【導(dǎo)讀】本文針對(duì)近年來對(duì)纖維改性水泥漿體系研究中纖維摻量對(duì)性能影響規(guī)律、堵漏及失水性能測(cè)試等薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了探討研究。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

　　

【正文】 。這是由于，纖維加量的增加，使其在水泥石中的分布率（體積 /纖維量）大大降低，使纖維水泥配合出現(xiàn)盲區(qū)，纖維之間相互滑移，使抗折性能降低 。 纖維增強(qiáng)抗折性能原理在于纖維本身的塑性變化以及斷裂，大大消耗了水泥石斷面的應(yīng)力。 陶瓷纖維 斷面 陶瓷纖維水泥斷面 復(fù)合纖維改性水泥漿及性能探討 17 水泥斷面 流動(dòng)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，攪拌均勻后稠化前后，分別測(cè)試其流動(dòng)性。試驗(yàn)研究得出纖維的加入對(duì)水泥漿的流動(dòng)性能有影響。 表 水泥漿流動(dòng)性試驗(yàn)分析 代號(hào) LC1 LC2 LC3 LT1 LT2 LT3 LP1 LP2 LP3 流動(dòng) 度常溫 31 34 35 28 28 25 30 28 27 流動(dòng)度 50 度 35 35 38 28 30 26 30 30 29 由 上表可知，纖維的加入對(duì)水泥漿的流動(dòng)性影響不大， 從而使此類纖維水泥漿在實(shí)際應(yīng)用有了很大的可行性。 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。試驗(yàn)研究得出纖維的加入對(duì)漿的流動(dòng)性能有影響。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 18 表 纖維對(duì)水泥漿流動(dòng)漏失性的分析 代號(hào) 陶瓷 纖維 聚丙烯 纖維 漏失量 ml（ 15’’） 漏失量 ml（ 7’30’’） 備注 LC1 設(shè)備故障 LC2 設(shè)備故障 LC3 6 LT1 % 6 30 LT2 % 7 28 LT3 % 5 32 LP1 % 7 分散不均 LP2 % 4 30 LP3 % 7 29 由 上表可知：加入纖維 %左右時(shí)，水泥漿的失水量相對(duì)基漿呈下降趨勢(shì)，故可以得出結(jié)論：纖維的加入量對(duì)于失水的降低有最優(yōu)值，而對(duì)于綜合改性來說， %加量，是優(yōu)秀的選擇。 得出結(jié)果 纖維加入水泥漿后，可以降低泥漿的失水量，而且 效果明顯。在力學(xué)性能最佳加量情況下，也能降低失水量。 復(fù)合纖維改性水泥漿及性能探討 19 堵漏 性能測(cè)定 上圖 為 堵漏試驗(yàn)的示意圖，纖維橋接于水泥漿縫隙之間，形成網(wǎng)絡(luò) ，固定固體粒子，從而起到堵漏作用。 表 2mm 寬 縫 板堵漏實(shí)驗(yàn) 陶瓷纖維 % 溫度℃ 濾液 mL 堵漏效果 配方一 ％ 90 不穩(wěn)定 配方二 ％ 90 不穩(wěn)定 配方三 ％ 90 20 堵住 配方四 ％ 90 16 完全堵住 配方五 1％ 90 16 完全堵住 1 3 2 4 5 6 7 8 圖 堵漏裝置 示意圖 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 20 表 2mm寬縫板堵漏實(shí)驗(yàn) 聚丙烯纖維 溫度℃ 濾液 mL 堵漏效果 配方一 % 90 19 堵住 配方二 % 90 32 堵住 配方三 % 90 75 堵住 由試驗(yàn)數(shù)據(jù)得知 ：使用的纖維密集度越高，觀察到的封堵效率越好。然而， 很明顯 ，對(duì)漿體中纖維的密集度有一個(gè)限制否則將有負(fù)面影響，如：纖維將浮在水泥漿表面，形成“毛球” ，堵漏效果反而降低 。 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。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 有上表可知： 抗折性能相對(duì)基漿水泥石都有所提升，但效果不夠理想。 是簡(jiǎn)單的兩種纖維改性性能的疊加，所以在抗折抗壓過程中，纖維阻止破壞的作用次序有先后，期間會(huì)相互影響。 3 兩種長(zhǎng)度差別較大纖維復(fù)合改性時(shí)，纖維易結(jié)團(tuán)，建立起網(wǎng)狀體系，造成分散不均勻。 圖 長(zhǎng)度相差較大纖維混合易結(jié)團(tuán) 復(fù)合纖維改性水泥漿及性能探討 21 水泥漿（石）外觀性質(zhì)的影響 由于纖維增 韌原理 ，使纖維有“拉應(yīng)力” ， 且纖維在水泥漿自收縮階段充當(dāng)混凝土體系中的固體物質(zhì)，為 水化產(chǎn)物提供空間 ，擠出氣泡 ， 改性后水泥石提前收縮，優(yōu)化塑性收縮會(huì)產(chǎn)生大量裂紋的問題（如圖 ） 。 水泥灰篩否對(duì)水泥石的表面光潔度 和氣孔數(shù)量 有影響 ：未篩的水泥灰存在大量顆粒，不同的粒徑會(huì)產(chǎn)生大量孔隙，使氣泡產(chǎn)生，影響 水泥石 外觀、 品質(zhì) （如圖 、 ）。干混纖維使水泥石纖維分布不均 ，而濕混時(shí)，水泥基漿中的降失水劑的有一定稠度，有助于纖維的力學(xué)分散 （如圖 ）。 圖 纖維改性水泥收縮情況 圖 篩后水泥石氣孔極少 圖 未篩的水泥石表面粗糙氣孔多 圖 干混易使纖維分散不均勻 4 結(jié)論與建議 結(jié)論 （ 1） G 級(jí)水泥 +%HS2A 降失水劑 +%SXY2 分散劑 的基材配方，流變性 好 ，西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 22 適合纖維改性。 （ 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 。故選擇最佳加量為 %177。 %。 （ 3）聚丙烯纖維加量在 %，其流變性 能 、抗壓抗折強(qiáng)度 最佳 ， 加量為 %時(shí)其漏失性能 最佳 。故選擇最佳加量為 %177。 %。 （ 4） 改性后水泥石提 前收縮，優(yōu)化塑性收縮會(huì)產(chǎn)生大量裂紋的問題 。 （ 5）加入纖維后會(huì)影響漿體的失水 率，在 %左右摻量時(shí)，降失水效果明顯 。 （ 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。 （ 7）復(fù)合纖維改性的效果， 并不是簡(jiǎn)單的兩種纖維改性性能的疊加，所以在抗折抗壓過程中，纖維阻止破壞的作用次序有先后，并且相互影響。 建議 （ 1） 建議將纖維長(zhǎng)度選取盡量接近。原因：纖維長(zhǎng)度相差太大 ，且種類不同，極易相互纏結(jié) ，造成分散困難，是性能不理想 。 （ 2）建議混料時(shí) 采 用濕混。原因： 基漿 有 一定黏度，此時(shí)加入纖維更易分散，降低結(jié)團(tuán)幾率 。 （ 3）建議 使用金屬纖維與高分子纖維混合改性。原因：復(fù)合結(jié)團(tuán)很大程度是因?yàn)閮煞N纖維都為柔性，用金屬纖維取代長(zhǎng)型架橋纖維，能克服此情況。 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(yáng) 教授 、程小偉老師 的指導(dǎo)，在此表示最真誠(chéng)的感謝。在實(shí)驗(yàn)和完成論文的過程中，他 們 鼓勵(lì)我積極思考，大膽動(dòng)手，勇于創(chuàng)新。使我得到良好的鍛煉，提高了各方面的能力。同時(shí)，我還要向 靳東旭 等 師兄以及實(shí) 驗(yàn)室的吳品華等 同學(xué)表示真誠(chéng)的謝意，沒有他們的支持 、指導(dǎo)與合作，我的實(shí)驗(yàn)也不會(huì)那么順利進(jìn)行 。 再次向所有給予我?guī)椭凸膭?lì)的老師和同學(xué)表示深深的感謝！ 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)論文 24 參考文獻(xiàn) [1] 鐘啟剛，李楊，盧東紅．提高水泥環(huán)韌性的實(shí)驗(yàn)研究．地震工程與工程振動(dòng)， 1997，17(4)： 123～ 129 [2] 步玉環(huán)，李玉海，王瑞和．碳纖維水泥配伍性實(shí)驗(yàn)研究．石油大學(xué)學(xué)報(bào)， 2020，28(6)： 41～ 43,48 [3] 步玉環(huán)，王瑞和，穆海朋．纖維水泥改善固井質(zhì)量研究．石油鉆采工藝， 2020，21(5)： l3～ l5 [4] 劉大為 ，田錫君，廖潤(rùn)康 .現(xiàn)代固井技術(shù) [M].遼寧 :遼寧科學(xué)技術(shù)出版社， 1994. [5] 馬一平 提高抗堿玻纖增強(qiáng)礦渣硅酸鹽水泥的耐久性研究 [D] 北京：中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院， 1986 [6] 齊奉忠 等國(guó)外新型水泥漿體系 —— 《 CEMNET防漏水泥漿 》 中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院完井所 [7] 胡曉渣 . 陳志豫 碳 尼龍纖維混雜改性水泥基復(fù)合材料的研究混凝土與水泥制品 [J]． 1995． (6)： 8～ 12 [8] 新型纖維水泥漿增韌防漏 [J] 青海石油 54～ 55 [9]田 穎 等 芳綸纖維改性水泥砂漿的性能研究 [J] 濟(jì)南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué) 山東濟(jì)南 2020 [10]賴金榮．增韌纖維水泥漿在勝利油田小間隙井的應(yīng) 用研究 [J]鉆井液與完井液，2020， 23(5)： 59～ 63． [11]王維斌．川東宣漢一開江地區(qū)惡性井漏特征及地質(zhì)因素 [J]．天然氣工業(yè)， 2020，25(2)： 90～ 92． [12]鄢捷年．鉆井液工藝學(xué) [M]．東營(yíng)：石油大學(xué)出版社， 2020． [13]馬銀華 等 低摻量聚丙烯纖維水泥穩(wěn)定粒料基層抗沖擊性能研究 [J] 北京：中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院 [14] Hassan I. ElHassan Using a Novel Fiber Cement System to Control Lost Circulation: Case Histories from the Middle East and the Far East[J]. SPE 2020 [15] 袁春華 吳鳳英等 水泥漿失水的危害及油井降失水劑的發(fā)展現(xiàn) 狀 [J] 2020 11