1.本发明涉及陶粒支撑剂技术领域，具体是一种新型压裂支撑剂及其制备方法。
背景技术：2.煤层气是一种清洁高效的能源，具有埋藏浅、温度低、抗压强度低、渗透性差等特点，要实现煤层气的工业化开采和利用，必须人为地对其施加增产措施；目前国内外最常用的增产措施是水力压裂技术，支撑剂是煤层气井压裂增产的关键材料，对支撑裂缝、防止裂缝重新闭合、煤层气的开采率及产量的提高有着重大影响；目前常用支撑剂是石英砂和陶粒支撑剂，陶粒支撑剂具有密度大、成本高等特点，而广泛使用。
3.中国专利公开了一种耐酸陶粒压裂支撑剂的制备方法(授权公告号cn102352237b)，该专利技术采用一般工业设备，工艺简单、有利于工业化生产，但是其密度较大，流动能力不佳，导致煤气开采的成本较高。
技术实现要素：4.本发明的目的在于提供一种新型压裂支撑剂及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种新型压裂支撑剂及其制备方法，包括以下组分：高岭石质煤矸石、莫来石、软锰矿、烧结助剂、造孔剂、粘结剂，其特征在于，每种组分按重量份组成如下：76～82份高岭石质煤矸石、8～10份莫来石粉、1～1.5份软锰矿、4～5份烧结助剂、2～3份造孔剂和3～4份粘结剂。
7.一种新型压裂支撑剂及其制备方法，包括以下步骤：
8.s1、原料破碎研磨：将高岭石质煤矸石粉碎、研磨后，过300目筛，将莫来石、软锰矿、烧结助剂、造孔剂和粘结剂粉碎、研磨后，过200目筛；
9.s2、原料烘干造球：将s1得到的高岭石质煤矸石、莫来石、软锰矿、烧结助剂、造孔剂和粘结剂烘干后，按照重量份76～82份高岭石质煤矸石、8～10份莫来石粉、1～1.5份软锰矿、4～5份烧结助剂、2～3份造孔剂和3～4份粘结剂加入到造球成型机中进行造球，再造球的过程中不断加料喷水喷水，使其结球；造球结束后，筛选出粒径在0.5～0.8mm的球体；
10.s3、烧结成型：将s2得到球体放入到高温炉中进行煅烧至1450℃，保温2h后，随炉冷却至室温，即得到陶粒压裂支撑剂。
11.作为本发明再进一步的方案：所述高岭石质煤矸石由煤矸石生料和轻烧煤矸石组成，所述煤矸石生料和轻烧煤矸石的质量比为3:7。
12.作为本发明再进一步的方案：所述轻烧煤矸石的制备方法包括以下步骤：将煤矸石生料粉碎，研磨过300目筛，再将筛分后的煤矸石生料高温电阻炉内加热，从室温升温至850℃，升温速度控制在4～5℃/min，保温2～3h，再随炉自然冷却即可。
13.作为本发明再进一步的方案：所述烧结助剂由氧化镁和二氧化锰组成，且氧化镁
和二氧化锰的质量比为1:1；所述造孔剂由碳粉、碳酸钙和碳酸镁组成，且碳粉、碳酸钙和碳酸镁的质量比为2.5:1:1；所述粘结剂由黏土和羧甲基纤维素组成，且黏土和羧甲基纤维素的质量比为2:1。
14.作为本发明再进一步的方案：所述s2步骤中烘干的温控控制在105
±
2℃，烘干时间控制在3～4h，且s2步骤中造球成型机中造球的温度为55～60℃。
15.作为本发明再进一步的方案：所述s3步骤中的煅烧分为三阶段升温，第一阶段升温至0～600℃，升温速度控制在5℃/min；第二阶段升温至600～1000℃，升温速度控制在3℃/min；第三阶段升温至1000～1450℃，升温速度控制在5℃/min。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果：
17.本发明制备的陶粒压裂支撑剂由高岭石质煤矸石、莫来石、软锰矿、烧结助剂、造孔剂、粘结剂组成，且高岭石质煤矸石由煤矸石生料和轻烧煤矸石组成，烧结助剂由氧化镁和二氧化锰组成，造孔剂由碳粉、碳酸钙和碳酸镁组成，粘结剂由黏土和羧甲基纤维素组成，使得制备的支撑剂的体积密度和视密度小，具有体积轻、不易破碎、强度高、抗酸溶解率好的特点；且导流能力好，便于泵送的特点，降低了对压裂液粘度的要求，减小了对泵的伤害，有效地降低了施工难度和成本。
具体实施方式
18.本发明实施例中，一种新型压裂支撑剂及其制备方法，包括以下组分：高岭石质煤矸石、莫来石、软锰矿、烧结助剂、造孔剂、粘结剂，其特征在于，每种组分按重量份组成如下：76～82份高岭石质煤矸石、8～10份莫来石粉、1～1.5份软锰矿、4～5份烧结助剂、2～3份造孔剂和3～4份粘结剂。
19.一种新型压裂支撑剂及其制备方法，包括以下步骤：
20.s1、原料破碎研磨：将高岭石质煤矸石粉碎、研磨后，过300目筛，将莫来石、软锰矿、烧结助剂、造孔剂和粘结剂粉碎、研磨后，过200目筛；
21.s2、原料烘干造球：将s1得到的高岭石质煤矸石、莫来石、软锰矿、烧结助剂、造孔剂和粘结剂烘干后，按照重量份76～82份高岭石质煤矸石、8～10份莫来石粉、1～1.5份软锰矿、4～5份烧结助剂、2～3份造孔剂和3～4份粘结剂加入到造球成型机中进行造球，再造球的过程中不断加料喷水喷水，使其结球；造球结束后，筛选出粒径在0.5～0.8mm的球体；
22.s3、烧结成型：将s2得到球体放入到高温炉中进行煅烧至1450℃，保温2h后，随炉冷却至室温，即得到陶粒压裂支撑剂。
23.优选的，高岭石质煤矸石由煤矸石生料和轻烧煤矸石组成，煤矸石生料和轻烧煤矸石的质量比为3:7。
24.优选的，轻烧煤矸石的制备方法包括以下步骤：将煤矸石生料粉碎，研磨过300目筛，再将筛分后的煤矸石生料高温电阻炉内加热，从室温升温至850℃，升温速度控制在4～5℃/min，保温2～3h，再随炉自然冷却即可。
25.优选的，烧结助剂由氧化镁和二氧化锰组成，且氧化镁和二氧化锰的质量比为1:1，氧化镁在合成莫来石晶体的过程中，不仅可以降低莫来石的温度，还可以抑制晶粒的异常长大，提高支持剂的强度，二氧化锰促进烧结进行；造孔剂由碳粉、碳酸钙和碳酸镁组成，且碳粉、碳酸钙和碳酸镁的质量比为2.5:1:1，在造粒的过程中加入，在支撑剂内部占据一
定的空间，当温度升高时，碳粉在高温下发生挥发作用，留下空隙，达到造孔的作用，碳酸钙在高温下分解成cao和co2，碳酸镁在高温下分解成mgo和co2，有助于在烧结后期加快体积扩散，促进颗粒的不连续生长，从而在球体内产生大量的闭气孔，有效降低了支撑剂的视密度，提高了强度和韧性；粘结剂由黏土和羧甲基纤维素组成，且黏土和羧甲基纤维素的质量比为2:1。
26.优选的，s2步骤中烘干的温控控制在105
±
2℃，烘干时间控制在3～4h，且s2步骤中造球成型机中造球的温度为55～60℃。
27.优选的，s3步骤中的煅烧分为三阶段升温，第一阶段升温至0～600℃，升温速度控制在5℃/min；第二阶段升温至600～1000℃，升温速度控制在3℃/min；第三阶段升温至1000～1450℃，升温速度控制在5℃/min。
28.为了更好地说明本发明的技术效果，通过下述实施例进行阐述：
29.选用本发明制备的支撑剂作为实施例；选用专利网公开的一种耐酸陶粒压裂支撑剂的制备方法(公开日：2013-09-18，公开号：cn102352237b)制备的支撑剂作为对比例一，选用专利网公开的一种低密度烧结陶粒压裂支撑剂的低成本制备方法(公开日：2012-05-09，公开号：cn101696113b)制备的支撑剂作为对比例二；
30.选取粒径相同的实施例、对比例一和对比例二的支撑剂，粒径均选取为6.5
±
0.2mm，并进行以下试验：
31.一、根据《sy-t 5108-2018压裂支撑剂性能指标及测试推荐方法》测量其体积密度(单位：g/cm3)、视密度(单位：g/cm3)、破碎率、吸水率、酸溶解度、圆度和球度，其部分测量方法如下；
32.体积密度的测量方法如下：将实施例、对比例一和对比例二的支撑剂分别放入到一定体积的圆筒内，并根据公式计算其体积密度；体积密度的计算公式：ρb＝m
p
/v，其中，ρb为支撑剂的体积密度，m
p
为支撑剂的质量，v为圆筒的体积；
33.体积密度的测量方法如下：将实施例、对比例一和对比例二的支撑剂分别放入到装有测试液的比重瓶中，并根据公式计算其视密度；视密度的计算公式：
34.ρ＝m3ρ1/m2+m
3-m4，其中，ρ为支撑剂的视密度，ρ1为测试液的密度，m3为支撑剂的质量，m4为装有支撑剂、测试液的比重瓶质量；ρ1的计算公式：ρ1＝m
2-m1/v，其中，v为比重瓶的体积，m1为干燥比重瓶的质量，m2为装有测试液的比重瓶质量；
35.吸水率的计算公式：w＝(m
1-m)/m
×
100％；其中，w为支撑剂的吸水率，m和m1为支撑剂干燥时和浸水饱和后的重量；
36.酸溶解度的计算公式：s＝(m
a-mb)/ma×
100％；其中，s为支撑剂的酸溶解度，ma和mb为支撑剂酸溶前和酸溶后的重量；
37.破碎率的测量方法如下：在闭合压力为35mpa下测试其破碎率。
38.二、根据《sy/t 6302-2019压裂支撑剂导流能力测试方法》测量其导流能力(单位：um2·
cm)；
39.将实施例、对比例一和对比例二的支撑剂按照密度为9.76kg/m2均匀地平铺在导流槽中，在导流槽的首末端连接u型测压差管，将支撑床层抽真空，同时用平流泵向导流槽泵送测试介质(2％的kcl水溶液)，当抽滤缸中有介质流出时停止抽真空，以不同流量泵送2％的kcl水溶液；计算公式如下：c＝5.554uq/δp其中，c为导流能力，u为介质粘度，q为流
量，δp为压差。
40.三、利用显微镜观察实施例、对比例一和对比例二的支撑剂断面微观形貌。
41.(1)、将实施例、对比例一和对比例二的支撑剂的体积密度、视密度、破碎率、吸水率、酸溶解度、圆度、球度和导流能力记录到下表1中；
42.表1，实施例、对比例一和对比例二的各项指标值
[0043][0044]
根据上表1可得知：实施例、对比例一和对比例二中支撑剂均具有吸水率低，圆度和球度较好的特点，但是实施例中支撑剂的体积密度和视密度均显著低于对比例一和对比例二中支撑剂的体积密度和视密度；从而可以得出：本发明制备的支撑剂具有体积轻的特点；
[0045]
实施例中支撑剂在闭合压力下的破碎率显著低于对比例一和对比例二中支撑剂在闭合压力下的破碎率；实施例中支撑剂的酸溶解度显著低于对比例一和对比例二中支撑剂的酸溶解度；从而可以得出：本发明制备的支撑剂具有不易破碎、强度高、抗酸溶解率好的特点；
[0046]
实施例中支撑剂的导流能力显著低于对比例一和对比例二中支撑剂导流能力，从而可以得出：本发明制备的支撑剂具有导流能力好，便于泵送的特点，降低了对压裂液粘度的要求，减小了对泵的伤害，有效地降低了施工难度和成本，
[0047]
(2)、通过观察实施例、对比例一和对比例二中支撑剂的断面微观形貌，可以发现：比例一和对比例二中支撑剂的断面具有大量的氧化铝晶体，产生晶间气孔；而实施例中支撑剂的断面除了等轴状的氧化铝晶粒外，还有大量的棒状结构的莫来石晶粒，直径为0.2um，生长方向各异，显气孔降低；从而使得本发明制备的支撑剂有效降低了支撑剂的视密度，提高了强度和韧性。
[0048]
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种新型压裂支撑剂及其制备方法，包括以下组分：高岭石质煤矸石、莫来石、软锰矿、烧结助剂、造孔剂、粘结剂，其特征在于，其特征在于，每种组分按重量份组成如下：76～82份高岭石质煤矸石、8～10份莫来石粉、1～1.5份软锰矿、4～5份烧结助剂、2～3份造孔剂和3～4份粘结剂。2.一种实现根据权利要求1所述的陶粒压裂支撑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、原料破碎研磨：将高岭石质煤矸石粉碎、研磨后，过300目筛，将莫来石、软锰矿、烧结助剂、造孔剂和粘结剂粉碎、研磨后，过200目筛；s2、原料烘干造球：将s1得到的高岭石质煤矸石、莫来石、软锰矿、烧结助剂、造孔剂和粘结剂烘干后，按照重量份76～82份高岭石质煤矸石、8～10份莫来石粉、1～1.5份软锰矿、4～5份烧结助剂、2～3份造孔剂和3～4份粘结剂加入到造球成型机中进行造球，再造球的过程中不断加料喷水喷水，使其结球；造球结束后，筛选出粒径在0.5～0.8mm的球体；s3、烧结成型：将s2得到球体放入到高温炉中进行煅烧至1450℃，保温2h后，随炉冷却至室温，即得到陶粒压裂支撑剂。3.根据权利要求2所述的一种新型压裂支撑剂及其制备方法，其特征在于，所述高岭石质煤矸石由煤矸石生料和轻烧煤矸石组成，所述煤矸石生料和轻烧煤矸石的质量比为3:7。4.根据权利要求2所述的一种新型压裂支撑剂及其制备方法，其特征在于，所述轻烧煤矸石的制备方法包括以下步骤：将煤矸石生料粉碎，研磨过300目筛，再将筛分后的煤矸石生料高温电阻炉内加热，从室温升温至850℃，升温速度控制在4～5℃/min，保温2～3h，再随炉自然冷却即可。5.根据权利要求2所述的一种新型压裂支撑剂及其制备方法，其特征在于，所述烧结助剂由氧化镁和二氧化锰组成，且氧化镁和二氧化锰的质量比为1:1；所述造孔剂由碳粉、碳酸钙和碳酸镁组成，且碳粉、碳酸钙和碳酸镁的质量比为2.5:1:1；所述粘结剂由黏土和羧甲基纤维素组成，且黏土和羧甲基纤维素的质量比为2:1。6.根据权利要求2所述的一种新型压裂支撑剂及其制备方法，其特征在于，所述s2步骤中烘干的温控控制在105
±
2℃，烘干时间控制在3～4h，且s2步骤中造球成型机中造球的温度为55～60℃。7.根据权利要求2所述的一种新型压裂支撑剂及其制备方法，其特征在于，所述s3步骤中的煅烧分为三阶段升温，第一阶段升温至0～600℃，升温速度控制在5℃/min；第二阶段升温至600～1000℃，升温速度控制在3℃/min；第三阶段升温至1000～1450℃，升温速度控制在5℃/min。
技术总结本发明涉及陶粒支撑剂技术领域，公开了一种新型压裂支撑剂及其制备方法，包括以下组分：高岭石质煤矸石、莫来石、软锰矿、烧结助剂、造孔剂、粘结剂，还公开了一种新型压裂支撑剂及其制备方法，包括以下步骤：S1、原料破碎研磨；S2、原料烘干造球；S3、烧结成型。本发明制备的陶粒压裂支撑剂中高岭石质煤矸石由煤矸石生料和轻烧煤矸石组成，烧结助剂由氧化镁和二氧化锰组成，造孔剂由碳粉、碳酸钙和碳酸镁组成，粘结剂由黏土和羧甲基纤维素组成，使得制备的支撑剂的体积密度和视密度小，具有体积轻、不易破碎、强度高、抗酸溶解率好的特点；且导流能力好，便于泵送的特点，降低了对压裂液粘度的要求，减小了对泵的伤害，有效地降低了施工难度和成本。施工难度和成本。
技术研发人员：李建新 马满全
受保护的技术使用者：北京盈纳通能源技术有限公司
技术研发日：2022.06.22
技术公布日：2022/11/1
