煤层气属于非常规天然气,我国煤层气资源储量丰富,居世界第三。目前,煤层气井的开采朝着地面钻井的趋势发展,其中的水力压裂环节需求大量的压裂支撑剂。山西省的煤层气埋藏在2000m以内,压裂施工选用的支撑剂主要是树脂覆膜石英砂,但是石英砂存在强度较低、易于破碎、圆度与球度差、品种单一、来源有限等缺点,且石英砂的开采与国家环保政策不符。煤层气与石油、页岩气水力压裂相比,支撑剂服役闭合压力较低,一般要求在35MPa闭合压力下破碎率要求小于10%,技术参数的差异,使现有的石油压裂支撑剂行业利用煤矸石等固体废弃物生产煤层气井用支撑剂成为可能。为了解决开采闭合压力稍高于浅井气层无匹配支撑剂的问题,我们研究了煤矸石制备煤层气井用陶粒支撑剂的制备工艺,得到一些利用煤矸石制备陶粒支撑剂的阶段性成果。研究了阳泉地区煤矸石煅烧特性,煤矸石的TGA-DSC结果表明:在煤矸石的煅烧过程中,分别在30℃~280℃、450℃~750℃、1000℃~1300℃温度区间有明显质量或热量变化。结合煤矸石在相应温度区段煅烧产物的XRD和SEM来分析结果知:煤矸石煅烧过程中发生的变化有30℃~280℃脱去吸附水,450℃~750℃脱去结构水,并伴随有碳和硫的氧化物及烟尘排出,1000℃~1150℃偏高岭石向Al-Si尖晶石、莫来石和SiO2转变的固相反应,1150℃~1300℃温度范围内大量Al-Si尖晶石转变为莫来石和石英。1300℃~1500℃温度范围内,质量几乎没有变化,也没有能量峰谷波动。通过煤矸石煅烧特性研究,为后续利用煤矸石制陶粒支撑剂的烧结制度制定提供了基础性的理论支持。采用煤矸石和II级铝矾土为主要原料,制备了陶粒支撑剂,并研究了煤矸石利用量90wt%~10wt%与烧结温度对其性能的影响。结果表明:在利用量为50wt%的时候,1300℃制备的支撑剂35MPa下破碎率为9.86%,体积密度为1.29g/cm3,满足煤层气井工业标准要求,而在利用量超过了70wt%的时候,破碎率超出了煤层气井的使用要求。综合考虑,确定了在本文实验条件下,满足工业标准下的煤矸石最大掺量为50wt%。以50wt%煤矸石掺加量为例探究烧结温度对陶粒性能的影响,结果表明:结晶相有莫来石和石英,随着温度升高,莫来石相含量逐渐增多,且结晶度也越来越好;在温度超过1350℃时,样品过烧,莫来石被液相包裹;随着温度升高,样品破碎率呈先降低后升高的趋势,体积密度呈先上升后下降的趋势;1250℃烧结下的样品性能最好,体积密度为1.31g/cm3,35MPa下破碎率为8.13%。