【文章內容簡介】 改變這種負的混雜技應。 3．兩種纖維在受力初期與水泥基體共 同抵抗外界荷載，當外力超過一定值后，各纖維對水泥基體復合材料的作用不同，決定了混雜纖維水泥基復合材料的獨特力學行為 4．碳一尼龍混雜纖維水泥基復合材料抗拉強度，抗彎強度、斷裂能、變形能力高于單纖維的效果。 2020年 南京工業(yè)大學材料科學與工程學院針對因射 孔和增產措施使油井水泥環(huán)產生脆性破壞，從而帶來層 間 流體竄流和套管損失率上升的問題，研制出了一種新型復合纖維增韌劑 SD。實驗結果表明：加有 SD 的水泥石的抗壓破碎能為 17398J／ m(凈漿水泥石為 10562J／ m)，抗拉破碎能為 15897J／ m(凈漿水泥石為 256J／ m)；與凈漿相比，加有 SD的水泥石的抗沖擊功提高了 7l 。加有 SD并配合使用 0． 2 USZ、 1． 2 F17B和 3 F17A的水泥漿體的綜合性能滿足固井施工的基本技術要求，且 SD與其它外加劑配伍性良好。 2020年 芳綸纖維在砂漿內呈現三維結構，形成亂向支撐體系，在砂漿試體受外力作用時，搭接在出現的裂縫處，阻止或阻礙裂紋的發(fā)展，緩解裂紋尖端的應力集中現象，減少裂縫源的數量，提高砂漿的抗折、抗?jié)B性能 [9]。 研究思路 國 內外研究 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水 泥漿（石）的影響規(guī)律。而且 在 國外研究現狀 中 ，很少有研究提到聚丙烯纖維及有機無機纖維復合改性的結果。國內對陶瓷纖維和聚丙烯纖維等有機纖維改性水泥漿體系也處于起步階段 ，甚至有些停留在理論階段 。 總的來說纖維改性水泥漿不管是優(yōu)越性能還是不良的副作用都缺少具體系統的研究。 西南石油大學本科畢業(yè)論文 6 纖維材料的選擇 用于油井水泥中的增韌纖維按其性能分為兩類：一類是彈性模量高于水泥的高強纖維，用于顯著提高強度和韌性，如鋼纖維、碳纖維、石棉、玻璃纖維，陶瓷等，其中陶瓷纖維在普通硅酸鹽水泥基體中可長時間 (至少一年 )保持其抗彎增強效果，耐久性 大大優(yōu)于抗堿玻纖，并且價格低廉；另一類是彈性模量低于水泥的纖維，如尼龍纖維、纖維素纖維 ，大部分天然纖維 等。 不同的纖維存在不同的問題，如鋼纖維攪拌時易結團，分散均勻性差，不易施工，且摻量大，成本較高；玻璃纖維在混凝土堿性介質中與堿起化學反應，耐久性較差；聚丙烯纖維是一種高強聚丙烯束狀單絲纖維，具有不吸水，化學性能穩(wěn)定，抗溫、抗酸堿腐蝕性好，不參與水泥的水化反應等特點，使用聚丙烯纖維的水泥石可提高其抗裂、抗?jié)B、抗沖擊和耐磨能力，同時改善其韌性和延展性 [10]。鑒于纖維的以上特點，本文擬采用陶瓷、聚丙烯纖維作為 固井水泥漿堵漏增韌材料。另外，由于陶瓷纖維自身提高抗壓強度的性能和聚丙烯自身顯著提高抗沖強度的性能，通過兩種纖維混摻，根據單一復合改性的實驗研究結果調整其摻量配比，以獲得最佳的復合改性水泥漿體系。 纖維材料堵漏機理分析 提高漏失井段的承壓能力，必須根據地層漏失特性和原理，選擇適合的堵漏材料和相關體系及施工措施。目前，有關理論認為，有效的縫內橋堵方法可以提高裂縫的承壓能力，防止裂縫轉向，橋堵高壓下產生的支裂縫或微裂縫。選擇合適的材料進行橋堵的原理是 [11]：① 當橋堵材料的尺寸為裂縫寬度的 2／ 3時， 可穩(wěn)定架橋于裂縫之間；②橋堵材料的尺寸為裂縫寬度的 1／ 3時，可深入裂縫內部，堆積形成橋塞 這 2種材料相結合能有效而牢固地封堵裂縫孔隙，所以在地層環(huán)境條件下 (一定的溫度和壓力 )，橋塞材料應具有一定的變形能力和塑性強度 (抗拉、抗折強度 )，與有剛性的材料配合使用，封堵裂縫的效果最好。 復合纖維改性后的水泥漿中纖維無序、均勻地分散在漿體中，封堵裂縫時，纖維在裂縫內架橋結網，水泥顆粒則充填網孔，水泥水化膠凝后與裂縫固結，起到堵漏承壓的作用 [12] 復合纖維改性水泥漿及性能探討 7 纖維材料增韌機理分析 纖維發(fā)揮了其阻裂增韌作用，其機理分析如 下 [13]：由于水泥穩(wěn)定粒料的早期塑性收縮或其他原因，普通水泥穩(wěn)定粒料內部不可避免地存在少量缺陷或微觀裂紋。在荷載尤其是沖擊動荷載作用下，材料內部缺陷或微觀裂紋尖端附近將出現應力的奇異性，巨大的應力集中降低了材料的強度尤其是抗沖擊韌性，于是宏觀裂縫便產生了。而對于低摻量聚丙烯纖維水泥穩(wěn)定粒料而言，盡管纖維摻量較低，但由于纖維細度高，混合料單位體積內的纖維根數卻較多，纖維呈三維亂向分布于混合料中。當水泥穩(wěn)定粒料中有裂紋存在時，如果裂紋位于纖維之間而不跨越纖維，纖維的鉚固作用將阻止裂紋的擴展。在裂紋剛好穿過纖維 的瞬間，基體的突然斷開必然導致纖維在與基體界面分離的部分產生應變的突變，從而使這部分纖維承受很大的拉力。此時，纖維的作用可看作是一反作用于裂紋面上的閉合力。由線彈性斷裂機理模型中最簡單直接的方法 疊加法可知，由纖維等效的閉合力產生的反向應力強度因子在裂紋穿過纖維的瞬時是巨大的，它極大地減小了裂紋總的應力強度因子，從而阻止裂紋繼續(xù)擴展。如果裂紋穿過了一系列纖維而纖維仍未被拔出或拔斷，則這些纖維產生的反向應力強度因子的總和也不容忽視，所以，纖維極大地阻止了裂紋擴展。 再者，由于纖維具有較高的強度 以及良好的變形能力，在裂紋擴展中纖維伸長量較大，而纖維的伸長變形必將吸收大量能量，因此，相對于普通水泥穩(wěn)定粒料而言，復合纖維水泥穩(wěn)定粒料的優(yōu)勢還體現在具有良好的吸收能量和變形性能，提高材料在反復沖擊荷載作用下的抵抗能力，增強材料的韌性。 研究內容 通過對現有復合纖維改性油井水泥的歸類研究，結合本文的研究思路開展對常規(guī)密度的油井水泥漿進行改性，主要研究工作包括以下幾個方面： （ 1）根據不影響常規(guī)水泥漿的穩(wěn)定性的原則，確定陶瓷纖維的最佳加量，將陶瓷纖維摻混水泥干灰配制油井水泥漿。 （ 2）根據不影響常規(guī)水泥 漿的穩(wěn)定性的原則，確定聚丙烯纖維的最佳加量，聚丙烯纖維摻混水泥干灰配制油井水泥漿。 （ 3） 分別研究評價以上各個復合改性的油井水泥漿體系的各項性能，包括 流變性實驗、力學 （抗折抗壓） 性能實驗、 失水性能 實驗。 （ 4）根據確定加量，改變加入不同尺寸纖維的實驗結果綜合評價，確定復合改西南石油大學本科畢業(yè)論文 8 性水泥漿最佳尺寸的纖維。 （ 5）確定了復合改性纖維的尺寸后改變加量，調整水泥漿的穩(wěn)定性重復復合纖維改性水泥漿的各項性能評價測試，得到一種滿足固井工程應用的復合纖維改性水泥漿體系。 技術路線 復合纖維改性水泥漿及性能探討 9 2 實驗部分 本章主要介紹了 實驗所需的 儀器 、藥品 ； 制作水泥漿水泥石 實驗 方法 及水泥漿 、水泥石 的性能評價等。 主要藥品材料 G 級油井水泥 嘉華水泥廠 XP1 消泡劑 河南衛(wèi)輝市化工有限公司 SXY2 分散劑 四川川峰化學品有限公司 HS2A 降失水劑 四川川峰化學品有限公司 陶瓷纖維 成都錦祥科技有限公司 聚丙烯纖維 成都錦祥科技有限公司 主要實驗儀器 電子天平（精度為 ） 電子天平（精度為 ） 篩盤 140 目 2NND6 型 6速旋轉粘度計 HH8 數顯恒溫水浴鍋 杰瑞爾電器有限公司 JJ2 組織搗碎機 杰瑞爾電器有限公司 OWC9380 型增壓稠化儀 沈陽航空工業(yè)學院 應用技術研究所 OWC2020DBX 型恒速攪拌機 沈陽航空工業(yè)學院 應用技術研究所 電子液壓式壓力試驗機 YA300 北京海智科技開發(fā)中心 抗 折試驗機 無錫機械研究所 高溫高壓失水儀 沈陽航空工業(yè)學院 應用技術研究所 燒杯、量筒、玻璃棒、 木棒、瓷磚板 等。 西南石油大學本科畢業(yè)論文 10 水泥漿（石）性能評價 制漿 ① 按 SY/T 55041996 要求配漿。 利用 140 目篩子細化水泥干灰后， 稱取600/800/1200gG 級水泥， 264/352/528g水，外加劑采用外摻法，水摻量為占水泥干灰 總重的百分數 44%（ %， BWOC）。 ② 將所需的水倒入攪拌漿杯 中，打開低速檔 （ 4000r/min177。 200r/min） ，在 15s內把配好的水泥干灰及添加劑倒入漿杯，蓋上漿杯蓋。 ③ 倒開（調整）到高速檔（ 12020r/min177。 500r/min） ,繼續(xù)攪拌 35177。 1s。 ④ 移除漿液，洗凈設備。 水泥漿密度的測定 ① 在樣品杯中加入水泥漿至樣品杯上緣約 6mm 處。 ② 將蓋子放在樣品杯上，打開蓋子上的單向閥。使蓋子外緣和樣品杯上緣表面接觸，過量的水泥漿通過單向閥排出。將單向閥向上拉到封閉位置，用水洗凈、 擦干樣品 杯和螺紋，然后將螺紋蓋帽擰在樣品杯上。 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，直至單向閥自動封閉。 ④ 將樣品杯外殼洗凈、擦干，然后將密度計放在支架上，移動游碼，使游梁處于平衡狀態(tài)。讀出游碼箭頭一側的密度值。 水泥漿流變性能的 評