支撑剂作为油气开采过程中的关键施工材料,其性能的好坏决定着油气采集率的高低。采用高强度的支撑剂能有效保持地层裂缝油气通道,从而提高导流能力。但是高强度支撑剂往往伴随着高密度的缺点,不便于支撑剂的泵送。本文以低密度为研究目标,从内部孔隙降低密度角度出发,分别以SiO2粉、铝矾土为球壳包覆材料,选用模板法制备具有单一中空结构的空心支撑剂。借助热重分析仪分析了所用成孔剂的热解特性。重点使用体式显微镜、扫描电子显微镜观察空心支撑剂的粒径、表面形貌、断面空隙结构和晶粒形貌。在普通陶粒支撑剂的性能表征方法基础上,增加了单粒抗压和等静压破碎率测试,以对空心陶粒支撑剂的强度进行多种方式表征。探讨了单孔支撑剂的曲率半径对其主要性能的影响,建立了空心支撑剂的曲率半径与单粒抗压值之间的粗略计算公式。通过对空心陶粒支撑剂的制备及主要性能研究,主要得到了以下几点结论:1)热分析和成球结果表明,以尿素为成孔模板制备的空心支撑剂成球、成孔性能优于PS球、淀粉、酚醛树脂。以尿素、SiO2粉为原料获得的坯体经长时间排胶处理和1200 ℃烧结后,能够获得中空单孔型石英质空心支撑剂,且该成孔方法适合于制备单一中空结构的支撑剂。制备出的石英质空心支撑剂物相以α-石英相为主,无α-方石英存在。同时石英质支撑剂中存在少量的玻璃相,有助于提高空心球的圆球度,支撑剂颗粒之间无明显的粘连现象,分散性好。空心支撑剂球壳中只含有少量的孔隙,强度较高。2)对低品位铝矾土原料经进行处理更有利于该型铝矾土支撑剂的致密化烧结,提高样品的强度。选用尿素为成孔模板,参照石英质空心支撑剂的排胶工艺仍然能够制备出铝矾土空心陶粒支撑剂,这种空心陶粒支撑剂具有完整的中空单孔结构,球壳断面中只有少量孔径小于10 μm的孔隙。采用低品位铝矾土制备出的铝矾土空心陶粒支撑剂强度值比同种粒径规格的石英质空心支撑剂高。3)空心支撑剂的壁厚t在200~450 μm,半径R在350~1200 μm,即曲率半径ξ(ξ=t/r)范围为0.5~3时,石英质、铝矾土空心陶粒支撑剂的单粒抗压值与其空心内半径r、壁厚t分别满足如下大致关系:F = f(r)·g(t)=1.7695×10-4(r-0.1903 +1)·t24153、F = f(r)·g(t)=9.6430×10-5(r-001758 +1)·t22695,这表明壁厚对空心陶粒支撑单粒抗压强度值的影响大于空心内半径对单粒抗压强度的影响。4)空心内半径为200 μm、壁厚为200 μm的石英质空心支撑剂性能略优于天然石英砂,且这种粒径规格的空心陶粒支撑剂均能承受100 MPa的等静压,100 MPa下的累积破碎率为零,颗粒表面无裂纹。该型支撑剂可适用于浅层油气井。