改性玄武岩纤维对油井水泥力学性能的影响

doi:10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.24122

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摘要针对玄武岩纤维（BF）表面光滑、易团聚的问题，本文采用涂层法对BF表面进行改性，以聚甲基丙烯酸、偶联剂KH-570和十六烷基三甲基氯化铵制备一种亲水型阳离子涂覆剂，并将其涂覆到BF表面，得到改性后的玄武岩纤维（MBF）。通过红外光谱仪（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、 X-射线光电子能谱仪（EDS）、光学接触角测量仪和Zeta电位仪对MBF的结构进行表征。FT-IR、 SEM和EDS分析结果表明：MBF表面粗糙，含有亲水性的羧基、羟基和季铵基。接触角测试结果表明：改性后，MBF亲水性大幅提高。Zeta电位测试结果表明：MBF的Zeta电位绝对值比BF大幅提高。采用图像分析法对纤维的分散性能进行了评价，结果表明：MBF的分布系数比BF提高了73%，具有更好的分散性。通过研究MBF对油井水泥力学性能的影响，结果表明：水泥石养护2 d，养护温度为80 ℃，纤维加量为2%（质量分数）时，MBF水泥石的抗压强度和抗折强度分别比空白水泥石提高了40.1%和37.1%；与BF水泥石相比，MBF水泥石抗压强度和抗折强度分别提高了26.6%和21.4%。通过单丝拔出试验发现，MBF与水泥的黏结性能比BF提高了35.5%。结合对MBF水泥石的SEM分析，BF表面涂层改性增加了其在水泥石中的分散性，同时纤维表面粗糙度增加，也增强了纤维与水泥间的黏结性能，提高了水泥石力学性能。

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关键词 ：油井水泥, 玄武岩纤维, 力学性能, 表面改性, 分散性

收稿日期: 2024-06-28

基金资助:中国海洋石油集团有限公司“十四五”重大项目“海上超高温高压钻完井关键技术研究及示范应用”下属课题1“海上超高温高压钻完井关键技术研究”项目（CCL2022HNFN0462）。

作者简介: 代锐（1992-），男，汉族，四川绵阳人，学士，工程师，主要从事海洋油气钻完井技术方面研究， E-mail: dairui2@cnooc.cn.com。

引用本文:

代锐，肖平，李祝军，娄益伟，山永林，张浩峻. 改性玄武岩纤维对油井水泥力学性能的影响[J]. 合成化学, 2024, 32(10): 905-913.
DAI Rui, XIAO Ping, LI Zhujun, LOU Yiwei, SHAN Yonglin, ZHANG Haojun. Effect of Modified Basalt Fiber on Mechanical Properties of Oil Well Cement. Chinese Journal of Synthetic Chemistry, 2024, 32(10): 905-913.

链接本文:

http://www.hchxcioc.com/CN/10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.24122 或 http://www.hchxcioc.com/CN/Y2024/V32/I10/905