复合材料吸湿-烘干过程中胶接界面与胶膜的匹配性研究

胶接具有避免应力集中、减重等优点,在复合材料的连接领域得到广泛应用。但复合材料在胶接前的储存过程中会吸湿,从而使胶接试验件的胶接性能下降。因此,在胶接前需要对复合材料进行烘干处理。在复合材料的吸湿-烘干过程中,胶接界面与胶膜的匹配性是亟待解决的问题。首先选用60001干可剥布和EA9895湿可剥布对复合材料进行表面处理,然后在26℃/65%RH(RH为相对湿度,下同)和70℃/85%RH环境下进行吸湿-烘干处理,最后用EA7000胶膜胶接,得到胶接试验件并进行胶接性能测试。研究表明,吸湿后复合材料的胶接界面与胶膜的匹配性变差,其机理为复合材料内部的水分进入胶膜,进而破坏胶膜中载体纤维与树脂的界面结合,降低了胶膜本身的力学性能。在26℃/65%RH环境下吸湿-烘干后,胶接试验件的胶接性能基本可以恢复,使用EA9895湿可剥布处理的胶接界面与胶膜的匹配性优于60001干可剥布。在70℃/85%RH环境下吸湿-烘干后,胶接试验件的胶接性能恢复程度较低,胶接界面与胶膜的匹配性较差。

盐穴储气库老井封堵界面胶结强度试验研究

现阶段进行的水泥塞封堵界面胶结强度测试研究未考虑高温高压对其测试的影响,且大多数开展的是常温常压下水泥塞的剪切胶结强度测试。为此,设计了盐穴储气库老井封堵水泥塞综合胶结强度原位测试装置,并在80℃、15 MPa的模拟条件下,开展了不同界面、不同水泥塞长度和直径及水泥浆体系条件下的水泥塞胶结强度测试试验,明确了不同因素对胶结强度的影响规律。试验结果表明:水泥塞-岩石/套管界面的胶结强度受水泥浆体系影响较大,盐层水泥浆体系下的界面胶结强度大于盖层水泥浆体系下的界面胶结强度;水泥塞-岩石界面胶结强度略大于水泥塞-套管界面胶结强度;水泥塞-岩石/套管界面的拉伸胶结强度低于剪切胶结强度,且两者之比为0.41~0.45。研究成果可为盐穴储气库老井封堵界面密封失效的预测提供重要的理论支撑。

一种选择性堵水界面凝胶的研制

针对高分子聚合物选择性堵水凝胶油水选择性差、注入压力大等缺点,利用N,N-二甲基环己胺分别与硬脂酸、花生酸、山嵛酸,通过酸胺中和反应合成小分子凝胶因子,该小分子凝胶因子能够在油水界面上自发形成界面凝胶。利用偏光显微镜及流变仪探究了界面凝胶的微观形貌以及流变学性能,利用驱替实验考察了小分子凝胶因子在油水界面的选择性堵水性能。结果表明:小分子凝胶因子在油水界面形成的界面凝胶的黏度可达105 mPa·s以上,屈服应力高达100 Pa;驱替实验证明,小分子凝胶因子能够选择性封堵水通道,突破压力梯度达到2.74 MPa/m,采收率提高了21.3个百分点。该小分子凝胶因子具有良好的油水选择性,能够有效提高原油采收率,具有推广应用价值。

胶粘剂在湿热环境下的老化行为规律及环境损伤机理

本工作选取硅橡胶胶粘剂、环氧树脂胶粘剂这两类典型胶粘剂作为研究对象,开展实验室湿热加速试验,从胶粘剂材料及胶接界面等角度研究其老化行为规律及环境损伤机理。结果表明,在试验初期上述两类胶粘剂均发生后固化反应,这导致样品的拉伸剪切强度和初始热分解温度有所上升。随着老化持续进行,样品的拉伸剪切强度和初始热分解温度逐渐下降。硅橡胶胶粘剂的界面破坏形式由内聚破坏占主导的混合破坏向界面破坏转变,而环氧树脂胶粘剂的界面破坏形式由界面破坏占主导的混合破坏向界面破坏转变。分析其可能的环境损伤机理,认为侧基氧化、Si-O结构环化解聚、水解和交联反应等可能存在于硅橡胶胶粘剂湿热老化过程中。就环氧树脂胶粘剂而言,其老化可能主要源于主链中C-N键等处链段降解,以及羟基、与N相连的亚甲基处发生氧化反应等。

两种厚度的层合板单搭接胶接接头的静力与疲劳性能研究

针对两种厚度的复合材料单搭接胶接接头开展了静力与疲劳试验研究和静力数值分析。用虚拟裂纹闭合技术模拟搭接胶接界面,研究单搭接试件在轴向拉伸载荷作用下的裂纹起始和扩展原理。结果显示:损伤起始时刻,G_(Ⅲ)远远小于G_(Ⅰ),G_(Ⅱ);G_(Ⅰ)随着裂纹长度的增加而减小,G_(Ⅱ)随裂纹长度的增加而增大;界面损伤起始主要受面外剥离力的影响,裂纹扩展主要受滑移剪切力的作用。设计两种厚度的复合材料单搭接胶接接头的疲劳试验,得到了不同疲劳载荷下试件的疲劳寿命,并给出相应裂尖G_(Ⅰ)/G_(Ⅰ)C,G_(Ⅱ)/G_(Ⅱ)C的值;绘制N-G_(Ⅰ)/G_(Ⅰ)C,G_(Ⅱ)/G_(Ⅱ)C曲线发现,寿命随G_(Ⅰ)/G_(Ⅰ)C增加的递减幅度远远大于随G_(Ⅱ)/G_(Ⅱ)C变化的幅度;对比试件胶接界面破坏形式发现,与粘接层较薄试验件相比,粘接层较厚的试验件界面破坏形式较平滑,且胶层破坏面积所占比例较高;随着疲劳载荷值的增加,搭接区域胶层破坏面积所占比例减小,被粘接的复合材料纤维层撕裂面积增加。

水-温耦合作用下胶石界面抗拉强度研究

为研究冻融环境对聚氨酯透水混合料(PUPM)界面力学性能的影响,探讨了不同温度、不同水热时间和不同冻融次数等环境下胶石界面抗拉强度的变化规律,并分析了三种工况下的界面失效模式。结果表明:随着温度的降低,胶石界面抗拉强度不断增高;随着浸水时间的增加,胶石界面抗拉强度不断减少,并且随着浸水时间的增加,水热环境对胶石界面的抗拉强度影响力越来越小;冻融次数与浸水时间对强度有相似的变化规律,在冻融前期,PUPM力学性能受冻融作用影响较大,后期较小,冻融两次时,界面抗拉强度迅速衰减,冻融两次后,强度衰减趋势减缓。

油井水泥与钢管胶结界面处微观结构研究(I)

阐述了微观结构研究的意义 ,研究了静态养护条件下油井水泥与钢管胶结界面处的微观结构 ,结果表明油井水泥与钢管胶结界面处存在大量易冲蚀的Ca(OH) 2 晶体和高碱性的C -S -H凝胶 ,是一个结构较疏松、薄弱的过渡带 。

油井水泥与钢管胶结界面处微观结构研究(Ⅱ)

在动态养护条件下对油井水泥与钢管的胶结界面处微观结构进行了研究。结果表明 ,动态养护条件下油井水泥与钢管的界面处胶结强度即抗窜能力大幅度降低 ,与静态养护时完全不一样。在其胶结界面上 ,Ca(OH) 2晶体和高碱性的C -S -H凝胶大量被溶蚀 ,耐冲蚀的钙矾石等水化产物较发育 ,存在一个结构疏松、强度薄弱的过渡层 ,该层是抵抗油气水窜的薄弱环节。

井下复杂温度条件对固井界面胶结强度的影响

针对复杂多变的井下温度影响固井界面胶结强度的问题,利用自主研制的界面胶结强度测试仪,在恒温或交替变温的条件下,对3类水泥浆体系和5种不同岩性岩心所形成的封固系统进行了第一与第二界面胶结强度的实验研究。结果表明,水泥浆凝固过程中,一界面胶结强度在室温到75℃范围内基本不受温度变化的影响;水泥浆凝固后,温度变化会使界面胶结强度显著降低,且降低幅度随温差和温度变化次数的增大而增大;水泥石弹性模量越小,一界面胶结强度随温度变化的降低幅度就越小;二界面胶结强度随温度变化的降低程度取决于水泥石的热膨胀和机械性能,与岩心性能越相近,胶结强度降低幅度越小。

环氧胶粘剂及其胶接界面热氧老化机理研究

采用红外光谱、X射线光电子能谱和扫描电镜对环氧胶粘剂的热氧老化机理进行了研究。同时,对环氧胶接结构进行了力学性能分析,研究了热氧环境对其力学性能退化的影响。结果表明,环氧胶粘剂在热氧加速老化中发生的化学反应主要有后固化反应和氧化反应。热氧老化过程中,环氧胶中的羟基被氧化为醛基化合物,亚甲基被氧化为酰胺。热氧加速老化后的力学性能表明,环氧胶材料本体的耐老化性能好,界面粘接强度具有较好的稳定性。

钻井工程固井胶结界面研究现状

固井质量问题在石油勘探开发中备受关注,对特殊工艺井钻井、油水井开采寿命和勘探开发效益有直接 的影响。对固井胶结界面的研究是从根本上提高固井质量的一项基础性研究工作。为了推动固井胶结界面研究工作的 开展,分析了国内外近年来有关固井界面研究的文献,阐述了开展固井胶结界面基础研究工作的意义,着重分析了这 一研究领域目前所采用的研究方法,以及提高固井界面胶结强度的主要途径。在分析文献的基础上,提出今后深入开 展固井界面研究工作的重点是:1)继续完善研究方法;2)重视动态研究;3)从胶结界面的微观结构和钻井工程整 体系统的角度开展研究工作; 4)注重改善胶结界面水化产物的微观结构和钻井工作液之间的协调增强作用。

不同养护条件对胶结界面抗气窜强度的影响规律

设计了水浴、空气和先空气后水浴等3种养护条件,利用自行研制的胶结界面抗气窜强度实验仪,研究了不同养护条件对固井胶结界面抗气窜强度的影响规律。试验结果表明:对于相同的水泥浆体系,在含水保水的养护条件下,胶结界面的抗气窜强度较高,耐久性好;而在无水或缺水的养护条件下胶结界面的抗气窜强度很低,即使延长养护时间,界面强度仍然不会提高;胶乳防气窜水泥浆只有在含水的环境中养护才能发挥作用,而在缺水的条件下其抗气窜强度还不如油井水泥净浆;缺水状态会破坏天然气井固井水泥环的界面胶结强度并引起抗气窜强度的降低,是天然气井投产后发生气窜的一个重要原因之一。该结果对研究新的天然气井防气窜理论和方法有重要的启示和指导意义。

使用优质钻井液提高固井二界面胶结质量

钻井液对固井界面胶结质量的影响是近年来国内外日益关注的问题。从胶结界面的基本观点、钻井液对固井质量的不良影响和新型钻井液体系对固井界面胶结质量的增强作用等方面对相关文献进行了综述分析,得出结论如下:①钻井液不仅仅是钻井工程的一个重要部分,而且也是完井工程的一个重要组成部分,与固井质量息息相关,直接影响到油气井的勘探开发效益;②在认识钻井液对固井质量的影响方面,不仅要认识到钻井液对固井质量的不良影响,更要看到新型钻井液技术的发展可能会有效地改善和强化固井质量的积极的一面;③应该注意研究新型的能够增强固井二界面胶结质量的钻井液技术,做为固井技术的一个有益的补充,以此更加高效经济地提高特殊工艺井和各种复杂井的固井质量;④由于钻井液在钻井和完井工程中的特殊地位,为了提高油田建井质量和勘探开发效益,应适当加大对钻井液的投入,以保证在钻井的全过程钻井液性能优异,同时为提高固井质量创造有利条件。

工作液密度降低对水泥环界面胶结的影响

固井后工作液密度的降低会造成水泥环与套管和地层脱离胶结,从而形成微环隙,导致水泥环的层间封隔失效。根据厚壁圆筒理论,建立了更符合水泥环受力状况的套管—水泥环—地层力学模型,给出了工作液密度降低对水泥环与套管及地层间所受到的应力位移计算式。模拟计算结果表明,在相同井深处,工作液密度降低值越大,水泥环受到的应力值越大,界面处越容易产生微环隙。对于相同密度降低值,水泥环受到的应力值和产生微环隙的可能性随井深的减小而减小。结合模拟计算值和试验,测试不同水泥浆体系的水泥石与模拟套管的胶结强度值,选择和设计不同的水泥浆体系或降低合理的工作液密度值以防止微环隙产生的新途径。

“死泥浆”影响界面胶结力学性能的实验研究

针对目前油田常用来改善界面胶结强度的水泥浆体系,以窝存的“死泥浆”为基础,系统评价了四种界面组成条件下的胶结力学性能。实验结果表明,若固井二界面没有窝存的“死泥浆”,早强型水泥浆可使界面胶结强度提高97.62%,但当有窝存的“死泥浆”存在时,它对固井二界面胶结强度的改善效果就十分有限甚至起反作用;窝存的“死泥浆”对增强型水泥浆与模拟岩心之间的胶结强度则影响相对较小,且在各种钻井液混入比例条件下,其固井二界面胶结强度均明显高于纯水泥浆和早强型水泥浆。探讨了早强型水泥浆和增强型水泥浆的胶结强度强化机理,提出了从根源上解决层间窜问题的有效途径。

YLD-1油水井堵漏剂界面胶结强度增强机理研究

在动静态养护条件下通过对 YLD- 1油水井堵漏剂与钢管的胶结界面力学性能和微观结构的研究 ,探讨了 YLD- 1油水井堵漏剂的界面胶结强度增强机理 .结果表明 ,YLD- 1堵漏剂能够在胶结界面生成抗冲蚀的水化产物且形成致密坚固的微观结构 ,再加上独特的自我修复的再愈合能力 ,增强了界面胶结强度 ,提高了抗窜能力 .

硫铝酸盐固井水泥石-套管界面胶结强度增强机理

硫铝酸盐水泥是一种潜在固井材料,其固井界面胶结强度及微观结构尚不明确,为此进行硫铝酸盐水泥浆胶结界面胶结强度增强机理实验研究。采用X射线衍射仪研究硫铝酸盐水泥浆的水化机理,利用胶结强度测试装置测定硫铝酸盐水泥浆固井界面胶结强度,利用扫描电子显微镜和X射线能谱分析表征固井界面的微观结构及化学组分。研究结果表明:龄期为1 d、3 d、7 d时,硫铝酸盐水泥与套管的胶结强度比同龄期G级水泥分别提高了24.3%、20.1%和25.3%;微观分析结果表明,套管表面聚集着大量Al元素(AH3凝胶),其高聚合度可以降低界面处的孔隙率,从而提高硫铝酸盐水泥石的界面封固性能。

FRP加固钢梁胶层界面的断裂力学分析

疲劳试验研究表明,FRP加固钢梁可以大大改善钢结构的疲劳寿命,但FRP端部胶层界面容易发生脱胶,影响加固效果。采用断裂力学分析方法,应用分析模型、简化分析模型和有限元方法得到胶层界面裂纹扩展过程的能量释放率G,提出避免FRP端部发生胶层界面破坏的措施。

热-力载荷下复合材料/金属双面胶接接头界面力学模型

在温度和静拉伸载荷共同作用下,考虑胶层的材料非线性,建立了复合材料/金属双面胶接接头界面的力学分析模型,推导出弹性响应和塑性响应下胶层剪应力的分段表达式,使用胶层最大剪应变失效准则计算出胶层主导破坏的结构极限载荷,并与有限元数值结果进行对比和验证。分析表明,双面胶接接头应力分析理论模型与相关简化假设正确、合理。在此基础上,研究了复合材料/金属双面胶接接头在热-力载荷下的胶层剪应力分布特点、破坏模式和失效机理,为胶接结构的承载能力分析及结构改进设计提供理论依据。

水泥乳化沥青混凝土胶浆-集料界面微观结构

论述了水泥乳化沥青混凝土性能及胶浆-集料界面微观结构的研究进展,探讨了界面微观结构研究中存在的问题,提出了水泥在界面微观结构中的功能,展望了界面微观结构的研究方法和发展方向。研究结果表明:胶浆-集料界面微观结构直接影响混凝土整体性能,水泥能够明显改善界面微观结构;应针对有机和无机结合料共同特点,综合现行微观试验手段,建立胶浆-集料界面微观结构模型,通过界面微观结构全面预测和改善混凝土宏观路用性能。