【正文】 加金屬纖維。 由 于水泥基材自身的多相、多組分、多尺度層次的非均質(zhì)結(jié)構(gòu)特性，導致單一纖維的增強增韌效果有限，將 無機纖維 CSD66 和金屬纖維復配 ，使其在水泥基材中 不 同結(jié)構(gòu)、 不 同性能層次上阻裂與增韌，充分發(fā)揮纖維的尺度和性能效應， 并 在 不 同的微觀層次上相互協(xié)調(diào)、相互補充，達到提高水泥石韌性的目的。該觀點認為 :復合材料中各相是通過界面 結(jié)合而成整體的。第一相為基相，第二相為分散相。本文分析 原因如下： （ 1） 金屬纖維 的密度 較大 ，當加量增多時水泥漿懸浮金屬纖維的能力下降，部分 金屬纖維 下沉，導致金屬纖維分布不均 勻 呈上疏下密的情況， 從而使得抗壓強度減小。 抗折強度實驗做完后，模子沒有完全斷裂，裂縫之間有纖維連接 ， 從圖 312 和 313 可很明顯的看出。 抗壓強度在 加量為 %后增大速度變慢， 變化較小。在做抗壓強度的實驗中出現(xiàn)了明顯的 分層的模子： %加量。 (2)邊壁效應。其中模板尺寸與振搗的方式和時間是對鋼纖維在 水泥漿中的分布和取向最主要的兩種不利因素。但有時由于 金屬 纖維 的材質(zhì)較脆，攪拌時也易發(fā)生折斷，影響增強效果。將 金屬 纖維 表面壓痕，或壓成波形，增加機械西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 18 粘結(jié)力 。 金屬 纖維 的粘結(jié)強度包括兩方面內(nèi)容 :①兩種不同 材料間的粘著力 。 橡膠粉、纖維及 二元復合 對 水泥 石力 學 性能 的影響 17 金屬纖維 特征 及主要性能 高密度 ，呈 金屬 波浪 狀 ，長度 8~20mm，等效直徑 大約 圖 38 金屬纖維 (1)抗拉強度 :為使 金屬 纖維 水泥 石 具有良好的力學性能，要求 金屬 纖維 具有一定的抗拉強度。故摻入適量纖維 ， 水泥石的斷裂能可提高數(shù)百倍。在疲勞載荷作用 下 阻止裂縫擴展 。在受荷初期 ， 基體是主要承受外力者 。 纖維材料之所以能使得強度 韌性 提高 ， 其主要原因是材料中纖維數(shù)達 3000萬根 /千克 14]， 即纖維有效地阻 止 了基體裂紋擴展 。 可以看出，纖維對水泥 石 的抗折強度影響比抗壓強度影響更大。 圖片如下 圖 35 加入 CSD66 纖維的模子壓 碎 圖像 橡膠粉、纖維及 二元復合 對 水泥 石力 學 性能 的影響 15 圖 36 沒有加纖維的模子 斷裂 后的圖像： 圖 37 加有纖維的模子斷裂后的圖像 通過表 31 和 32 可以發(fā)現(xiàn)： 當 隨著 CDS66 量的增加，抗壓強度 總趨勢 是增大的， 但也存在減小的情況。 具體方法是 :將 加 量不 同纖維材料的水泥石試件，養(yǎng) 護到 24 小時 后取出，用壓力機或抗折儀測量，根據(jù)其 24 小時 的抗壓強度和抗折強度試驗結(jié)果確定適宜的纖維 加量 。 應用于水泥漿中的纖維通?？煞譃閯傂岳w維和非剛性纖維，非剛性纖維又分為高彈模纖維和低彈模纖維。②纖維的長度 :纖維過長，影響水泥漿體的流變性能和施 工 性能 :纖維過短，對水泥石韌性和抗沖擊性能的改善小是很顯著。 盡管纖維間距理論只強調(diào)纖維間距的影響，且尚有不全面之外，但是對纖維混凝土的增強機理至今仍有指導作用。 Romualdi 等人從線彈性斷裂力學原理出發(fā)，提出以纖維平均間距作為基本參數(shù)的增強機理，稱為纖維間距理論。 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 10 纖維增強及增韌油井水泥作用機制 截 至 到目前，關于纖維增強、增韌水泥及混凝土的論述還基本處于假定狀態(tài)，如果能夠準確把握微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能的量化關系，必將極大地促進纖維水泥及其混凝土的增強、增韌機理，從而推動纖維增強增韌復合材料的研究與應用。 在固井中，影響固井質(zhì)量的一個重要原因是由于水泥固有的收縮導致了套管和水泥環(huán)之間出現(xiàn)縫隙，在水泥石中摻入纖維，可有效減少水泥石硬化過程中的體積收縮，使得水泥環(huán)和套管之間的粘結(jié)牢固，防止微間隙的形成。 （ 2） 提高水泥石的抗裂性。③纖維可以對水泥石中缺陷處的裂紋尖端應力場形成屏蔽，從而提高水泥石的斷裂韌性。原因在 于 水泥石 內(nèi)部的微裂縫對抗折強度影響遠大 于 對抗壓強度的影響。橡膠粉在水泥的膠結(jié)作用下，與孔隙的壁粘結(jié)成具西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 8 有一定強度的結(jié)構(gòu)，在 水泥 石 受壓時能負擔并緩沖一部分應力，且可以消除孔縫中存在的應力集中點，約束微裂縫的發(fā)展。 結(jié)果 分析 橡膠粉在 水泥 石 中作用有兩方面 [6]。 在加 量為 5%時 抗壓強度 減小 了 %， 是最佳 加量 。所以一般而言 橡膠 粉的加入會使 水泥 石 的力學性能如彈性模量、抗壓強度 等出現(xiàn) 下 降。 圖片如下： 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 4 圖 22 橡膠粉與水泥漿混合圖片 橡膠粉 作為一種惰性顆粒材料，雖經(jīng)表面親水處理，添加到油井水泥漿中仍將對油井水泥石抗壓強度有較大的影 響，油井水泥石抗壓強度的降低與 橡膠粉 添加量及粒徑分布有關。 橡膠粉、纖維及 二元復合 對 水泥 石力 學 性能 的影響 3 2 橡膠粉對水泥 石力學 性能的影響 橡膠粉的選材 及應用依據(jù) 我選用 的 橡膠粉 ，是將回收的廢舊輪胎經(jīng)過常溫橡膠粉碎機粉碎，再通過顆粒分級篩選和后期改性而成。 通過實驗， 弄清 橡膠粉對 水泥石 抗壓強度 和 抗 折 強度 的影響規(guī)律，找出最佳加 量。 明確 橡膠粉 、纖維及其復合材料對水泥石力學形變能力的影響及改善效果 。 纖維的加入可以提高 水泥石 抗壓強度和抗折強度，有利于改善 水泥石 的 韌 性，但對水泥漿的粘度，流動度有一定影響。 在分析影響固井質(zhì)量因素的基礎上 ,提出對提高固井質(zhì)量的看法 ,并從化學的角度改善水泥漿體系 ,從而提高固井質(zhì)量 ,延長油井壽命。 固井工程是鉆井完井工程中的一個重要環(huán)節(jié) ,油氣井固井質(zhì)量是保證油氣井壽命 ,提高采收率以及合理開發(fā)油氣資源的關鍵技術之一。 Rubber powder 3%, metal fibers %. Papers experiment clarified the rubber powder and two pairs of fiber cement pressive and flexural strength’s law, and with pressive strength and flexural strength tests and crisp coefficient analysis, determine the rubber powder and inanic fiber and metal fiber in the best ratio. Experimental results provided the experimental data support for improvement the mechanical properties of cement. Keywords： Compressive strength； Flexural strength； Rubber powder； Inanic fibers。 論文通過實驗弄清了橡膠粉和兩種纖維材料對水泥石抗壓、抗折強度的影響規(guī)律，并通過抗壓強度和抗折強度實驗及脆度系數(shù)分析，確定了橡膠粉和 無機 纖維及金屬纖維的最佳配比，相關實驗結(jié)果為水泥 石 的力學性能改善提供了實驗數(shù)據(jù)支撐。摘要 水泥石是構(gòu)成 井下 水泥環(huán)的主要材料，屬于有先天微觀缺陷的脆性材料 ，其抗拉強度低 、抗破裂性能及 抗沖擊性能差 ，現(xiàn)有材料中橡膠粉和纖維均能在一定程度上改善水泥石力學性能 。 通過抗壓和抗折實驗確定了橡膠 成 分與纖維材料的最佳二元復合配比 ：橡膠粉 3%+無機纖維 %；橡膠粉 3%+金屬纖維 %。 C water tank conservation 24 hours before measuring the cement pressive strength and flexural strength. Experiments show after rubber powder adding to cement, the cement pressive strength and flexural strength both have dropped. But there is an optimum amount of volume makes the minimum pressive strength decreased. The pressive and flexural strength of fiber cement has increased, bending strength of the best dosage makes the biggest increase in bending strength, inanic fiber and metal fiber bending strength of the best dosage is %. And the pressive strength with more % fiber has a little change, the growth rate has a few small changes. With pression and bending experiment with a rubberfiber material in the best binary posite ratio : rubber powder 3% inanic fibers %。水泥環(huán)的形成主要是為了懸掛和保護套管，減少 和延緩地層對套管的作用，改善套管的受力狀態(tài)，延長套管的使 用壽命，它和套管共同起到層間封隔的作用 [1,2]。 如何提高中后期油氣井的固井質(zhì)量是目前油氣鉆井工程所面臨的突出問題 ,也是提高油井壽命 、 保證穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要措施 。但是對于 水泥石 的抗壓強度和抗折強度有 一定的負面影響。 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 2 研究目標、思路及研究內(nèi)容 研究目標 論文圍繞水泥 石 力學性能進行水 泥漿材料設計研究，通過室內(nèi)材料設計優(yōu)化油井水泥漿性能，提高 水泥石 抗 沖擊 能力和改善水泥石的力學形變能力。 實驗常用數(shù)據(jù)： 常規(guī) 密度 ， 水灰比 外加摻量： 降 失水劑 LT2 為 1%； 分散劑 SXY2 為 % 不同摻量的橡膠粉對水泥漿抗壓強度和 抗 折 強度 的影響 抗壓強度實驗模型上部直徑 65mm，下部直徑 75mm 抗折強度實驗模型為 40mm 40 mm 160 mm 的長方體 研究內(nèi)容 （ 1） 橡膠粉對水泥石 力學 性能的影響規(guī)律 。 （ 3） 通過實驗確定橡膠粉和纖維材料在油井水泥漿中二元復合最佳 配 比。由于橡膠粉是一種惰性有機材料，表面憎水，難以與水泥石形成結(jié)構(gòu)，當直接添加在水泥漿中時，其難以分散均勻，在凝固的水泥石中橡膠粉常團聚在 一起。 橡膠粉對水泥石 抗壓強度 和抗折強度 的影響 實驗結(jié)果 橡膠 粉與 水泥 漿的密度相差較大，加入 水泥漿 后一方面會使其密度 下 降，另一方面 橡膠 粉與 水泥漿 之間的親和力較弱，加入后會使其結(jié)構(gòu)變得疏松。 02468101214160 2 4 6 8橡膠粉加量（%）抗壓強度（MPa） 圖 23 橡膠粉不同加量對應水泥石抗壓強度曲線 沒有加入橡膠粉的模子在壓裂后 出現(xiàn)大量裂縫和表皮脫落等現(xiàn)象，而加入 橡膠粉 的模子在壓裂后 只有一條微裂縫而且沒有 脫落現(xiàn)象，對比照片如下 ： 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 6 圖 24 不加橡膠 粉 水泥 石 破碎圖 圖 25 加入橡膠粉水