漂珠低密度水泥石力学性能与改性研究

发布时间：2020-06-10 17:57

【摘要】：漂珠低密度水泥浆体系在低压易漏地层具有重要的应用,在固井过程中,低密度水泥浆注入套管与地层组成的环空中以后会凝结固化成水泥环,固井水泥浆在环空中固化以后具有保护套管和封隔地层的作用,水泥环完整性对于井下生产安全至关重要。但是目前对漂珠低密度水泥浆体系的研究主要以满足现场安全施工为主,对其力学性能的研究并不充分。本文对漂珠低密度水泥石进行相关力学性能测试并进行分析与讨论,针对漂珠低密度水泥浆体系存在的力学完整性问题,通过对不同改性材料和纤维改性方法进行研究,对其进行力学改性,进而提高低密度水泥环层间封隔能力。不同温度和压力条件下漂珠低密度水泥石抗压强度、抗拉强度测试表明,漂珠低密度水泥石强度随着养护温度的升高而升高;完整性实验表明,90℃条件下水泥石完整性不能满足井下工况要求。三轴实验表明,当温度升高时漂珠低密度水泥石应力-应变值下降,90℃条件下应变值较30℃条件应变值降低0.1%,弹性模量升高579.5MPa。水泥石孔隙度实验表明90℃条件下孔隙度降低,这是由于随着养护温度的升高,漂珠低密度水泥石内部结构变得致密。X射线衍射实验表明,漂珠低密度水泥石在水化过程中并没有新物相生成;热重分析表明,90条件下水化更加剧烈,因此其抗压强度和抗拉强度更高。扫描电镜实验表明,漂珠作为一种减轻材料不能抑制裂纹扩展,因此有必要对其进行改性处理。改性材料选择纤维素纤维和碳纤维,接触角分析表明碳纤维和纤维素纤维经过等离子改性后亲水性增强,接枝改性纤维接触角进一步下降;比表面积实验表明改性后两种纤维比表面积均增大。对两种纤维分别进行红外测试分析和X射线光电子能谱分析,接枝改性处理后纤维表面产生-OH、-COOH、-C=O和C-O等基团,这也是纤维经过处理后接触角降低的原因。扫描电镜分析表明改性处理后纤维表面变得粗糙,进一步证实了上述结论。接枝改性碳纤维主要机理是碳纤维表面发生化学反应产生新官能团,而纤维素纤维主要改性机理为等离子高速轰击下,表面疏水性木质素结构被破坏,内部亲水性强的纤维素暴露在外,与水泥基材料结合更紧密。将改性后的两种纤维分别加入漂珠低密度水泥浆内,.随着纤维加量的升高,水泥浆体流动度和流变性降低;随着纤维加量的升高,漂珠低密度水泥石抗压强度和抗拉强度先降低后增加;完整性实验表明,加入改性纤维后水泥环层间封隔效果得到改善。水泥石三轴实验表明,加入改性纤维后漂珠低密度水泥石应变值升高。X射线衍射实验表明水泥石内部并无新的物相产生。扫描电镜实验表明,碳纤维增韧机制主要为纤维桥接,纤维素纤维主要为纤维拔出,改性处理后纤维与基体之间结合情况得到改善;同时扫描电镜实验表明,接枝改性处理后纤维表面附着更多的水化产物,纤维与水泥基体之间结合效果提高。
【图文】：

图１－１漂珠低密度水泥石力学性能与改性研宄技术路线逡逑

图２－１邋（ａ）碳纤维逦图２－１邋（ｂ）纤维素纤维逡逑
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE256.6

【参考文献】

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本文编号：2706645