纤维水泥的发展及应用VIP专享VIP免费

第33卷第2期2005年3月石油钻探技术PETROIEUMDRILLINGTECHNIQUESVoI．33，NO．2Mar．．2005固井与泥浆纤维水泥的发展及应用穆海朋步玉环程荣超(中国石油大学(华东)石油工程学院，山东东营257061)摘要：在介绍目前常用于改善复合材料韧性的几种纤维材料性能的基础上，综述了纤维水泥发展过程的几个阶段、现阶段纤维水泥的应用情况以及国内外关于纤维混凝土的基本力学特征、机理研究、本构理论等方面的研究情况和现状。调研分析表明：纤维水泥已经广泛应用于房屋、桥梁、公路、港口、地下加固等工程建设，并取得很好的效果。针对石油工程领域固井过程中水泥石抗拉、抗剪和抗冲击性能较差等问题，总结分析了纤维水泥在国内外石油工程中的应用实例和研究情况，结果表明：在固井水泥中加入与水泥和水泥外加剂相匹配的纤维材料，可以在不影响水泥浆可泵性的条件下，通过改善水泥石的微观结构而提高水泥环的抗拉、抗压和抗冲击强度等性能，提出了纤维水泥浆体系适合的固井范围和发展趋势。关键词：纤维；混凝土；水泥；固井；韧性；脆性；抗拉强度；抗压强度；抗折强度中图分类号：TE256．6文献标识码：B文章编号：1001—0890(2005)02—0033—04目前各油田逐渐进入中后期开发阶段，为保证连续高产、稳定，各油田都不断采用新型钻井技术和各种增产措施，尤其是酸化压裂技术的实施，极易引起水泥石的脆性断裂，造成“二次窜流”现象时有发生。因此，提高油气井的固井质量是各油田现阶段所面,15的突出问题，而提高固井质量的有效途径，除完善相关工艺措施、改进工具附件外，根本途径还在于优化水泥浆体系。纤维混凝土在建筑行业的研究和应用已有3O多年。研究表明，与普通混凝土相比，纤维混凝土具有较高的抗拉和抗弯强度，而尤以韧性提高的幅度为大[1]。将纤维应用于石油固井水泥浆，可望能有效提高水泥环的抗冲击性，降低射孔对水泥环的脆性破坏，从根本上解决“二次窜流”的难题。l纤维的种类作为现代复合材料的纤维水泥和纤维混凝土所用的纤维种类繁多，按其材料可分为：金属材料，如不锈钢纤维和低碳钢纤维；无机纤维，如石棉纤维、玻璃纤维、硼纤维、碳纤维等；合成纤维，如尼龙、聚酯、聚丙烯等纤维；植物纤维，如竹纤维、麻纤维等。目前钢纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维、碳纤维使用较普遍。1．1钢纤维[]钢纤维与其它纤维相比，与水泥基材复合使用，有其较多的优越性。钢纤维的弹性模量与抗拉强度都比较高，大约为水泥基材的5倍以上，同时钢纤维也可制成各种变截面形状，以增加与水泥基材之间的粘结力。自20世纪4O年代以来，钢纤维技术有了很大的进展，世界各国对钢纤维的研究和应用十分重视，发展很快。目前钢纤维已在混凝土工程领域中得到了广泛的应用。1．2玻璃纤维[。]玻璃纤维具有原料易得、拉伸强度高、断裂伸长低、弹性模量高、防火、防霉、耐热、耐腐蚀和尺寸稳定性好的优点，是一种常用的性能优良的增强材料。玻璃纤维最大的特点是拉伸强度高，直径3～9bcm的玻璃纤维其拉伸强度可高达1500～4000MPa。玻璃纤维是在复合材料中应用最广泛的一种纤维，与碳纤维制成混杂复合材料，可以不降低碳纤维复合材料的强度而又提高其韧性，并降低了成本，同时可根据零件和实际要求进行混杂纤维复合材料的设计。1．3聚合物纤维[-I常见的聚合物纤维有聚丙烯纤维、聚酯纤维等。聚丙烯是一种结构规整的结晶型聚合物，为乳白色、无味、无毒、质轻的热塑性塑料，密度为0．90～0．91kg／I，是现有树脂中最轻的一种。聚丙烯与大收稿日期：2004—10—04；改回日期：2004—12—28作者简介：穆海朋(1981～)，男，山东东明人，2002年毕业于石油大学(华东)石油工程学院，中国石油大学(华东)石油工程学院在读硕士研究生。联系电话：(0546)8396897维普资讯http://www.cqvip.com石油钻探技术2005年3月多数化学品，如酸、碱和有机溶剂接触不发生作用，物理机械性能良好。其抗拉强度为33．0～41．4MPa，抗压强度和抗弯曲强度均为41．4～55．1MPa。聚酯纤维是从石油中提炼出来的100原聚酯材料，在249℃以下不会收缩、变形、软化和失去强度。其主要技术指标：长度为(6．35±1．58)mm；直径为(0．02±0．0025)mm；熔...