基于分子动力学模拟的遇水膨胀橡胶改性沥青性能研究

遇水膨胀橡胶(WSR)可以有效降低混凝土的透水性。为实现该材料在沥青改性中的应用,采用分子动力学模拟方法,分析遇水膨胀橡胶与沥青的相容性以及对沥青力学性能的影响。具体包括:沥青、WSR和WSR改性沥青共混体系分子模型构建,相容性性评价,WSR掺量对沥青性能的影响以及力学性能的改性效果等。试验表明,160℃下,WSR与沥青的溶解度参数差值最小,所构成的共混体系更稳定;10%掺量时,结合能达到最大值,能形成稳定的共混体系;WSR改性沥青相比于基质沥青弹性模量提高了14%,体积模量提高了8%,剪切模量提高了18%。研究结果对基于遇水膨胀橡胶的沥青改性研究具有一定的指导意义。

工艺过程对遇水膨胀橡胶性能的影响

采用三种不同的工艺方案,探究了在材料质量分数相同的情况下,吸水树脂的加入顺序对胶料性能的影响。结果表明,吸水树脂在混炼过程的加入顺序不会对胶料的焦烧性能和硫化速度造成很大影响。在混炼过程中先加吸水树脂的胶料拉伸性能最好。最后加入吸水树脂,遇水膨胀橡胶的体积膨胀倍率最大,拉伸性能也相对较好,综合性能最佳。

遇水膨胀封隔器关键技术研究

针对常规封隔器在大尺寸及不规则井眼中使用可靠性较差的问题,开展了遇水膨胀封隔器技术研究。采用了测试遇水膨胀橡胶膨胀率和封隔能力等的方法,优选了遇水膨胀橡胶的配方:橡胶D1+70%吸水聚合物+20%补强剂A+40%补强剂C。通过室内试验分析了温度及盐溶液对遇水膨胀橡胶的影响规律,结果表明:随着温度的升高,遇水膨胀橡胶的膨胀率增大,但当温度高于120℃时,其膨胀率随温度升高而降低;盐溶液的离子强度越高,遇水膨胀橡胶的膨胀率越低。分析了遇水膨胀封隔器的膨胀密封机理,并采用有限元方法分析了遇水膨胀橡胶不同膨胀率下的封隔能力,发现遇水膨胀橡胶的膨胀率越大,封隔能力越强。现场应用表明,遇水膨胀封隔器能解决常规封隔器在大尺寸及不规则井眼中使用可靠性较差的问题。

关于GB 50208-2011中腻子型遇水膨胀止水条物理性能要求的修订建议

分析了GB 50208—2011《地下防水工程质量验收规范》对腻子型遇水膨胀止水条物理性能的要求,指出了其与现行相关标准存在的不协调问题,如7 d膨胀率≤最终膨胀率60%的规定导致合规产品可能无法通过验收检测。在此基础上,针对该验收规范对腻子型遇水膨胀止水条物理性能的要求提出修订建议:取消有关试验条件的规定;取消21 d膨胀率作为最终膨胀率的规定;取消7 d膨胀率≤最终膨胀率60%的要求;明确硬度测试方法。

复合型抗饶渗遇水膨胀橡胶止水带的研制

橡胶止水带单面或双面加强筋用遇水膨胀橡胶胶条替代。并且遇水膨胀橡胶加强筋遇水后纵向膨胀,有效地抗饶渗止水。

CT实时观察下泥岩遇水软化过程的机理

利用CT断面成像技术(X-ray CT)实时观察水-岩作用过程中泥岩细观结构的动态软化过程.通过对不同浸水时间泥岩试样的实时扫描观察,获得水作用下泥岩内部裂隙的时空演化特点,如初始裂隙效应、网状扩展行为、空间非均匀分布和典型活跃期.据此得出水-岩作用过程中泥岩遇水软化微观结构演化的三个环节:首先历史成岩过程形成的细观裂隙为后来的水分子侵入泥岩提供了初始通道;接着侵入的水分子通过物理和化学作用导致泥岩中黏土矿物的体积膨胀和可溶碳酸盐溶解;最后是不利的黏土矿物体积膨胀和可溶碳酸盐溶解衍生的力学效应导致裂纹的扩展和相互连通.

双组分遇水膨胀聚氨酯灌浆材料的研制及性能

采用亲水性聚醚多元醇(PPE)与甲苯二异氰酸酯(TDI)反应的预聚体等作为灌浆材料A组分,不同相对分子质量的聚乙二醇(PEG)、PPE和3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷(MOCA)等作为灌浆材料的B组分,常温下A、B组分混合固化获得一种具有高遇水膨胀率的防水堵水材料。讨论了B组分中固化剂类型、催化剂用量、A组分中预聚体的NCO含量、填料用量、R值等对灌浆材料性能的影响。结果表明,当B组分中固化剂为PEG600、PPE和MOCA混合物,催化剂质量分数在0.1%～0.5%、预聚体NCO基质量分数为5%～7%、填料质量分数为5%～7%、R值为0.90～1.10之间时,灌浆材料性能较好,遇水膨胀率较高;耐盐性能和反复膨胀性能都表现优异。

遇油遇水自膨胀封隔器的研究与应用

利用遇油遇水橡胶遇油或遇水后体积膨胀的特点,制成的封隔器具有膨胀率高、充填效果好、操作简单等优点,能够简化施工工艺、降低完井成本,可应用于水平井分段开采、控水堵水、辅助固井等作业中。介绍了遇油遇水自膨胀封隔器的结构设计和应用范围,分析了遇油遇水自膨胀封隔器的工作原理。室内拉力试验和地面承压试验及现场应用表明,遇油遇水自膨胀封隔器达到了设计要求,能满足现场需要。

遇水膨胀封隔器分段酸压技术及应用

中国西北某油田奥陶系碳酸盐岩油藏以裂缝溶洞为主要储集空间,具有超深、高压和高温的特点,水平井笼统酸压存在效果差以及分段改造方式和工具选择困难等问题。阐述了遇水膨胀封隔器分段酸压技术原理、技术关键、施工程序和工具性能参数。根据试验井实际钻、录、测井资料和分段酸压级数优化结果,结合储层裂缝、溶蚀孔洞特点,并考虑完井工具对井径、井眼轨迹的要求,以有利储层段有效改造为原则,确定分段酸压完井方案,优化了封隔器下入和膨胀座封时间,开展了分段酸压优化设计以及现场试验。试验表明:分段酸压完井方案及酸压优化设计方法是正确的,但投球滑套等工具质量以及完井酸压过程中的质量控制需进一步提高和完善。

辐射硫化和增容剂对氯丁/聚丙烯酸钠遇水膨胀橡胶性能的影响

采用γ射线辐射硫化技术制备了氯丁/聚丙烯酸钠遇水膨胀橡胶,考察了在一定吸收剂量时增容剂对膨胀橡胶的力学性能、膨胀性能和质量损失率的影响,以及吸收剂量对质量损失率的影响。结果表明,增容剂有利于提高力学和膨胀性能,降低质量损失率,吸收剂量提高有利于质量损失率的降低。

盾构隧道遇水膨胀橡胶密封垫止水性能试验研究

运用密封垫静态密封原理及交联橡胶的统计理论 ,对盾构隧道衬砌环缝遇水膨胀橡胶密封垫的膨胀性能及不同工况下耐水压性能进行试验 ,从而分析遇水膨胀橡胶密封垫的止水机理 ,并评述其在隧道中的止水能力 ;同时 ,为盾构隧道衬砌接缝遇水膨胀橡胶密封垫防水的设计、施工提出几点建议。

耐盐型遇水膨胀橡胶的制备与性能

以聚乙二醇、甲苯二异氰酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯为原料,用逐步聚合反应法制备出吸水性聚氨酯(PU)大分子反应型树脂,该树脂再与丁腈橡胶(NBR)通过自由基反应制备出聚乙二醇接枝丁腈橡胶主链的新型耐盐型遇水膨胀橡胶(WSR)。研究了PU用量、聚丙烯酸钠(SAP)用量对WSR力学性能和最大质量膨胀倍率(ΔWe)的影响。结果表明,随着吸水树脂中PU相对含量的升高及SAP相对含量的下降,WSR力学性能提高,ΔWe增大。在不添加小料且PU含量在150份时,制备的WSR不存在吸水剂析出现象且吸水膨胀倍率稳定在3.6倍左右,并表现出较好的耐盐性。

改性组分对遇水膨胀橡胶吸水膨胀性能影响的逾渗理论分析

根据逾渗理论模型对自制遇水膨胀橡胶的平衡吸水膨胀率与吸水树脂用量之间的关系进行了分析和相关的计算,并确定了该遇水膨胀橡胶共混体系的临界基层厚度Tc,在此基础上证明了所制备的遇水膨胀橡胶共混体系的平衡吸水膨胀率(Sw)与复合球体积分数(φs)间的关系服从逾渗理论的标度定律关系,并求得了不同共混体系的临界指数g值;最后将改性吸水树脂中改性组分用量与临界指数g值的大小、遇水膨胀橡胶平衡吸水膨胀性能之间的关系等相联系进行分析。结果表明,临界指数g值越接近理论值,遇水膨胀橡胶的平衡吸水膨胀率越大,当改性组分质量分数为30%,吸水树脂用量为30质量份时,遇水膨胀橡胶的平衡吸水膨胀率达到438%,临界指数g值为0.44,其主要原因是改性组分的引入使吸水树脂在橡胶中的分散性得到了明显的改善。

遇水膨胀橡胶的老化性能试验研究及寿命预测

主要针对盾构隧道管片接头橡胶密封垫常用的遇水膨胀橡胶进行室内快速老化试验,得到其受拉性能及遇水膨胀性能变化规律;并运用数据统计分析软件对数据进行处理,对此类材料建立了寿命预测的方法,从而为遇水膨胀橡胶的工程应用提供了必要的材料性能资料。

遇水自膨胀封隔器在水平井分段压裂中的应用

鉴于目前国内自膨胀封隔器仅用于分层堵水和辅助固井、完井等低压作业的现状,针对裸眼水平井分段压裂工艺开发了φ144 mm遇水自膨胀封隔器,用于替代常规封隔工具进行裸眼段的环空封隔作业。介绍了该种封隔器的结构特点和主要技术参数,分析了其应用于裸眼分段压裂的关键技术,并进行了室内试验验证。2012年6月开始在中石化华北分公司红河油田对φ144 mm遇水自膨胀封隔器进行现场试验,共进行了6井次的裸眼水平井分段压裂施工,单井最多下入遇水自膨胀封隔器7套,最高施工压力64 MPa。对2口重点井的施工过程进行了详细介绍和分析。试验结果表明,φ144 mm遇水自膨胀封隔器能满足裸眼水平井分段压裂施工要求,下入安全,可实现油井的有效封隔。

纳米蒙脱土对遇水膨胀丁腈橡胶性能的影响

以纳米蒙脱土为增强剂与丁腈橡胶、吸水树脂(交联聚丙烯酸钠)等共混,制备了遇水膨胀橡胶。用扫描电镜观察了遇水膨胀橡胶的形貌,测试了力学和吸水膨胀性能。结果表明,添加纳米蒙脱土能显著提高遇水膨胀橡胶吸水前后的力学强度,改善橡胶中吸水树脂的分散性,降低其质量损失率。另外,研究了纳米蒙脱土含量对遇水膨胀橡胶吸水率的影响,对遇水膨胀橡胶在酸、碱、盐水和高温去离子水等不同介质溶液中的膨胀行为进行了探讨。

遇水自膨胀封隔器研制及在水平井中的应用

边底水侵入、油井含水上升过快是制约水平井高产稳产的主要因素,有效的分段隔离是解决问题的关键,需研究可靠性高、成本低、可适应裸眼环境的遇水自膨胀管外封隔器,以及在水平井中控水堵水的工艺。介绍了国外公司对遇水自膨胀封隔器的研究与应用进展。通过膨胀机理试验研究和封隔器地面台架试验,开发出国产遇水自膨胀封隔器,并在油田成功进行了现场试验。试验结果表明,该封隔器各项指标达到设计要求,完全满足常规完井与控水工艺需求。

海藻酸钠改性高吸水树脂在遇水膨胀橡胶中的性能研究

以淀粉(ST)和丙烯酸(AA)为单体,采用微波辐照法对海藻酸钠(SA)进行接枝改性,得到了一种三元共聚高吸水树脂(SAR)。将SAR与丁腈橡胶(NBR)共混得到一种遇水膨胀橡胶(WSR)。考察了不同SAR与硫化剂(DCP)用量对WSR力学性能和吸水膨胀性能的的影响,结果表明,WSR中SAR的最佳用量为75phr,DCP最佳用量为2phr,得到的遇水膨胀橡胶兼具良好的力学性能和吸水膨胀性能。

遇水崩解型聚苯乙烯崩解机理及性能

采用原位共混聚合的方法将反相乳液聚合得到的交联聚丙烯酸钠吸水树脂微粒混入聚苯乙烯材料中,得到聚苯乙烯/聚丙烯酸钠共混物(PS/PAANa),共混物遇水后会崩解成含水凝胶的聚苯乙烯粉末,并失去机械强度。用扫描电镜观察材料水崩解前后的微观结构,并研究了材料的崩解机理。测试了材料的力学强度和水崩解产物的吸水性能。结果表明:此材料的崩解机理为在分散剂Span-80的作用下,吸水树脂吸水后膨胀导致基体聚苯乙烯出现银纹并扩展为裂缝,裂缝继续扩展,最终导致基体崩解为粒径0.05～0.2mm的粉末;PS与PAANa原位共混后,力学强度提高;共混物的崩解产物吸水倍率可达26倍。

遇水膨胀橡胶的膨胀性能研究

随着钻完井技术的不断发展,自膨胀封隔器技术已经越来越广泛的应用于水平井分段开采、低渗透储层和页岩气储层分段压裂等领域。自膨胀封隔器的膨胀性能是影响其现场应用效果的关键所在,文章研究了遇水膨胀橡胶膨胀机理,对现场应用中影响橡胶膨胀性能的环境因素及影响原理进行了分析,在此基础上提出了提高橡胶遇水膨胀性能的改进方法,并通过室内试验结果对改进方法进行了验证。