材料，判断是否能够稳定分散在聚合物溶液中。
20.4、确定能够稳定分散保温隔热材料的聚合物溶液倍数以及能够稳定悬浮于聚合物溶液中的保温隔热材料。
21.5、由于纯聚合物溶液具有高粘度难搅拌的问题，因此将确定倍数的聚合物溶液与清水以不同比例进行混合之后用悬浮稳定剂来改善高粘度难搅拌的问题。
22.6、将优选出1-5中的聚合物溶液的倍数、保温隔热材料以及悬浮稳定剂进行复配，测试不同配比下的环空保护液的导热系数，判断其保温隔热效果和防腐蚀效果，最终优选出保温效果以及防腐蚀效果最佳的配方比例。
23.实施例1将聚合物与清水按照1：22质量比例混合，再高速搅拌制成聚合物溶液，记为jh-1；将聚合物与清水按照1：24质量比例混合，再高速搅拌制成聚合物溶液，记为jh-2；将聚合物与清水按照1：26质量比例混合，再高速搅拌制成聚合物溶液，记为jh-3；将聚合物与清水按照1：28质量比例混合，再高速搅拌制成聚合物溶液，记为jh-4。
24.实施例2称取质量分数为聚合物溶液的5%的四种不同保温隔热材料（人工漂珠、粉煤灰漂珠、y6000中空玻璃微珠、膨胀珍珠岩），分别记为rg-1、fmh-1、y6000-1、pz-1。
25.实施例3称取质量分数分别为聚合物溶液的20%的y6000中空玻璃微珠，记为y6000-2。
26.实施例4将jh-2与清水按照1：1质量比例混合，再在混合液中加入0.3%（按jh-2总质量的0.3%）的黄原胶粉末，高速搅拌制成复合混合液，记为jhh-1。
27.实施例5将jh-2与清水按照1：2质量比例混合，再在混合液中加入0.3%（按jh-2总质量的0.3%）的黄原胶粉末，高速搅拌制成复合混合液，记为jhh-2。
28.实施例6将jh-2与清水按照1：3质量比例混合，再在混合液中加入0.35%（按jh-2总质量的0.35%）的黄原胶粉末，高速搅拌制成复合混合液，记为jhh-3。
29.实施例7将jh-2与清水按照1：4质量比例混合，再在混合液中加入0.35%（按jh-2总质量的0.35%）的黄原胶粉末，高速搅拌制成复合混合液，记为jhh-4。
30.实施例8将jh-2与清水按照1：5质量比例混合，再在混合液中加入0.45%（按jh-2总质量的0.45%）的黄原胶粉末，高速搅拌制成复合混合液，记为jhh-5。
31.实施例9将jhh-2中加入1%缓蚀剂（按jh-2总质量的1%），搅拌均匀，记为jhhh-1。
32.实施例10将jhh-2中加入3%缓蚀剂（按jh-2总质量的3%），搅拌均匀，记为jhhh-2。
33.实施例11
将jhh-2中加入5%缓蚀剂（按jh-2总质量的5%），搅拌均匀，记为jhhh-3。
34.实施例12将jhh-2中加入7%缓蚀剂（按jh-2总质量的7%），搅拌均匀，记为jhhh-4。
35.实验例1准备实施例1中jh-1、jh-2、jh-3、jh-4聚合物溶液，分别向实施1中的聚合物溶液加入实施例2中的rg-1、fmh-1、y6000-1、pz-1，再高速搅拌混合均匀，放置于75℃台式干燥箱中，测试4种保温隔热材料在不同倍数的聚合物溶液中的悬浮稳定性。测试结果如下表1：
36.由上表可以看出，膨胀珍珠岩能够稳定的悬浮于聚合物溶液中，但在其实际操作过程中，膨胀珍珠岩加入到聚合物溶液中快速吸水，导致混合物溶液粘度急剧增加，难以搅拌；在配方jh-1 y6000-1和jh-2 y6000-1中，y6000中空玻璃微珠均能稳定悬浮于聚合物溶液中，综合稳定性以及是否容易搅拌两方面考虑，选择jh-2作为最终的聚合物溶液，选择y6000中空玻璃微珠（以下简称y6000）作为保温隔热材料。
37.测试例2准备实施例1中jh-2聚合物溶液，分别向jh-2聚合物溶液加入实施例3中的y6000-2，再高速搅拌混合，应用tc3000e导热系数仪，测试混合液的导热系数，测试三次取平均值，测试结果如下表2：
38.由上表可以看出，该体系与常规环空保护液（导热系数0.62 w
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m-1
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k-1
）相比，导热系数降低了48.85%；与bj services公司研发的第一代环空保护液abif（导热系数0.52 w
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m-1
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k-1
）相比，导热系数降低了39.02%；与bj services公司研发的第二代环空保护液atif（导热系数0.35 w
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m-1
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k-1
）相比，导热系数降低了9.4%。
39.测试例3准备实施例4的复合混合液jhh-1、实施例5的复合混合液jhh-2、实施例6的复合混合液jhh-3、实施例7的复合混合液jhh-4、实施例8的复合混合液jhh-5，分别向其中加入实施例3中的y6000-2，进行以上5种不同复合混合液的流变性能评价，结果如表3所示；应用tc3000e导热系数仪，测试以上5种不同复合混合液的导热系数，测试三次取平均值，测试结果如下表4：
40.从表3可以看出，复合混合液的流性指数n均在0.7-0.4（参考钻井液流性指数范围）之间，显示出复合混合液体系具有良好的流变性；
41.结果表明，复合混合液中添加y6000-2，导热系数与常规环空保护液（导热系数0.62w
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m-1
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k-1
）相比，导热系数平均降低了49.1%；与bj services公司研发的第一代环空保护液abif（导热系数0.52w
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m-1
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k-1
）相比，导热系数平均降低了39.3%；与bj services公司研发的第二代环空保护液atif（导热系数0.35 w
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m-1
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k-1
）相比，导热系数平均降低
了9.8%；其中，jhh-2中加入y6000-2的导热系数降低得最为明显，导热系数达到0.3059 w
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m-1
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k-1
)。该体系（jhh-2 y6000-2）具有良好保温隔热性能，能够有效防止深海油气生产过程中井口水合物生成和水合物层不发生分解，且自身具有良好的流变性、悬浮稳定性和长期稳定性，满足使用要求。
42.测试例4准备实施例9的复合混合液jhhh-1、实施例10的复合混合液jhhh-2、实施例11的复合混合液jhhh-3、实施例12的复合混合液jhhh-4，分别向4种不同的复合混合液中加入y6000-2，进行在60℃情况下对n80钢材及p110钢材的腐蚀实验，测试结果如下表5和表6所示：；
43.由表5和表6可以看出，随着缓蚀剂加量的不断增加，n80钢材和p110钢材的腐蚀速率逐渐减小，缓蚀率逐渐增加。缓蚀剂加量为聚合物溶液的1%-7%时，n80和p110两种钢材的腐蚀速率都低于油田腐蚀控制标准（0.076mm/a）且缓蚀率都达到了85%以上，缓蚀剂加量为7%时，缓蚀率达到92%以上。
44.测试例5准备实施例12的复合混合液jhhh-4，添加y6000-2，并命名为hkbhy，进行不同温度情况下对n80钢材和p110钢材的腐蚀实验、保温效果长效性评价及流动复原性评价，测试结
果如表7、表8、表9及图1、图2所示：；
45.由表7可以看出，n80钢材在hkbhy中的腐蚀速率均小于油田腐蚀控制标准，在不同温度梯度下，hkbhy缓蚀率均在89%以上，在90℃的时候，hkbhy的缓蚀率达到94%以上，说明hkbhy对n80钢材具有良好的缓蚀效果；由表8可以看出，p110钢材在hkbhy中的腐蚀速率也都小于油田腐蚀控制标准，在不同温度梯度下，hkbhy缓蚀率均在90以上，在90℃的时候，hkbhy的缓蚀率达到94%以上，说明hkbhy对p110钢材具有良好的缓蚀效果；由图1可以看出，hkbhy的保温隔热性能在两个月的时间内相比较稳定，导热系数呈现轻微下降的趋势，为了说明下降的原因进行了对应的显微镜观察如图2所示，可以看出，在显微镜下，刚配制好以及放置7 d的溶液中，中空玻璃微珠分散的不是很均匀，能明显看到中空玻璃微珠出现堆积现象，当溶液静置之后，由于溶液具有粘度，可以将中空玻璃微珠上下拉扯，可以看出在14 d、30 d以及60 d时，中空玻璃微珠分布的更加致密更加紧凑，填满了溶液的空隙，可能导致导热系数出现轻微的下降；由表9可以看出，hkbhy在放置48h后的粘度与刚配置时的粘度非常相近，因此可以认为hkbhy具有良好的流动复原特性。
46.综上所述，本发明中防腐低热导环空保护液体系具有良好的保温性能、稳定性能、防腐性能、流动复原特性，满足现场施工要求。