【正文】 復(fù)合纖維改性水泥漿及性能探討 23 致謝 本論文的完成，自始至終得到指導(dǎo)老師郭小陽 教授 、程小偉老師 的指導(dǎo)，在此表示最真誠的感謝。 （ 6）加入纖維可以提高水泥漿的堵漏效果，并且在分散均勻 （陶瓷纖維 1%， PP纖維 %以下） 的條件下，纖維摻量與堵漏效果成正比。 （ 2） 陶瓷纖維加量在 %，其流變性 能 、抗折強(qiáng)度 最佳； 加量在 %時(shí)其抗壓強(qiáng)度、漏失性能 最佳 。 陶瓷 聚丙烯復(fù)合纖維改性水泥漿（石） 由于單獨(dú)使用陶瓷纖維、聚丙烯纖維改性水泥漿（石），其抗折性能得到提高，抗壓 性能沒有降低，甚至有上升的情況下，流變性也比較樂觀，故可以使用兩種纖維復(fù)合改性。 失水 性能測(cè)定 在 配水泥干灰時(shí)加入不同比例的陶瓷、聚丙烯纖維 %、 %、 %、等，攪拌均勻后稠化，使用 高溫高壓 （ 500C， ） 失水儀 測(cè)試其漏失情況。而是否篩灰對(duì)水泥石的固化成型也有較大影響，篩后做出的水泥石 外觀和內(nèi)部明顯細(xì)膩充實(shí)。 流變 性能的測(cè)定 在配水泥干灰時(shí)加入不同比例的陶瓷、聚丙烯纖維 %、 %、 %、 %等，攪拌均勻后稠化，使用 6 速流變儀測(cè)定。 表 抗壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 代號(hào) 陶瓷纖維 聚丙烯纖維 抗壓強(qiáng)度 MPa C1 C2 T1 % T2 % T3 % P1 % P2 % P3 % 對(duì)上表的數(shù)據(jù)可以看出， 加入一定量的纖維后，水泥石的抗壓強(qiáng)度明顯變化。 相對(duì) 最 適合水泥漿改性， 故初步選擇 2號(hào)配方 。 ② 打開液壓油開關(guān)，將試樣放入抗壓測(cè)試平臺(tái)中央。 ② 在模具上涂黃油備用。 ③ 稠化水泥漿，稠化完畢后，取出用木棒攪拌均勻。 ③ 待漿液流動(dòng)穩(wěn)定后，用直尺測(cè)量其長寬。 ③ 將樣品杯放在粘度計(jì)載物臺(tái)上， 粘度計(jì)以 600r/min 的速度旋轉(zhuǎn)，升高載物臺(tái)使?jié){液到達(dá)外筒表面刻度線處并固定。 ③ 用 專用加壓活塞筒吸取適量水泥漿，通過單向閥注入樣品杯中，直至單向閥自動(dòng)封閉。 ③ 倒開（調(diào)整）到高速檔（ 12020r/min177。 （ 4）根據(jù)確定加量，改變加入不同尺寸纖維的實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合評(píng)價(jià)，確定復(fù)合改西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 8 性水泥漿最佳尺寸的纖維。在裂紋剛好穿過纖維 的瞬間，基體的突然斷開必然導(dǎo)致纖維在與基體界面分離的部分產(chǎn)生應(yīng)變的突變，從而使這部分纖維承受很大的拉力。另外，由于陶瓷纖維自身提高抗壓強(qiáng)度的性能和聚丙烯自身顯著提高抗沖強(qiáng)度的性能，通過兩種纖維混摻，根據(jù)單一復(fù)合改性的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果調(diào)整其摻量配比，以獲得最佳的復(fù)合改性水泥漿體系。 2020年 芳綸纖維在砂漿內(nèi)呈現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)，形成亂向支撐體系，在砂漿試體受外力作用時(shí)，搭接在出現(xiàn)的裂縫處，阻止或阻礙裂紋的發(fā)展，緩解裂紋尖端的應(yīng)力集中現(xiàn)象，減少裂縫源的數(shù)量，提高砂漿的抗折、抗?jié)B性能 [9]。纖維水泥漿屬于特種水泥漿體系，復(fù)合纖維改性水泥漿及性能探討 5 具有增韌、防漏兩大特點(diǎn)。二次竄流。纖維水泥漿主要推薦用于固井時(shí)的堵漏，如固井過程中的循環(huán)漏失及打水泥塞等。 2020年 SPE學(xué)術(shù)論壇研 究得到， AFCS水泥漿體系利用特定尺寸硅基纖維，結(jié)合西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 4 HPLW泥漿有效控制和防止高漏失、天然或人為裂縫、溶蝕孔隙地層的漏失。水化硅酸鈣凝膠為纖維狀薄片，從礦物顆粒上向外伸展出去，逐漸形成一連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，與水化硫鋁酸鈣，氫氧化鈣等晶體互相穿插，填充于水泥顆粒的空間，增加它們之間的粘結(jié)，使水泥強(qiáng)度不斷提高。為了適應(yīng)不同井深的需要和防止地層流體中硫酸鹽對(duì)水泥石的腐蝕，有多種級(jí)別、類型的油井水泥可供選用。這些方 法系統(tǒng)可以歸納成兩大類。在正確固井設(shè)計(jì)的前提下，固井水泥漿質(zhì)量的好壞就是固井成功的關(guān)鍵所在 [4]。對(duì)于小間 隙環(huán)空和薄油層固井而言，由于水泥環(huán)很薄，水泥石的完整性必須得到保證，否則油井壽命將受到嚴(yán)重影響。 由于其優(yōu)異的改性性能， 陶瓷、聚丙烯 纖維水泥漿體系在固井工程有廣闊的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞： 固井水泥 陶瓷纖維 聚丙烯纖維 性能 抗壓抗折 堵漏 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 2 Abstract At present, oil field exploitation of the environment and technology get more and more plex at home and abroad, solidwater slurry (Stone) is forced higher and higher performance requirements. In this paper, modified in recent years on the fiber cement slurry system studies the impact the law of the impact of fiber content on the performance, plugging and water loss, such as weaknesses in performance make a tests conducted studies. paper chose the ceramic fiber and polypropylene fiber put into the oil well cement posites together as well as one by one, including rheology, flexural strength performance, loss of performance for optimization and research. Experiments e to the conclusion: When ceramic fiber and polypropylene fiber content of %, its rheological properties did not deteriorate, and bending around a 40% increase in performance, pression performance of more than 30% ， this is the most valuable effect； Fiber cement’s slurry water content has the best rate of increase in the volume of existence。 針對(duì)上述問題，固井工程必須解決水泥漿漏失和水泥石增韌的問題。 固井作業(yè)被認(rèn)為是一口井在整個(gè)施工過程中最重要的組成部分，而固井質(zhì)量是影響油井產(chǎn)能的最重要因素。傳統(tǒng)方法包括下列顆粒、纖維和片狀材料與鉆探階段的鉆井液或鉆井、固井時(shí)的水泥漿混合。美國石油學(xué)會(huì)（ API）規(guī)定了 8 種級(jí)別的油井水泥，我國也參照 API 標(biāo)準(zhǔn)制定了油井水泥的標(biāo)準(zhǔn)。水泥的水化反應(yīng)是一個(gè)不斷進(jìn)行的過程。這些易分散的纖維 組成纖維網(wǎng)作為橋接固體粒子的平臺(tái)，防止進(jìn)一步出現(xiàn)漏失。在常規(guī)固井過程中，該水泥漿體系也具有很好的堵漏作用。維持水 泥環(huán)密封性能，延長油氣井生產(chǎn)壽命，大港鉆采院當(dāng)年開始進(jìn)行。 目前，該體系在大港油田內(nèi)外已成功應(yīng)用了 10口井，油層套管固井質(zhì)量良好，低壓易漏油氣藏的固井成功率達(dá)到 100％。 研究思路 國 內(nèi)外研究 雖然一直在說纖維改性水泥漿體系的優(yōu)越性能，但沒有具體介紹纖維加量的對(duì)水 泥漿（石）的影響規(guī)律。 纖維材料堵漏機(jī)理分析 提高漏失井段的承壓能力，必須根據(jù)地層漏失特性和原理，選擇適合的堵漏材料和相關(guān)體系及施工措施。此時(shí)，纖維的作用可看作是一反作用于裂紋面上的閉合力。 （ 5）確定了復(fù)合改性纖維的尺寸后改變加量，調(diào)整水泥漿的穩(wěn)定性重復(fù)復(fù)合纖維改性水泥漿的各項(xiàng)性能評(píng)價(jià)測(cè)試，得到一種滿足固井工程應(yīng)用的復(fù)合纖維改性水泥漿體系。 500r/min） ,繼續(xù)攪拌 35177。 ④ 將樣品杯外殼洗凈、擦干，然后將密度計(jì)放在支架上，移動(dòng)游碼，使游梁處于平衡狀態(tài)。 復(fù)合纖維改性水泥漿及性能探討 11 ④ 從漿液到達(dá)外筒刻度秒開始， 60s 后讀出刻度盤上的讀數(shù)，然后立即將儀器轉(zhuǎn)換到 300r/min 的轉(zhuǎn)速檔， 20s后讀出刻度盤上的讀數(shù)，再將儀器立即轉(zhuǎn)換到200r/min 的轉(zhuǎn)速檔， 20s 后讀出刻度盤上的讀數(shù) ，依次為 200r/min、 6r/min、 3r/min。 ④ 將 水泥漿倒入常壓稠化儀漿杯中。 ④ 從加熱筒中取出失水儀漿筒并關(guān)閉其頂閥。 ③ 將稠化好的水泥漿均勻倒入模具（長方形、圓柱形）中，密封好。 ③ 啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，關(guān)閉液壓油開關(guān)，保持壓力加量為 25N。 N流動(dòng)指數(shù) K稠度系數(shù) φ 300轉(zhuǎn)速為 300r/min 時(shí)粘度計(jì)的讀數(shù) n=（ φ 300/φ 100 ） K=（ φ 300/ 511） n 纖維加量范圍的確定 及性能測(cè)定 通過 多 次對(duì)比試驗(yàn)基本上確定了纖維的加量范圍，陶瓷纖維在 %177。當(dāng)纖維加量在 %附近時(shí) 水泥石的抗壓強(qiáng)度 有增加 趨勢(shì)。試驗(yàn)研究得出纖維的加入對(duì)水泥漿的流變性能有影響。 得出結(jié)果 ，纖維的加入對(duì)水泥石的抗折強(qiáng)度有很大影響，特別是在 %%時(shí)有很好的抗折強(qiáng)度。試驗(yàn)研究得出纖維的加入對(duì)漿的流動(dòng)性能有影響。其性能測(cè)試如下： 表 復(fù)合纖維改性水泥漿系統(tǒng)分析 代號(hào) 陶瓷纖維 聚丙烯 纖維 流變性 抗折強(qiáng)度 MPa 抗壓強(qiáng)度 KN/cm2 備注 TP1 % % 140/76/53/29/2/1 分散不均 TP2 % % 150/89/60/32/3/1 分散不均，大部分陶瓷纖維未斷 TP3 % % 138/74/52/33/2/1 比較均勻 TP4 % % 147/90/58/34/2/1 分散均勻，一部分陶瓷纖維未斷