纤维增韧水泥浆技术研究.pdf

《纤维增韧水泥浆技术研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、纤维增韧水泥浆技术研究陈兴中马海忠姜向祖温雪丽（川庆钻探工程公司长庆工程技术研究院）摘要:长庆油田属于典型的“三低”油气田，为了获得产能每口井都要进行压裂等措施改造，普通水泥石存在抗拉强度低、抗破裂性能差、抗冲击强度低等问题。针对水泥石韧性不足的原因，根据油井水泥理化性能和现场施工要求，加入适当纤维来提高水泥石环韧性，由于纤维和水泥是两种不同性质的材料，因此需要对纤维进行表面改性和预分散处理，使其均匀分布于水泥浆中，通过大量的试验数据验证，具有很好的效果。与长庆油田目前使用的水泥浆体系配伍性良好，现场施

2、工无特殊要求。关键词：纤维韧性固井水泥浆1前言水泥是构成固井水泥石环的主要材料,具有悬挂固结和保护套管的功能,其主要作用之一是改善套管的受力状态,延长套管的使用寿命并决定油气井的寿命。水泥石的硬脆特性是致使油井水泥环的整体性在复杂多变的井下工况及油气井后续施工中受破坏、导致层间封隔失效的主要原因。因此改善油井水泥石力学性能,赋予油井水泥石一种可控塑性形变能力,增加水泥石抗冲击破碎性能,减轻水泥环在受冲击力作用时的应力集中所造成的破裂伤害程度,对油气井开采寿命及提高采收率有着重要的作用。本文就是通过研究对

3、纤维材料表面改性，在水泥中添加特殊改性的增强纤维，来改善水泥石的性能，特别是提高水泥石的韧性，达到满足油气井改造的需要，有利于延长油气井寿命。2纤维改性、分散处理研究2.1适用于水泥浆体系的纤维筛选现代复合材料水泥所用的纤维种类繁多，按其材料可分为：金属纤维，石棉纤维、玻璃纤维、硼纤维、碳纤维等；聚丙烯纤维抗拉强度中等，耐酸碱，不吸水，干态、湿态纤维强度无变化，价格便宜，不与水泥基体材料发生化学反应，被认为是最有工业价值的纤维品种之一。聚丙烯纤维的物化性能见表1：表1：聚丙烯纤维的物化性能3密度(g/c

4、m)0.91弹性模量(Mpa)〉3500导热性(W/MK)≤0.24当量直径(µm)＜100产品形状束状网断裂延伸率(%)10-50耐酸碱性≥94.4%吸水性(g/cm3)≤0.0001抗拉强度≥560熔点(℃)160-1701聚丙稀纤维在低纤维掺量下，对砂浆混凝土的抗冲击性能、韧性、耐疲劳性能、抗渗性能等方面都有明显的改善。所以聚丙烯纤维增韧水泥方面得到了国内外的广泛关注。2.2表面改性研究聚丙烯纤维的化学性质不活泼，其表面特性表现为憎水型，对水泥基体的亲和力不够理想。为增强聚丙烯纤维对水泥的附着力，

5、对纤维进行了表面改性，改善纤维表面的润湿特征。长度为3mm的聚丙烯纤维，加入纤维改性处理剂ZR-1后，水泥石的抗折强度和抗压强度。结果见表2：表2：ZR-1对纤维(3mm)水泥石力学性能影响抗折强度(Mpa)抗压强度(Mpa)纤维加ZR-1：0.5%ZR-1：0%ZR-1：0.5%ZR-1：0%量%7天14天7天14天7天14天7天14天0.057.527.996.506.7227.638.725.436.10.18.898.316.827.128.539.726.137.20.159.028.777.

6、557.5728.833.926.230.5由表2可以看出，纤维改性处理剂ZR-1能改善纤维与水泥石基体的胶结性，提高水泥石的抗压抗折强度，改善水泥石力学性能。2.3.分散助剂的研究纤维在水泥浆中的分散程度不同，形成的水泥石的强度也会不同，纤维分散越均匀，其水泥石的强度就越大，水泥石的韧性就越好。在制备水泥浆的过程中，较长的纤维易缠绕勾连成团状，纤维在水泥基体中分散的均匀性显著下降，所控制的微裂纹数量减少，致使水泥石的抗折强度降低。为了使纤维更好的分散于水泥浆体中，形成均匀的水泥石，在纤维增韧剂中设计了

7、一种分散助剂ZR-2，ZR-2可以吸附于纤维表面，均匀分散难于溶解于水的纤维，起到阻止纤维缠绕成团，提高水泥浆的稳定性能。同时也能防止纤维的沉降和凝聚。作用机理如下:1)吸附于纤维的表面，使凝聚的纤维表面易于湿润。2)在纤维的表面形成吸附层,使纤维表面的电荷增加，提高形成立体阻碍的纤维间的反作用力。以上所述,分散助剂ZR-2能有效地分散液体中的纤维。分散助剂ZR-2对水泥浆相容稳定性3的影响，是通过对密度为1.88g/cm纤维水泥浆进行了稳定性成型养护,再测量纤维水泥浆凝结形成水泥石在纵向上的密度分布来

8、确定的。水泥浆配方为：G+0.3%纤维+0.4%ZR-2。实验结果见图1:21.981.931.883mm1.834mm1.786mm1.731.68m0cm0cm10cm20cm340cm50cm60c70cm890cm100cm图1：不同长度的聚丙烯纤维和分散助剂对水泥浆相容稳定性影响由上图可知，水泥石在纵向上密度分布较均匀，有利于保证整过封固段的封隔质量。纤维水泥浆体系由于加入分散助剂ZR-2，增强水泥浆与纤维的相容性,水泥浆稳定性明