水基钻屑是页岩气二开斜井段的主要固体废弃物,其累积堆积不仅会占用大量土地资源,还会造成环境污染,成为我国页岩气开采过程中环境保护的主要难题之一。陶粒支撑剂是油气开采过程中水力压裂作业的关键性材料,得到了广泛的应用。本研究旨在利用水基钻屑代替部分铝矾土,制备广泛用于提高油气田产量的低密度陶粒支撑剂,以期实现水基钻屑的安全环保处置及资源化综合利用。课题研究中首先将原料水基钻屑、铝矾土和烧结助剂锰粉,按不同比例混合均匀,在不同温度下烧结后,考察支撑剂的主要性能。探讨了不同烧结温度、烧结时间和原料配比对支撑剂性能的影响,并利用XRD、SEM对支撑剂样品进行了微观结构和晶相分析。接着通过添加烧结助剂氧化铁和酸处理水基钻屑两种方法,进行水基钻屑掺量优化试验研究。最后开展了支撑剂烧结过程的热动力分析。得到如下试验结论:(1)烧结温度、烧结时间和原料配比对陶粒支撑剂的主要性能的影响较大。同一原料配比的支撑剂样品,破碎率随烧结温度和烧结时间的升高先降低后升高,体积密度和视密度则与之相反;1350℃烧成的支撑剂,随着水基钻屑掺量的增加,样品的破碎率先降低后升高,出现最低值,密度先升高后降低。而且添加适量水基钻屑时,样品的莫来石相衍射峰增强,晶粒尺寸变大,与刚玉相晶粒交织形成网状骨架结构,显著提高了支撑剂的强度;当添加40g水基钻屑、160g铝矾土和8g锰粉时,1350℃下烧结制备的支撑剂性能最佳,体积密度为1.47g/cm~3,视密度为2.67g/cm~3,52Mpa闭合压力下破碎率为4.02;,满足石油天然气行业标准SY/T5108-2014《水力压裂和砾石充填作业用支撑剂性能测试方法》的要求。(2)陶粒支撑剂在1420℃下烧结时,随着氧化铁掺量和酸处理水基钻屑的量增加,样品的破碎率先降低后升高,体积密度和视密度先升高后降低。原料配比为140g铝矾土、100ml的1:1盐酸处理后的60g水基钻屑、8g锰矿粉和4g氧化铁,在1420℃下烧结2.0h时,支撑剂性能表现最好,酸溶解度为5.43;,52Mpa下破碎率为7.03;,体积密度和视密度分别为1.51 g/cm~3和2.77 g/cm~3,满足标准SY/T5108-2014的要求。说明这两种方法实现了提高水基钻屑掺量的目标,由20;提高到了30;。(3)水基钻屑制备陶粒支撑剂的晶相转变属于一级动力学反应,Z-12号样品相关系数R~2为0.9976,Coats-Redfern积分法得到的线性方程相关性很好。随着水基钻屑的增加,活化能先降低后升高,添加40g钻屑时,Z-11号样品的活化能出现最小值52.22kJ/mol;随着酸处理量的增加,活化能呈现升高的趋势。更多还原