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CO_(2)地质利用与封存环境下钢材腐蚀行为与腐蚀控制措施研究进展
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作者 王翰文 张力为 +4 位作者 梅开元 程小伟 薛泉 王燕 付晓娟 《热力发电》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期37-47,共11页
CO_(2)地质利用与封存(CO_(2) geological utilization and storage,CGUS)是实现“碳中和”目标的重要技术手段,解决CGUS过程中的钢材腐蚀问题对于降低CGUS技术风险、实现CGUS技术规模化推广应用至关重要。综述了目前已经提出的CO_(2)... CO_(2)地质利用与封存(CO_(2) geological utilization and storage,CGUS)是实现“碳中和”目标的重要技术手段,解决CGUS过程中的钢材腐蚀问题对于降低CGUS技术风险、实现CGUS技术规模化推广应用至关重要。综述了目前已经提出的CO_(2)腐蚀钢材反应机制,总结了CO_(2)腐蚀钢材的主要影响因素,阐明了CO_(2)分压、温度、矿化度及pH值、CO_(2)封存环境中含有杂质、流体流动等因素对钢材腐蚀行为的影响,归纳了适用于CO_(2)腐蚀钢材防护的主要措施。基于此,提出了CGUS环境下钢材遭受CO_(2)腐蚀问题的重点研究方向。主要包括:CO_(2)腐蚀钢材反应机制的进一步探究;各项环境因素耦合作用影响CO_(2)腐蚀规律和腐蚀程度的量化研究;高浓度CO_(2)条件下腐蚀防护技术的开发与应用。 展开更多
关键词 地质封存 CO_(2)腐蚀 腐蚀影响因素 缓蚀剂 涂层 耐蚀合金
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镁橄榄石对油井水泥抗CO_(2)腐蚀性能的影响
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作者 郑怡杰 龚鹏 +4 位作者 邓卓然 何鑫 张春梅 梅开元 程小伟 《中国粉体技术》 CAS CSCD 2024年第2期151-163,共13页
【目的】研究镁橄榄石掺加对减轻超临界CO_(2)环境下油井水泥石的腐蚀渗透性能。【方法】以镁橄榄石粉为外掺料配制不同的油井水泥,分析温度为150℃,CO_(2)总压为50 MPa条件下镁橄榄石水泥石的抗压强度,优选出镁橄榄石粉的最佳掺量;利... 【目的】研究镁橄榄石掺加对减轻超临界CO_(2)环境下油井水泥石的腐蚀渗透性能。【方法】以镁橄榄石粉为外掺料配制不同的油井水泥,分析温度为150℃,CO_(2)总压为50 MPa条件下镁橄榄石水泥石的抗压强度,优选出镁橄榄石粉的最佳掺量;利用渗透率、热重分析(thermo gravimetric analysis,TGA)、X射线衍射(X-Ray diffraction,XRD)和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)进行测试,评价镁橄榄石对油井水泥石抗CO_(2)腐蚀性能的影响,分析镁橄榄石对油井水泥石抗CO_(2)腐蚀的作用机制。【结果】镁橄榄石粉的掺入不会影响油井水泥的流动度,当镁橄榄石粉的质量分数为2%时,对比腐蚀前油井水泥石的,抗压强度提高35.47%,渗透率降低0.0104 m D;腐蚀28 d后,镁橄榄石水泥石的抗压强度为空白水泥石的193.71%,且仍高于腐蚀前。【结论】镁橄榄石是一种抗CO_(2)腐蚀外加剂,能提升油井水泥的抗CO_(2)腐蚀性能。 展开更多
关键词 镁橄榄石 超临界二氧化碳 腐蚀 油井水泥石
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高温下赤泥与硅粉协同强化固井水泥石力学性能 被引量:1
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作者 赵昆鹏 王涛 +6 位作者 郭春 罗阳利 韦庭丛 梅开元 张春梅 赵峰 程小伟 《中国粉体技术》 CAS CSCD 2023年第2期74-80,共7页
为了抑制水泥石高温下强度衰退现象,研究硅粉加量,以及赤泥与硅粉在高温下的协同作用对G级油井水泥石抗压强度的影响,并借助X射线衍射、热重分析高温下水泥水化产物的变化,通过扫描电镜观察水泥石的微观形貌。结果表明:225℃高温养护7 d... 为了抑制水泥石高温下强度衰退现象,研究硅粉加量,以及赤泥与硅粉在高温下的协同作用对G级油井水泥石抗压强度的影响,并借助X射线衍射、热重分析高温下水泥水化产物的变化,通过扫描电镜观察水泥石的微观形貌。结果表明:225℃高温养护7 d后,35%硅粉(质量分数)可以提高水泥石高温力学性能,5%赤泥(质量分数)可以协助硅粉进一步提高水泥石高温下的强度,同对照组相比抗压强度提高11.3%。赤泥掺入促进水泥石内部生成纤维状硬硅钙石(Ca_(6)Si_(6)O_(17)(OH)_(2), C_(6)S_(6)H)物相,水泥石内部孔结构减少,水泥石内部结构致密。 展开更多
关键词 赤泥 硅粉 G级油井水泥 强度衰退 高温养护
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干热岩工况下水泥高温劣化性能的调控措施
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作者 党冬红 刘宁泽 +3 位作者 王丹 梅开元 程小伟 孙兴嘉 《钻井液与完井液》 CAS 北大核心 2023年第3期368-375,共8页
干热岩地热井固井中,井底温度常常高达200℃以上。针对干热岩工况下井底高温导致的水泥石强度衰退的问题,从水泥的化学组分入手,通过调控C_(3)S和C_(2)S的比例,并在硅粉的协同作用下复配具有更低钙硅比的低热硅酸盐水泥来改善这一问题... 干热岩地热井固井中,井底温度常常高达200℃以上。针对干热岩工况下井底高温导致的水泥石强度衰退的问题,从水泥的化学组分入手,通过调控C_(3)S和C_(2)S的比例,并在硅粉的协同作用下复配具有更低钙硅比的低热硅酸盐水泥来改善这一问题。首先对复相C_(3)S-C_(2)S矿物体系的比例调控可知,当C_(3)S∶C_(2)S=1.0时其力学性能最好,结合XRD、TGA、SEM测试可知,钙硅比的降低对有利相硬硅钙石的生成有积极作用。引入具有更低钙硅比的低热水泥增强G级水泥,结果表明:“30%G级水泥+70%低热水泥”复配水泥体系(C_(3)S与C_(2)S的比例为1.07)在40%硅粉的作用下,其抗压强度达27.34 MPa。在实际生产中适当调整水泥中的矿物组分,使C_(3)S与C_(2)S的比例为1.0左右,可从水泥本身大幅度提高水泥石耐高温性能。 展开更多
关键词 干热岩 固井 油井水泥 低热水泥 高温强度衰退
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丁腈橡胶颗粒油井水泥石抗冲击力学性能与损伤特征
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作者 孙夏兰 任强 +4 位作者 吴坷 黄坤 梅开元 张高寅 程小伟 《钻井液与完井液》 CAS 北大核心 2023年第2期241-250,258,共11页
油井水泥是一种典型的脆性材料,提高水泥环韧性和降低水泥环脆性是目前的研究热点,在保证油气井安全生产的前提下还能延长油气井使用寿命。该研究将球形丁腈橡胶颗粒(Microsphere nitrile Rubber Powder,MRP)与不规则丁腈橡胶颗粒(Nitri... 油井水泥是一种典型的脆性材料,提高水泥环韧性和降低水泥环脆性是目前的研究热点,在保证油气井安全生产的前提下还能延长油气井使用寿命。该研究将球形丁腈橡胶颗粒(Microsphere nitrile Rubber Powder,MRP)与不规则丁腈橡胶颗粒(Nitrile Rubber Powder,NRP)分别加入到油井水泥中,探讨其抗冲击力学性能与损伤特征。采用直径为50 mm的分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar-SHPB)设备测试了不同体系水泥石的动态抗冲击性能,讨论了动态抗压强度、能量演化、损伤特征的变化规律。球形丁腈橡胶颗粒加量为6%的油井水泥石试样动态抗压强度可达(64.0±1.6)MPa,试样吸收能为39.93 J,吸能率可达49.91%;不规则丁腈橡胶颗粒加量为6%的油井水泥石试样动态抗压强度为(74.1±1.8)MPa,试样吸收能为46.56 J,吸能率可达58.20%。通过高速摄影和微观形貌发现,不规则丁腈橡胶颗粒与水泥基体间结合更加紧密,通过裂纹偏转机制提高阻裂能力,利于延长试样承载时间,加大载荷能量的消耗。 展开更多
关键词 油井水泥 丁腈橡胶颗粒 分离式霍普金森压杆 力学损伤
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基于MoO_(3)/ZnO无机电荷产生层的量子点电致发光器件
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作者 梅开元 霍斯铭 +1 位作者 于荣梅 纪文宇 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期1885-1893,共9页
氧化锌(ZnO)作为一种优异的电子传输材料,广泛应用于高性能量子点电致发光器件(QLED)中。然而,由于ZnO层较高的电荷传输速率,导致器件中过多的电子注入,使得器件内部的载流子不平衡,降低了器件的效率。此外,ZnO的易潮解性质使得其与电... 氧化锌(ZnO)作为一种优异的电子传输材料,广泛应用于高性能量子点电致发光器件(QLED)中。然而,由于ZnO层较高的电荷传输速率,导致器件中过多的电子注入,使得器件内部的载流子不平衡,降低了器件的效率。此外,ZnO的易潮解性质使得其与电极之间的接触容易受到外界环境(水分和氧气)影响,从而影响器件的存储稳定性,这在倒置结构的QLED中尤为明显。为解决上述问题,我们利用MoO_(3)/ZnO作为电荷产生层(CGL)来制备倒置结构的QLED。这一结构改善了器件的载流子不平衡问题,使得器件的最大电流效率从12.8 cd/A提升到了15.7 cd/A。此外,CGL无需有电极注入电荷,而是通过电场的作用产生电荷,注入到发光层中,这降低了电极界面对器件性能的影响,从而大大提高了器件的稳定性。 展开更多
关键词 电荷产生层 电荷储存 过冲 瞬态电致发光
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超细石墨复合改性水泥石的导热性能
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作者 苏晓悦 刘平江 +4 位作者 张晔 田宝振 高飞 梅开元 程小伟 《中国粉体技术》 CSCD 2023年第6期61-71,共11页
为提高地热的开采效率,在地热井采热段应使用具有高导热性能的固井材料。以超细石墨为提高导热性能的掺合料,选用十二烷基苯磺酸钠作为分散剂提高超细石墨在水泥浆中的分散稳定性;优选出适合的超细石墨分散液后,进一步制备超细石墨复合... 为提高地热的开采效率,在地热井采热段应使用具有高导热性能的固井材料。以超细石墨为提高导热性能的掺合料,选用十二烷基苯磺酸钠作为分散剂提高超细石墨在水泥浆中的分散稳定性;优选出适合的超细石墨分散液后,进一步制备超细石墨复合改性水泥石(简称为水泥石)作为固井材料;研究超细石墨掺量对水泥石的抗压强度和导热性能的影响;运用XRD、TG、MIP、SEM测试和表征水泥石的物相组成、孔隙率和结构致密性,研究不同掺量的超细石墨对水泥石导热性能的影响;探讨不同石墨掺量和孔隙率条件下的水泥石导热机制。结果表明:随着超细石墨掺量的增大,水泥石的导热系数先增大后减小,当超细石墨质量分数为12%时,水泥石导热系数达到最大值,为2.45 W/(m·K);超细石墨的导热性能、孔隙率与水化产物的含量均可影响水泥石导热性能;随着超细石墨掺量的增大,水泥石的抗压强度先增大后减小;综合考虑水泥石的导热性能与力学性能,超细石墨的优选质量分数应为10%~12%。 展开更多
关键词 地热能 固井材料 超细石墨 改性 水泥石 导热性能
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Computed X-ray Tomography Investigation of Porosity and Permeability of the Liujiagou Formation Sandstone Exposed to CO_(2)-Saturated Brine
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作者 XUE Quan ZHANG Liwei +6 位作者 XU Liang Matthew MYERS Cameron WHITE mei kaiyuan WANG Hanwen LI Qi LI Xiaochun 《Acta Geologica Sinica(English Edition)》 SCIE CAS CSCD 2023年第3期946-955,共10页
In order to improve CO_(2) capture,utilization and storage(CCUS) to solve carbon emission,sandstone from the Triassic Liujiagou Formation(LF) from the Ordos Basin in China was investigated using permeability tests and... In order to improve CO_(2) capture,utilization and storage(CCUS) to solve carbon emission,sandstone from the Triassic Liujiagou Formation(LF) from the Ordos Basin in China was investigated using permeability tests and computed X-ray tomography(CT) scanning.The presence of reactive minerals within the geological CO_(2) sequestration target storage formation can allow reaction with injected CO_(2),which changes the porosity and permeability of the LF beds,affecting storage effectiveness.To investigate the effect of chemical reactions on the pore structure and permeability of sandstone cores representing the LF CO_(2) storage,tests were conducted to analyze the changes in porosity and permeability of sandstone cores induced by CO_(2)-saturated brine at different reaction times(28-day maximum reaction period).Porosity and permeability of the sandstone increased after reaction with CO_(2)-saturated brine due to mineral dissolution.The sandstone exhibited an increase in porosity and permeability after 15 days of reaction with CO_(2)-saturated brine.Moreover,there was an increase in the volume of large pores in the sandstone after the 28-day period.The pore network of the sandstone was established through CT results,and the porosity calculated based on the obtained pore network was close to that measured in the test,demonstrating the feasibility to use CT to study the evolution of the microstructure of sandstone after long-time exposure to CO_(2)-saturated brine. 展开更多
关键词 CO_(2)capture-utilization-storage Triassic sandstone permeability porosity Ordos Basin
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碱激活矿渣地聚物早期水化与碳化耦合作用过程研究 被引量:1
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作者 程小伟 赵峰 +3 位作者 梅开元 郑友志 张春梅 郭小阳 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2020年第3期826-831,共6页
碱激活矿渣地聚物(AASGP)在早期水化和碳化的耦合作用下其物相和微观结构变化尚不明确。因此围绕在早期水化和碳化耦合作用下AASGP的物相和微观结构的演变过程采用X射线衍射仪(XRD)、孔结构和环境扫描电子显微镜(ESEM)进行分析。结果表... 碱激活矿渣地聚物(AASGP)在早期水化和碳化的耦合作用下其物相和微观结构变化尚不明确。因此围绕在早期水化和碳化耦合作用下AASGP的物相和微观结构的演变过程采用X射线衍射仪(XRD)、孔结构和环境扫描电子显微镜(ESEM)进行分析。结果表明:AASGP的抗压强度在耦合反应开始后的前3 d损失最为显著,损失率为89.75%。AASGP试样在耦合反应开始7 d后累积孔隙体积从2.71 mL/g增加到5.03 mL/g,内部孔隙急剧增加,结构被完全破坏,抗压强度消失,无法满足实际应用。耦合作用对孔结构的影响和C-S-H与CO2反应而导致的脱钙解释了AASGP试样抗压强度衰退的原因。 展开更多
关键词 碱激活矿渣地聚物 耦合作用 碳化 水化 微观结构
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提高CO_(2)封存强度的多层协同抽注技术 被引量:4
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作者 李小春 梅开元 +1 位作者 蔡雨娜 张力为 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2022年第1期167-176,共10页
中国已提出2030年碳达峰、2060年碳中和的碳减排目标,提高CO_(2)捕集、地质利用与封存(CCUS)技术发展水平与商业化规模,是实现中国碳减排目标的关键所在。“十四五”规划已明确提出要开展碳捕集利用与封存(CCUS)重大项目示范。然而,由... 中国已提出2030年碳达峰、2060年碳中和的碳减排目标,提高CO_(2)捕集、地质利用与封存(CCUS)技术发展水平与商业化规模,是实现中国碳减排目标的关键所在。“十四五”规划已明确提出要开展碳捕集利用与封存(CCUS)重大项目示范。然而,由于中国大多数CO_(2)储层的低渗透、非均质等特征,导致单一储层的CO_(2)封存能力有限,无法满足CCUS重大项目示范所需的CO_(2)地质封存量。本文提出将CO_(2)封存强度(单位土地面积的CO_(2)封存量)作为评价CCUS项目储层封存能力的关键指标,并计算了中国主要CO_(2)咸水层封存和CO_(2)强化驱油场地的CO_(2)封存强度,结果表明,现有CO_(2)咸水层封存和CO_(2)强化驱油项目的封存强度大多在105 t/km^(2)以下,无法满足中国双碳目标的需要。为显著提高CO_(2)封存强度,提出CO_(2)多层协同抽注技术的概念,通过注入井在多个储层射孔注入CO_(2),并利用采水井从多个储层中采出咸水,实现储层可用孔隙和储层压力的最优化调控,最终实现CO_(2)封存强度的大幅度提高。为验证CO_(2)多层协同抽注技术的效果,利用T_(2)Well模拟软件,构建3种CO_(2)多层统注及协同抽注的数值模型,模拟了CO_(2)定压注入过程,分析了注入60 d后的储层压力分布、储层内CO_(2)饱和度分布及CO_(2)累计注入量。结果表明:在多层协同抽注条件下,储层压力聚集现象有明显缓解,从而降低了封存区域因压力聚集导致的力学不稳定性。通过分析CO_(2)饱和度可知,注入CO_(2)后,在抽注井间压力差的驱使下,羽流将向采出井偏移;此外,受岩石性质的影响,羽流形状和范围略有差异。根据3种条件下的模拟结果计算CO_(2)封存强度可知,各向异性砂岩条件下多层协同抽注的封存强度最高达到1.115×10^(6)t/km^(2),远大于现在已实施项目的封存强度。因此,多层协同抽注技术将较大地提高CO_(2)封存强度,有利于节约中国国土资源,促进CO_(2)封存技术的推广。 展开更多
关键词 碳中和 CCUS 封存强度 协同抽注技术
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CCUS环境下水泥单矿C_(3)S的CO_(2)腐蚀动力学研究 被引量:2
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作者 高强 梅开元 +3 位作者 王德坤 张力为 张春梅 程小伟 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2022年第8期2644-2653,共10页
在碳捕集、利用和封存(CCUS)井下,油井水泥因长期受井下高温、高压和高酸性流体的作用会遭受碳化腐蚀导致水泥环失效。为了模拟CO_(2)地质封存井下碳化腐蚀环境,本文将油井水泥的主要单相矿物硅酸三钙(C_(3)S)置于不同温度(30℃、60℃... 在碳捕集、利用和封存(CCUS)井下,油井水泥因长期受井下高温、高压和高酸性流体的作用会遭受碳化腐蚀导致水泥环失效。为了模拟CO_(2)地质封存井下碳化腐蚀环境,本文将油井水泥的主要单相矿物硅酸三钙(C_(3)S)置于不同温度(30℃、60℃、90℃),并密封在8.0 MPa的气相或液相的CO_(2)碳化环境下,采用XRD和TGA相结合的分析方法,分析水泥单矿C_(3)S受CO_(2)腐蚀环境的影响规律。根据非稳态Fick扩散的渗透理论模型,建立腐蚀产物定量分析结果与腐蚀龄期的数学模型,拟合得到C_(3)S受CO_(2)腐蚀后的产物生成系数,以此评价不同CO_(2)腐蚀因素对C_(3)S的影响程度。结果表明:在CO_(2)气相环境中,温度升高将显著加剧对C_(3)S的腐蚀且产生溶蚀现象;而在CO_(2)液相环境下,高温(90℃)使C_(3)S水化反应加剧并形成阻滞层,降低CO_(2)对C_(3)S的腐蚀速率。 展开更多
关键词 水泥单矿C_(3)S CO_(2)腐蚀 CCUS 腐蚀动力学模型 渗透理论 物相变化
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持续载荷下氯离子对海洋基础设施用混凝土性能及结构的影响
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作者 沈湜祎 梅开元 +2 位作者 王斌 张力为 李梅 《土工基础》 2023年第6期950-953,共4页
海洋工程构筑物中的混凝土受海水侵蚀与潮汐作用,在频繁干湿交变环境导致的潮差区、浪溅区腐蚀最为严重。采用对干湿循环实验试样施加持续应力的方法,探究海水中Cl^(-)侵入与持续载荷对混凝土力学性能的影响。基于微米CT技术,从微观孔... 海洋工程构筑物中的混凝土受海水侵蚀与潮汐作用,在频繁干湿交变环境导致的潮差区、浪溅区腐蚀最为严重。采用对干湿循环实验试样施加持续应力的方法,探究海水中Cl^(-)侵入与持续载荷对混凝土力学性能的影响。基于微米CT技术,从微观孔隙层面,持续载荷条件下Cl^(-)侵入对混凝土结构及单轴抗压强度的影响。力学性能测试表明:持续载荷条件对维持混凝土力学强度具有积极作用,而随着干湿循环周次的增加,混凝土单轴抗压强度缓慢衰退;结合孔隙分析可知,Cl^(-)不断侵入混凝土孔隙并沉积,但对混凝土力学性能劣化影响较小。 展开更多
关键词 混凝土 氯离子 干湿循环 力学性能 孔隙结构
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基于硅酸钠和硅藻土的油井水泥自愈合材料的制备及表征
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作者 李锟 张春梅 +3 位作者 刘成 梅开元 胡陈 程小伟 《中国粉体技术》 CAS 2024年第3期64-75,共12页
【目的】研究硅藻土对硅酸钠的吸附效果,探讨油井水泥环微裂缝的修复问题。【方法】采用硅酸钠作为自愈合剂,硅藻土为载体,利用真空浸渍法制备硅藻土基自愈合材料;借助扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、红外光谱仪(in... 【目的】研究硅藻土对硅酸钠的吸附效果,探讨油井水泥环微裂缝的修复问题。【方法】采用硅酸钠作为自愈合剂,硅藻土为载体,利用真空浸渍法制备硅藻土基自愈合材料;借助扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、红外光谱仪(infrared spectrometer,FTIR)、全自动表面积和孔结构分析仪(automatic surface area and pore structure analyzer,BET)进行分析;通过对比分析掺入硅藻土基自愈合材料前、后水泥石的抗压强度、恢复率和渗透率等,对自愈合效果进行评价;通过对水泥石裂缝表面物质进行X射线衍射分析(X-ray diffraction,XRD)、热重分析(thermal analysis,TG)和SEM分析评价材料的自愈合机制。【结果】利用真空浸渍法能够成功制得硅藻土基自愈合材料;硅藻土基自愈合材料在油井水泥中最佳掺量为9%(质量分数),该试样劈裂造缝后自愈合14 d的抗压强度比纯水泥的提高99.57%,自愈合14 d后渗透率为0.42 mD,渗透率降低率达到75.44%,比纯水泥试样的高40.94%,且自愈合14 d后裂缝表面已经闭合。【结论】硅藻土基自愈合材料制备工艺简单,在油井水泥浆中具有良好的分散性和稳定性,可以促进油井水泥石微裂缝自愈合。 展开更多
关键词 硅酸钠 硅藻土 油井水泥 微裂缝 自愈合
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