谢晓康，牛三鑫，张涛，王正，苗洋，高峰

(太原理工大学 材料科学与工程学院，山西 太原 030024)

压裂支撑剂是应用于水力压裂中保持裂缝张开提升油气产量的固体颗粒[1-2]。目前市场上的支撑剂产品主要是天然石英砂和人造陶粒[3-5]。陶粒支撑剂因其球形度较好，抗压强度较高而得到广泛应用[6-10]。目前关于陶粒支撑剂的研究已有大量报道，主要是以铝矾土为主要原料，添加不同的添加剂改善支撑剂的性能[11-13]。由于铝矾土的成本较高，所以本文选用低成本的高岭土作为替代性原料，添加少量的ZnO改善支撑剂的性能。由于高岭土的铝含量较低，支撑剂的强度较差，故本文通过树脂覆膜的方法进一步优化陶粒支撑剂的性能。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

高岭土生料和熟料(1 000 ℃煅烧)均来自山西朔州，其主要成分见表1；环氧树脂E51型，工业级；ZnO(含量>98%)、硅烷偶联剂KH550、三乙烯四胺、硬脂酸钙均为分析纯；覆膜原料及其作用见表2。

表1 原料化学组成Table 1 Chemical compositions of the raw material

注：表中数据均为质量百分数。

表2 覆膜原料与作用Table 2 The materials and function of resin coating

KSL-1700X箱式高温炉；BRUKER D2 PHASER X射线衍射仪。

1.2 实验方法

1.2.1 陶粒制备 高岭土生料与熟料按照质量比2∶3称取3 kg，再根据实验配方加入ZnO，将其置于强力混料机中，低速混合10 min，使原料混合均匀。然后，调节混料机转速，根据成球情况，添加适量的水，得到20～40目母球。再将母球与原料1∶1混合，进行二次长大，烘干后筛分出18～30目的支撑剂生坯。将生坯置于箱式高温炉中以5 ℃/min的升温速率升温至设定温度，保温2 h后，冷却至室温。烧结过程中生坯会发生体积收缩，所以烧结后的陶粒需要再次经20～40目筛网筛分。