本发明属于煤层气开采技术领域，具体涉及一种煤层气水力压裂开采中使用的陶粒支撑剂及其制备方法。
背景技术：
支撑剂是用于低渗透油气藏的水力压裂开采技术中的关键材料，它在水力压裂过程中由压裂液携带并利用高压手段注入裂缝中，当压裂液不断延伸到裂缝时将支撑剂堆积在裂缝中，形成一条具有高导流能力的裂缝使得油气由裂缝深处流向井底。
自从水力压裂技术成功开发以来，支撑剂材料也经历了由天然石英砂过渡为以陶粒砂与树脂覆膜砂为代表的人造支撑剂。天然硅线石与方石英砂虽然易获得、成本低，但是其抗破碎能力低且圆球度相对较差限制了其适用范围。陶粒砂是经过特定配方、成球后，采用固态烧结的方法制得的一种陶瓷球。相比于天然硅线石与方石英砂具有优越的抗破碎性能与圆球度；同时相比于树脂覆膜砂其制造工艺简单易行的优点。因此发展陶粒砂作为支撑剂具有更佳的可能性与实用性。
由于当前国际社会能源结构的调整，“采煤之前先采气”被提上政府工作议程。源于煤层气开采的紧迫性与安全性，开发适用于煤层气的水力压裂开采作业中的、性能与价格比最佳的经济型陶粒支撑剂也变得迫在眉睫。针对目前大多使用高品位铝矾土作为原料，制得的陶粒支撑剂虽然保证了高强度，破碎率降低，但是陶粒的密度也随之升高，尤其视密度升高会降低压裂液的携带能力，造成压裂施工成本的上升。而且高品位铝矾土本身的高成本也带来陶粒价格居高不下。如果将此类以高品位铝矾土为原料制造的高强度陶粒砂用于煤层气的开采将是一种大材小用、资源浪费的局面，因为煤层气的储层相对较浅，低密中强陶粒砂才是最适宜的支撑剂材料
技术实现要素：
本发明目的是提供一种煤层气水力压裂开采中使用的陶粒支撑剂及其制备方法，可有效的克服现有技术中存在的缺点。
本发明是这样实现的：本发明所述的陶粒支撑剂是以二级乙等铝矾土与木节土为原料，以锰矿粉为添加剂，采用固态烧结法制得陶瓷球体。其中铝矾土含量为55-85wt.％，木节土含量为10-40wt.％，锰矿粉含量不超过10wt.％，三者质量分数相加为100％。
该陶粒支撑剂的制备方法是：
(1)以铝矾土矿、木节土矿为原料，将其粉磨至粒径小于0.048mm；
(2)将上述粉末原料中加入不超过10wt.％的锰矿粉，称量并混合均匀；
(3)将上述混合粉料加入水或粘结剂的水溶液进行造粒，并筛选出所需规格的球坯；
(4)将上述球坯置于恒温烘箱内烘干，烘干温度为80℃-100℃，烘干时间为2-4h；
(5)将上述烘干的球坯装入瓷舟并置于烧结炉内于1250℃-1350℃温度范围内烧结成陶瓷球，烧结时间为3h；
(6)将上述高温烧结得到的陶瓷球随炉冷却后取出，即得到以莫来石为主晶相、硅线石与方石英相为次晶相的陶粒支撑剂。
上述铝矾土矿中Al2O3的含量为57-65wt.％，SiO2含量为11-21wt.％，Fe2O3含量为5-7wt.％；所述木节土矿中Al2O3的含量为25-28wt.％，SiO2含量为38-43wt.％，Fe2O3含量为2.7-3.5wt.％；所述锰矿粉中MnO2的含量为53-57wt.％，Al2O3的含量为4-5wt.％，SiO2含量为17-19wt.％，Fe2O3含量为12-14wt.％，CaO的含量为1.5-1.8wt.％，MgO含量为0.5-0.8wt.％，Fe2O3含量为5-7wt.％，杂质含量不超过5wt.％。
上造粒时加入的水或粘结剂的水溶液的量为10-15wt.％。
本发明优点与积极效果是：本发明所述适用于煤层气水力压裂开采作业中的陶粒支撑剂及其制备方法，与现有陶粒支撑剂及制备技术相比，既使制造成本大幅降低，还实现低品位矿物的物尽其用的目的，同时获得了抗破碎能力强，密度、圆球度、浊度等指标均满足中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5108-2006的要求，完全可以满足煤层气的水力压裂开采之需。
具体实施方式
以下结合实例为本发明详细说明：实施例在以本发明的技术方案为前提下进行实施，本发明的保护范围不限于下列实施例。
实施例1-3：
将原料粉磨后过300目筛，按表1的质量比分别配料，将混合粉料在爱力许强力混合机中加入15wt.％的粘结剂水溶液进行造粒，之后过18/35目筛选出所需规格的球坯，将球坯于100℃、保温2h在恒温烘箱内烘干，将干燥的球坯装入瓷舟并置于高温烧结炉内于1350℃烧结，保温3h后随炉冷却，最后将烧结成的陶粒过20/40目筛选出尺寸合规的陶粒支撑剂。
所得陶粒支撑剂的物相为莫来石、硅线石与方石英，对它们的破碎率、体积密度、视密度、圆球度与浊度分别进行测试，结果见表1所示。通过对结果分析可知，随着锰矿粉含量增加，陶粒支撑剂在35MPa下的破碎率呈降低趋势，均不超过6.1％；体积密度与视密度略有升高，但都在中华人民共和国石油天然气行业标准SY5108-2006的要求范围内(体积密度≤1.65g/cm3，视密度≤3g/cm3)，圆球度都>0.9，浊度都<60FTU。各项指标均满足石油天然气行业标准。
实施例4-6：
将原料粉磨后过300目筛，按表1的质量比分别配料，将混合粉料在爱力许强力混合机中加入10wt.％的粘结剂水溶液进行造粒，之后过18/35目筛选出所需规格的球坯，将球坯于100℃、保温2h在恒温烘箱内烘干，将干燥的球坯装入瓷舟并置于高温烧结炉内于1350℃烧结，保温3h后随炉冷却，最后将烧结成的陶粒过20/40目筛选出尺寸合规的陶粒支撑剂。
所得陶粒支撑剂的物相为莫来石、硅线石与方石英，对它们的破碎率、体积密度、视密度、圆球度与浊度分别进行测试，结果见表1所示。通过对结果分析可知，随着锰矿粉含量增加，陶粒支撑剂在35MPa下的破碎率呈降低趋势，都不超过6.7％；体积密度与视密度略有升高，但都在中华人民共和国石油天然气行业标准SY5108-2006的要求范围内(体积密度≤1.65g/cm3，视密度≤3g/cm3)，圆球度都>0.9，浊度都<60FTU。各项指标均满足石油天然气行业标准。
实施例7-9：
将原料粉磨后过300目筛，按表1的质量比分别配料，将混合粉料在糖衣机中加入15wt.％的水进行造粒，之后过18/35目筛选出所需规格的球坯，将球坯于80℃、保温4h在恒温烘箱内烘干，将干燥的球坯装入瓷舟并置于高温烧结炉内于1300℃烧结，保温3h后随炉冷却，最后将烧结成的陶粒过20/40目筛选出尺寸合规的陶粒支撑剂。
所得陶粒支撑剂的物相为莫来石、硅线石与方石英，对它们的破碎率、体积密度、视密度、圆球度与浊度分别进行测试，结果见表1所示。通过对结果分析可知，随着锰矿粉含量增加，陶粒支撑剂在35MPa下的破碎率呈降低趋势，都不超过6.9％；体积密度与视密度略有升高，但都在中华人民共和国石油天然气行业标准SY5108-2006的要求范围内(体积密度≤1.65g/cm3，视密度≤3g/cm3)，圆球度都>0.9，浊度都<60FTU。各项指标均满足石油天然气行业标准。
实施例10-12：
将原料粉磨后过300目筛，按表1的质量比分别配料，将混合粉料在糖衣机中加入10wt.％的水进行造粒，之后过18/35目筛选出所需规格的球坯，将球坯于80℃、保温4h在恒温烘箱内烘干，将干燥的球坯装入瓷舟并置于高温烧结炉内于1250℃烧结，保温3h后随炉冷却，最后将烧结成的陶粒过20/40目筛选出尺寸合规的陶粒支撑剂。
所得陶粒支撑剂的物相为莫来石、硅线石与方石英，对它们的破碎率、体积密度、视密度、圆球度与浊度分别进行测试，结果见表1所示。通过对结果分析可知，随着锰矿粉含量增加，陶粒支撑剂在35MPa下的破碎率呈降低趋势，都不超过7.1％；体积密度与视密度略有升高，但都在中华人民共和国石油天然气行业标准SY5108-2006的要求范围内(体积密度≤1.65g/cm3，视密度≤3g/cm3)，圆球度都>0.9，浊度都<60FTU。各项指标均满足石油天然气行业标准。
表1