随着石油天然气行业的不断发展,我国油气井的开发利用正逐步由浅层井向深层井、甚至超深层井转变,水力压裂技术是实现这一目标的有效手段,这就对应用于水力压裂过程中的支撑剂质量提出了更高的要求。目前,陶粒支撑剂主要采用高品位铝矾土制备,其价格昂贵,烧成温度偏高;而低品位铝矾土储量丰富、价格便宜,但其制备的支撑剂强度偏低。因此,在较低温度下制备低密高强陶粒支撑剂能够极大地降低生产成本。结合阳泉市长青石油压裂支撑剂有限公司生产要求,以一定粒度(0.980μm~43.96μm)的低品位铝矾土和长石为原料,制备了刚玉-莫来石基低密高强陶粒支撑剂,研究了烧结温度、保温时间和升温速率对陶粒支撑剂性能的影响。此外,将实验制得的陶粒支撑剂半成品进行陈腐实验1至8周,并与未进行陈腐实验的样品进行对比,探讨了陈腐对陶粒支撑剂性能的影响。最后,以山西阳泉产的煤矸石和熟焦宝石制备了低密高强陶粒支撑剂,为煤矸石的综合利用提供了有效途径,并探讨了烧结温度对陶粒支撑剂性能的影响。主要的实验结论如下:(1)以低品位铝矾土85wt.%、长石15wt.%为配比进行制样,在烧结温度为1200℃、1220℃、1240℃、1260℃和1280℃下烧结制备了刚玉-莫来石基陶粒支撑剂,并确定了烧结温度范围为1200~1260℃。当烧结温度为1260℃时,支撑剂性能最佳,体积密度为1.53 g/cm~3,视密度为2.79 g/cm~3,52Mpa破碎率为5.81%,满足油气行业标准要求。(2)通过改变烧结工艺参数,在烧结温度为1200℃、1220℃、1240℃和1260℃下烧结制备了刚玉-莫来石基陶粒支撑剂。当烧结温度为1260℃,保温时间为2.5h,升温速率为7℃/min时,支撑剂样品破碎率最低为4.86%。(3)在陶粒支撑剂半成品陈腐实验中,随着陈腐时间的延长,支撑剂样品的破碎率先减小后增大,体积密度和视密度均显示出先增加后基本不变的趋势,并且在陈腐2周时获得支撑剂样品的性能最佳。(4)随着烧结温度的升高,基体中有刚玉相、莫来石相和蓝晶石相生成,莫来石主要呈现为针状形态,穿插于刚玉基质中,形成致密的网状结构,力学性能优良。(5)以煤矸石40wt.%、熟焦宝石60wt.%为原料所得到的陶粒支撑剂样品,主晶相为莫来石相和方石英相,随着烧结温度的升高,莫来石晶粒逐渐从针状形态改变为短柱状等轴晶系,并且粒状方石英填充在由短柱状莫来石形成的骨架结构中,支撑剂基体中气孔减少,结构趋于致密化。在1400℃时,烧结反应已经完成,烧成后的支撑剂样品体积密度为1.43 g/cm~3,视密度为2.73 g/cm~3,35Mpa、52Mpa的破碎率分别为3.77%、8.87%。