MTC技术理论与应用研究

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1、MTC技术理论与应用研究(申请中国石油大学工学博士学位论文)华东学科专业：研究方向：博士生：指导教师：油气井工程井下系统、信息与控制工程黄河福王瑞和(教授)2007年4月摘要矿渣MTC固井液在性能、经济以及环保上的优势使得其一问世就得到了大家的广泛关注。对矿渣MTC的研究取得了阶段性的成功，使其应用越来越广泛，但还存在许多机理研究和韧性问题的不足，限制了矿渣MTC技术的发展及推广应用。为此，本文进行了理论与实验研究的探讨。利用X射线衍射物相分析方法研究了矿渣和膨润土的物质组成以及矿渣MTC不同水化阶段主要生成物的变化情况，并结合硅酸盐化学方面的理论得到了矿渣MT

2、C水化机理。矿渣MTC水化实质是利用激活剂破坏矿渣中的玻璃体，使得矿渣中的水泥熟料物质可以充分水化；并且矿渣MTC中的Si02在强碱存在的条件下，水化生成活性的si02，形成的聚[si04r四面体结构，有助于矿渣MTC凝固体的胶结；另一方面Si02本身可以与水泥熟料水化后产物Ca(OH)2反应生成低C／S的C—s．H凝胶。实验研究得出：增加泥浆的加量，可以提高矿渣MTC的抗压强度，为矿渣MTC用于处理废弃泥浆提供了理论依据和实验基础；矿渣MTC可以与泥饼能够实现整体固化胶结；MTC固化体的体积收缩率远远小于水泥的体积收缩率；而且井壁界面性质对MTC固化体的二界面

3、胶结强度影响较小，从化学反应分析入手理论上得出了矿渣MTC具有低收缩率的原因并得出了矿渣MTC提高固井第二界面理论。利用x射线粒径分析仪得出了矿渣、微硅、漂珠三种颗粒的粒径分布情况，并结合紧密堆积理论和前面得出的活化Si02提高矿渣MTC强度理论，通过大量的实验研究得到了低密高强矿渣MTC体系，并完善了低密高强矿渣MTC理论。碳纤维在不同温度条件下都具有提高矿渣MTC固结物抗折强度的能力。矿渣MTC凝固体在1年的时间内其强度在逐渐增加，1年后其强度有缓慢的降低。实验得出矿渣MTC在高温(实验的最高160℃)养护条件下，强度会随着养护时间的延长而不断增大；而波特兰

4、水泥则在养护温度超过110℃之后，强度随养护时间而不断降低。在前人对耐高温水泥研究的基础上，结合矿渣MTC的水化过程可以得出：矿渣MTC具有好的耐高温性能。而且，低c／s的C．S．H凝胶具有较低的碱性并且水化产物Ca(0H)2的消耗解释了实验得到的矿渣MTC具有较好的耐酸、镁离子和硫酸根离子侵蚀能力的原因。在现场的研究证明矿渣MTC固井技术可以用于长封固段、易漏层段以及不规则井眼等波特兰水泥难以克服的复杂条件下的固井施工，并能取得很好的固井质量。关键词：矿渣MTC：水化机理；废弃泥浆处理；固井二界面；耐腐蚀Theory&ApplicationResearchof

5、MTCTechnologyZyHuang，HefuSubjeet：Oil＆GasEngineeringDissertationSupervisor：Wang,Ruihe(Professor)ChinaUniversityofPetroleumAbstractSlagMTCcementingsystemhasbeenextensivelyconcernedowingtoitsadvantageonperformance，economicallyandenvironmentally．ThoughthestudyofMTCslurryhasgotepisodicsuc

6、ceed，buttherearestillmanyaspecttobeimproved,andthatrestrictitsdevelopmentandpopularized．HereissometheoryandexperimentresearchforMTCtechnology．TheconstituteofmineralslagandbentoniteandthechangeofslagMTCsystemduringdifferenthydrationphaseWasanalysedbyXRD，aswellslagMTCsystermhydrationme

7、chanismWasstudiedonthebasisofthechemicaltheoryofsilicate．DuringthehydrationofslagMTC，cementclinkercanbehydratedcompletely,asaresultofthedecompositionofvitreum，Si02CanbehydratedtoactiveSi02whichCanalsobenamed【Si04]+understrongcausticsurrounding．TheactiveSi02canbepolymerizedtotetrahedr

8、onwhichisben