丁腈橡胶颗粒油井水泥石抗冲击力学性能与损伤特征

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。