本发明属于页岩气压裂支撑剂技术领域，涉及一种应用于清水压裂或者无水压裂的超轻陶粒支撑剂及其制备方法。
背景技术：
现阶段，页岩气开发用支撑剂的真实密度普遍高于2.40g/cm3，需要携砂性能良好的线性胶和滑溜水的有效携带才能进入远井筒地层的裂缝，尚难以满足页岩气清水压裂和无水压裂的技术要求。目前页岩气压裂施工中，上述支撑剂过高的密度使得其对压裂机械和配套设备的要求更高，对压裂液的携砂能力与造缝能力要求更强、单井用液量更大、流变性能更好，这直接造成了压裂成本的增加；同时，上述支撑剂过高的密度还带来了压裂施工过程近井筒裂缝易沉降、易砂堵、网状裂缝难进入等诸多不足，影响了页岩气层的压裂效果；再者，较高粘度压裂液的使用虽然可以保障上述高密度支撑剂在人造网状裂缝的有效运移，但压裂施工完毕后却非常不利于压裂液的返排，不利于页岩地层产能的建立，阻碍页岩气井采收率的提高。
目前生产工艺制备的陶粒支撑剂普遍存在密度较大的问题。专利cn200710300443.2主要涉及包含烘焙过的原料颗粒的支撑剂，其特征在于使用氧化铝含量不小于60重量％的包含二氧化硅和氧化铝的配料作为原料，该支撑剂的真实表观密度在1.7至2.75克/厘米3之间。
专利cn200910066233.0主要涉及一种轻质多孔油气井压裂支撑剂的制备方法，以氧化铝为主要原料，并加入石灰石、白云石、菱镁矿、木屑和植物碎末中的一种或几种组合物作为成孔物质，以膨润土和高岭土中的一种或多种作为塑性剂，以淀粉、糊精中的一种或多种作为粘结剂，将上述原料磨成细粉，并混合搅拌均匀，在造粒机中滚动成球，干燥后在隧道窑或在回转窑内烧结，最后通过筛分来控制粒径分布，从而得到轻质多孔油气压裂支撑剂，其特征在于真实密度在1.8至2.8克/厘米3之间和单颗粒开口空隙为30％-60％，且具有相互连通的开孔结构。此专利涉及的支撑剂为开孔多孔且相互连通结构，承压能力较弱，与本专利涉及的具有闭合壳层和均一闭气孔(气孔直径小于临界值)且均匀分布的内部结构有本质上的区别。众所周知，为了降低支撑剂的密度，应将支撑剂制成空心或多孔微球，即其内部具有均匀分散的微孔结构。但空心微球中的气孔直径具有临界值，一旦超过临界值，会产生极限应力，进一步增加气孔的直径，则会降低其抗压强度，微球的破碎率提高。因此超轻支撑 剂应该具有均一闭气孔(气孔直径小于临界值)且均匀分布的内部结构和闭合壳层，从而有效降低支撑剂的密度和保持一定的强度。
专利cn200910066232.6主要涉及二氧化硅压裂支撑剂的制备方法，以天然石英石为主要原料，以膨润土、高岭土或者粘土中的一种或多种作为塑性剂，并添加适量的硼砂、镁砂或氧化硼中的一种或多种作为烧结助剂，其特征在于真实密度在2.2至2.6克/厘米3之间。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有支撑剂密度偏高的技术问题，提供一种应用于清水压裂或者无水压裂的超轻陶粒支撑剂及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。一种超轻陶粒支撑剂，其特征在于，具有闭合壳层和均一闭气孔且均匀分布的内部结构，其视密度为1.0-1.7g/cm3，承压强度>52mpa，其主要相成分包括刚玉相、莫来石相和玻璃相。
一种制备权利要求1所述的超轻陶粒支撑剂的方法，其特征在于，首先使用造粒设备将原料造粒，其次使用等离子高温定型烧结，最后使用高温炉后期烧结。
进一步地，所述的原料选自铝矾土、含氧化硅矿物和锰粉中的一种或几种。
进一步地，所述的含氧化硅矿物选自微硅、硅藻土和长石中的一种或几种。
进一步地，所述的造粒设备为圆盘造粒机、辊式造粒机或者喷雾造粒机。
进一步地，用于等离子高温定型烧结的等离子设备为直流等离子烧结设备或高频等离子设备。
进一步地，所述高温炉为隧道窑或回转窑。
进一步地，铝矾土、含氧化硅矿物和锰粉的质量配比组成为40～95：50～5：10～0。
本发明所使用的原料选自铝矾土、含氧化硅矿物和锰粉中的一种或几种，铝矾土、含氧化硅矿物和锰粉的质量配比组成40～95：50～5：10～0，铝矾土为低品位铝矾土，可以有效降低生产成本，实现低品位铝矾土的综合利用，含氧化硅矿物，选自微硅、硅藻土和长石中的一种或几种。
将原料混合均匀，造粒，筛分合格前驱体，将造好粒的前驱体倒入等离子进行定型。热等离子体动态烧结技术采用等离子弧加热、动态加料的方式。等离子弧的中心温度可达5000-8000k，具有极高的热效率，可以实现支撑剂壳层材料的数秒时间内闭合与陶瓷化；动态的加料烧结模式意味着，在等离子体弧中，支撑剂颗粒超高温烧结的时间很短，只有数秒时间，动态旋转的颗粒处于热非平衡状态，颗粒表面的壳层温度高，熔融烧结后迅速冷却，易形成致密的闭合壳层,同时有效避免支撑剂颗粒间的团聚；造粒过程中形成的气孔均匀分布 在颗粒内部，由于气体传热较慢，尚未完全达到导热平衡，内部温度较低，表面张力相对较大和膨胀气压相对较小，膨胀气体被适宜黏度的液相所包围，开口连通气孔得到闭合、细化，形成均一闭气孔(气孔直径小于临界值)且均匀分布的内部结构。将定型好的前驱体放入回转窑或者隧道窑中进行后期高温烧结，高温烧结温度在1200℃-1500℃之间，高温烧结时间在1-3h之间。烧结后将球依次进行筛分包装即成超轻陶粒支撑剂。
真实表观密度在1.00～1.70g/cm3的超轻陶粒支撑剂则具有突出的优势。根据stoke定律，尺寸大小均为20～40目条件下，密度为1.25g/cm3的支撑剂在液体中的最终沉降速度比石英砂低4倍，因此超轻支撑剂可以有效保证压裂施工过程中远井筒地带支撑剂的数量，减少网状裂缝砂堵的风险，提高压裂时效和压裂效果；还可以有效降低压裂液过高的粘度要求，满足清水压裂或无水压裂的施工要求，这不仅会大幅降低压裂液的成本，而且更利于压后压裂液的返排效果和产能的提高；还可以降低压裂施工中过高的泵排量和压裂机械的要求，这会有效降低压裂的作业成本；同时，由于超轻支撑剂具有更低的密度，因此在同等施工压力、同等压裂液粘度的条件下其产生的有效支撑长度更长、裂缝波及范围更广，这利于油气产能的充分动用，大幅提高整体的压裂效果。因此，超低密度支撑剂的研究与应用是页岩气开发领域研究的一大热点，也是今后页岩气清水压裂和无水压裂技术开发的关键。
具体实施方式
下面对最佳实施例进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。视密度测试方法和承压强度测试方法参照《syt5108-2006压裂支撑剂性能指标及测试推荐方法》。
实施例一
先将250g低品位铝矾土，45g微硅，5g氧化锰混合均匀，造粒，热等离子定型，隧道窑高温烧结1200度2h，筛分后即得超轻陶粒支撑剂。超轻陶粒支撑剂的视密度为1.38g/cm3，承压强度为69mpa。
实施例二
先将250g低品位铝矾土，45g长白石，5g碳酸锰混合均匀，造粒，热等离子定型，隧道窑高温烧结1500度2h，筛分后即得超轻陶粒支撑剂。超轻陶粒支撑剂的视密度为1.66g/cm3，承压强度为69mpa。
实施例三
先将250g低品位铝矾土，45g硅藻土，5g氢氧化锰混合均匀，造粒，热等离子定型，隧道窑高温烧结1300度2h，筛分后即得超轻陶粒支撑剂。超轻陶粒支撑剂的视密度为1.54g/cm3，承压强度为69mpa。
实施例四
先将120g低品位铝矾土，150g长白石，10g氧化锰混合均匀，造粒，热等离子定型，隧道窑高温烧结1200度3h，筛分后即得超轻陶粒支撑剂。超轻陶粒支撑剂的视密度为1.00g/cm3，承压强度为52mpa。
实施例五
先将285g低品位铝矾土，15g长白石，造粒，热等离子定型，隧道窑高温烧结1500度1h，筛分后即得超轻陶粒支撑剂。超轻陶粒支撑剂的视密度为1.70g/cm3，承压强度为86mpa。