[发明专利]一种离子交联改性超低密度支撑剂及其制备方法

说明书

本发明属于石油、天然气压裂开采领域，具体涉及一种离子交联改性超低密度支撑剂及其制备方法。所述制备方法为：将一价阳离子交换树脂浸泡到含有二价阳离子或三价阳离子的水溶液中，搅拌的条件下进行部分或全部离子交换，置换出钠离子或氢离子从而得到离子交联改性的超低密度支撑剂，所述二价阳离子为镁离子、钙离子、锌离子、或钡离子，所述三价阳离子为铝离子或铁离子。本发明所述制备方法工艺简单、操作易控、成本低廉，适于推广使用；制备所得的离子交联改性的超低密度支撑剂，通过离子交换形成了化学交联结构，大大提高了聚合物分子链之间的相互作用，使得其机械强度显著提高；同时还能阻止聚合物分子链的自由运动，使其具有更高的热稳定性。

技术领域

本发明属于石油、天然气压裂开采领域，具体涉及一种离子交联改性超低密度支撑剂及其制备方法。

背景技术

为了开发深层油、气井，提高产量、压裂工艺被广泛使用。为了确保地下深层压裂裂缝的有效撑开，合适的支撑剂是必须的，它可以增加底层的导流能力，提高油气田的产量，是压裂工艺应用成败的一个重要因素。理想的油气井压裂用支撑剂要求有高的携带能力，因此需要有低密度、高强度、高耐热的性能。

然而目前可用支撑剂多为高密度的无机石英砂、陶粒和覆膜砂，使得相应的压裂液要采用高分子溶液，其密度大、成本高、造成地质岩心的破坏导致岩心倒流能力的降低，还会对环境造成污染。为解决这些问题，清水压裂技术越来越受到重视。清水压裂是指在油气田改造中，应用在清水中加入减阻剂、活性剂、防膨剂等作为工作液进行的水力压裂作业。在清水压裂过程中需要用到超低密度(接近水的密度)的支撑剂，最近也有不少关于纯有机的超低密度支撑剂出现，但是与无机材料相比纯有机的材料明显存在抗压强度和耐热性不足的问题。因此，急需开发一种高强度、耐高温改性的有机超低密度支撑剂。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种离子交联改性的高强度、耐高温超低密度石油压裂支撑剂及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种离子交联改性超低密度支撑剂的制备方法，包括如下步骤：将一价阳离子交换树脂浸泡到含有二价阳离子或三价阳离子的水溶液中，搅拌的条件下进行部分或全部离子交换，置换出钠离子或氢离子从而得到离子交联改性的超低密度支撑剂，所述二价阳离子为镁离子、钙离子、锌离子、或钡离子，所述三价阳离子为铝离子或铁离子。

上述方案中，所述一价阳离子交换树脂为001x7钠型阳离子交换树脂、001x14钠型阳离子交换树脂、DL12钠型阳离子交换树脂、D001钠型阳离子交换树脂、DL-1H氢型阳离子交换树脂和122氢型阳离子交换树脂中的一种或几种。

上述方案中，所述001x7钠型阳离子交换树脂的交换容量为4.5mmol/g，所述001x14钠型阳离子交换树脂的交换容量为3.6mmol/g，所述DL12钠型阳离子交换树脂的交换容量为4.0mmol/g，所述D001钠型阳离子交换树脂的交换容量为4.4mmol/g，所述DL-1H氢型阳离子交换树脂的交换容量为4.5mmol/g，所述122氢型阳离子交换树脂的交换容量为8mmol/g。

上述方案中，所述二价阳离子或三价阳离子来源于相应的硝酸盐或氯盐。

上述方案中，所述离子交换的时间为0.5～24h。

上述方案中，所述部分或全部离子交换是指离子交换率为10～100％。

上述制备方法制备得到的超低密度支撑剂，所述超低密度支撑剂的视密度为1.25～1.80g/cm³，52MPa破碎率小于2.0％，玻璃化转变温度超过250℃。

本发明的有益效果：