控压固井注入阶段井筒压力预测模型

控压固井技术在应对窄密度窗口地层固井难题时具有显著优势,但目前对注入阶段井筒压力的预测模型研究较少。结合控压固井的工艺流程,将注入阶段分为4个环节。基于流变学理论、井筒传热学理论和压力场理论,考虑注入阶段多流体间流变性能的差异,建立了温度-压力-流体性能参数耦合模型,并采用四循环迭代方法进行求解。以X井的控压固井参数为例进行了模拟计算,预测结果误差较小。对控压期间井筒的温度场、压力场和环空ECD进行了分析,研究结果表明,温度场在不同时间段对井口回压的影响规律不同,当环空流体结构为多液柱结构时,井口回压对温度的敏感性较小;井筒压力变化规律受流体位置的分布影响较大;在其他条件不变的情况下,提高注入排量会增加作业密度窗口,但环空最大ECD基本不变。根据研究结果提出了对应的改进思路,以便对控压参数进行更好地设计。

海上窄压力窗口控压固井浆柱结构设计方法

针对海上油气井窄压力窗口固井顶替效率低下的技术难题,通过轻钻井液的施加以优化浆柱结构以及施加环空回压的方法实现安全高效固井的目标。考虑停泵压胶塞环空回压值≯5 MPa、冲洗液环空紊流接触时间>10min以及注替结束井筒自压稳3个关键技术要求,合理优化固井浆柱结构,计算控压固井全过程井筒当量循环密度(ECD),使井筒ECD在安全密度窗口内,形成了海上窄压力窗口控压固井浆柱结构设计方法。以乐东10-1气田某高温高压井为例,优化设计了该井的浆柱结构,并模拟计算了控压固井全过程井筒ECD及紊流接触时间。结果表明:轻钻井液用量为14~50 m^(3)且密度在1.822~2.142 g/cm^(3)之间、冲洗液用量>13 m^(3)且密度在2.36~2.45 g/cm^(3)之间、水泥浆密度在2.4~2.51 g/cm^(3)之间,可实现冲洗液紊流接触时间>10 min且满足压稳不漏的固井要求。该设计方法可实现海上窄压力窗口井安全施工和提高固井顶替效率的要求。

MPC混凝土制备及其力学性能试验研究

为了解决现有加固材料加固施工周期长、与旧混凝土结构黏结差等问题,利用改性磷酸镁水泥(magnesium phosphate cement,MPC)作为胶凝材料,制备3种不同骨料类别的MPC混凝土,研究其与普通混凝土力学性能的差异以及不同骨料对其力学性能的影响.以普通混凝土作为对照,制作4组棱柱体试件进行单轴抗压试验.结果表明:MPC混凝土的峰值应变明显高于普通混凝土,轻骨料的加入使其峰值应变进一步升高;其弹性模量明显低于普通混凝土,轻骨料使其弹性模量进一步降低;4组混凝土试件弹性阶段泊松比均为0.2左右,但MPC混凝土峰值时的泊松比明显高于普通混凝土,进入塑性阶段后MPC混凝土内部裂隙发展比例更高,最终破坏现象更加突然,试件破坏后更加松散.因此,MPC混凝土与普通混凝土相比脆性更强.

磷酸盐水泥用于修补桥梁伸缩缝的可行性研究

为验证磷酸盐水泥(Magnesium Phosphate Cement,MPC)在桥梁伸缩缝修复中的可行性,通过MPC快硬高强砂浆的凝结时间、力学性能来评估其工作性能,通过压汞法检测MPC砂浆的孔隙结构,同时进行快速氯离子渗透试验,评估其耐久性。结果表明,MPC砂浆的抗压强度在12 h内达到最大值。其中,重烧氧化镁与磷酸二氢钾的质量比为4.0时,MPC砂浆的最大抗压强度为31.4 MPa,而普通硅酸盐水泥(Ordinary Portland Cement,OPC)制备的砂浆为4.2 MPa。同时,MPC砂浆与修补面的黏结性能更好,其拉伸黏结强度和弯曲黏结强度更高,分别为1.9 MPa和1.7 MPa,而OPC砂浆分别为1.5 MPa和1.2 MPa。除此以外,MPC快硬高强砂浆孔隙类型以空气孔隙为主,而不是毛细孔隙,因此相比OPC砂浆,MPC砂浆在电通量试验中表现出较低的渗透性。实际工程应用表明,MPC配制的快硬高强修补材料优于OPC配制的修补材料。

速凝磷酸镁水泥基加固材料耐蚀性能研究

磷酸镁水泥因其高密实度、良好的黏结性和高强度,在耐蚀性能方面得到广泛应用。该文通过调整M/P值,探究其对钢筋电化学特征的影响,并分析了MPC对钢筋的保护作用及其机理。研究发现,不同M/P值的MPC试件在性能上表现出明显差异,且随养护龄期增加,MPC试件的抗锈蚀能力逐渐增强。MPC对钢筋的保护作用主要体现在其优异的化学结合陶瓷属性和与钢筋良好的黏结性能上。

混凝土预制构件MPC接缝材料性能研究

在再生橡胶粉颗粒中掺入MPC砂浆,通过测试其流动度、抗压强度、黏结性能与耐水性系统研究橡胶改性MPC砂浆的性能,并采用BSE微观图像表征橡胶粉颗粒对MPC砂浆微观结构的影响。结果表明,少量的橡胶粉颗粒对MPC砂浆工作性能影响较小,掺量>10%时,MPC砂浆流动度显著降低;橡胶粉可降低MPC砂浆抗压强度和黏结强度,且对早期抗压强度影响远大于中后期;橡胶粉对MPC砂浆耐水性能有一定改善作用,掺入10%橡胶粉的MPC砂浆浸水60d后耐水系数可达0.88;橡胶粉颗粒与MPC基材料的胶结十分紧密,同时还能改善MPC基材料与石英砂的界面性能。

矿物掺合料改性磷酸镁水泥性能研究进展

磷酸镁水泥(MPC)是一种早期强度高、体积稳定性好、粘结强度高的新型胶凝材料,在工程快速修补、加固、国防建设等方面有重要价值,但也存在反应速度过快、凝结硬化时间短、成本高等问题,限制了MPC的应用推广。根据目前的研究,矿物掺合料可用于MPC改性,为使MPC在实际工程中更好发挥优势,文中从粉煤灰、矿渣、硅灰、纤维对MPC的改性效果进行总结,为MPC在重点工程中的应用提供参考。

掺RAP和乳化沥青的水泥混凝土力学性能研究

在我国公路由建设向养护和改扩建转变的阶段,大量废旧沥青混合料(RAP)的处治和使用成为一大难题,同时水泥混凝土的原材料来源也在不断减少,因此,将废旧沥青混合料资源化并合理利用于混凝土的生产中,是缓解资源紧缺和实现绿色化工程的有效手段。本文将RAP和乳化沥青掺入水泥混凝土中,利用正交试验分析了RAP掺量、水灰比和乳化沥青掺量对水泥混凝土力学性能的影响。得出了各因素对水泥混凝土抗压性能的影响排序为水灰比>RAP掺量>乳化沥青掺量,对水泥混凝土抗折强度的影响排序为乳化沥青掺量>RAP掺量=水灰比。

原料粒度对磷酸镁水泥水化硬化特性的影响

研究了原料粒度对新型磷酸镁水泥(MPC)水化硬化过程的影响规律.首先,以一定量不同粒度的烧结氧化镁粉(MgO)和磷酸二氢钾(KH2PO4)搭配并掺入不同量的缓凝剂硼砂(Na2B4O7.10H2O)配制MPC.然后,测试MPC浆体3h内半绝热温升曲线、凝结时间和MPC硬化体的强度,并分析硬化体的物相组成和微观结构形貌.结果表明:MgO粉和KH2PO4的粒度对MPC水化硬化特性有显著影响,随着MgO粉和KH2PO4的颗粒粒径减小,早期水化反应速率加快,凝结时间缩短;但对于抗压强度并非颗粒越小其值越大,在最佳MgO粉和KH2PO4粒度范围内,MPC硬化体抗压强度最高.同样,对一定粒度MgO粉和KH2PO搭配的MPC浆体,在硼砂适量时,MPC硬化体才能具有适宜的凝结时间、水化反应速度和较高的抗压强度.

海工磷酸镁水泥基材料的制备及性能研究

选用海砂、海水制备了海工磷酸镁水泥基材料,研究了该材料的贮存性能,早期强度特性及抗海水侵蚀性能。结果显示磷酸镁水泥有着良好的贮存性能,原材料按一定方式存放360d后,水泥强度降低不超过5%,原材料存放1000d后,水泥强度降低不超过10%;所制备的海工磷酸镁水泥基材料,2h的抗压强度均达到28MPa以上,1d抗压强度已达52MPa以上,凝结时间在25min以内;所制备的海工磷酸镁水泥胶砂抗海水侵蚀性能良好。

磷酸镁水泥耐水性的研究

研究了不同养护条件对磷酸镁水泥(MPC)力学、收缩性能的影响,以及不同原料配比对MPC耐水性的影响,并对不同养护条件下MPC水化产物的成分和微观结构进行了分析.结果表明:水养条件下MPC的28 d强度发生较大倒缩,耐水性较差;原料配比对MPC耐水性的影响较大,磷酸盐含量对MPC耐水性影响显著.MPC耐水性差的主要原因是水养条件下基体中少量未反应的磷酸盐溶出,改变了水溶液的pH值环境,导致主要水化产物MgKPO4.6H2O在酸性环境下水解,使体系孔隙率增大,强度倒缩.

Na_2HPO_4·12H_2O对磷酸镁水泥水化硬化特性的影响

研究了适量掺加Na_2HPO_4·12H_2O对新型磷酸镁水泥(MKPC)浆体水化硬化过程中的-pH值、体系温度、凝结时间、流动性以及强度发展等的影响.结果表明:Na_2HPO_4·12H_2O在MKPC浆体中的溶解和相变过程吸收了大量热量,从而降低了MKPC浆体的初始温度,延缓了浆体的温度上升速度,提高了MKPC浆体的pH值;上述因素导致MKPC浆体中KH_2PO_4和MgO的溶解度以及离子溶出速度降低,从而有效地控制了MKPC浆体的凝结时间和早期水化反应速度,改善了MKPC浆体的流动性;Na_2HPO_4·12H_2O还参与了系统的水化反应,使MKPC硬化体后期强度稳定增长.

新型骨水泥粘接固定骨折的动物实验研究

目的:应用磷酸镁骨水泥(magnesium phosphate cement, MPC)粘接固定家兔胫骨平台骨折,探讨其治疗效果、粘接和降解机理。方法:20只家兔分为两组,第1组15只,第2组5只,通过开放截骨法建立家兔双侧胫骨平台骨折模型。第1 组:实验组用MPC骨水泥固定,对照组用“L”形钢板固定。第2组:实验组也同样用MPC骨水泥固定,而对照组作空白对照。通过大体观察、影像学、组织学及电解质检查,探讨MPC骨水泥治疗骨折的效果、对体内电解质的影响、粘接和降解机理。结果:6周后实验组都获得稳定的骨折愈合,没有发现骨折错位及延迟愈合,MPC骨水泥逐渐被吸收,对体内电解质无明显影响,其对骨折的治疗和钢板固定组达到同样的治疗效果。而空白对照侧均出现骨折错位、畸形愈合。通过对标本的组织学检查发现其粘接机理为镶嵌固定,并通过溶解而逐步降解。结论:MPC骨水泥具有一定的粘接强度,能降解,对体内电解质干扰小,是一种较为理想的骨水泥,可以用于骨折的粘接固定。

磷酸镁水泥基材料复合减水剂的应用研究

在研究适用于普通硅酸盐水泥的减水剂对磷酸镁水泥(MPC)基材料流动性影响的基础上,根据MPC基材料的水化特点,采用复合方法配制减水剂,研究了复合减水剂对MPC基材料流动性、凝结时间、强度、水化产物及结构的影响.结果表明,适合于普通硅酸盐水泥的减水剂,对MPC砂浆流动性没有明显改善作用;复合减水剂对MPC基材料流动性及强度均有明显改善作用,而且还能提高MPC水化产物生成量和水化产物密实度.

磷酸镁水泥固化铅污染土的力学特性试验研究及微观机制

采用磷酸镁水泥(MPC)对铅污染土进行固化/稳定化处理。基于无侧限抗压强度试验和渗透试验,研究了MPC添加量、水土比对固化污染土强度及渗透特性的影响规律。结果表明,固化土的强度随MPC添加量增加而增大,渗透系数减小;水土比对固化土的强度及渗透特性的影响均存在临界值,为0.45。低于临界值时,固化土的强度随着水土比的增加而增加,渗透系数随着水土比的增加而减小。压汞试验(MTP)结果表明,随MPC添加量的增大,固化土孔隙体积减小,水土比不超过临界值时,固化土孔隙体积随着水土比的增大而减小。扫描电镜试验结果表明,随着MPC添加量的增加,土颗粒团聚化越明显,胶结程度加强;水土比不超过临界值时,土颗粒团聚体增多。镁钾磷酸盐晶体(MKP)主要通过减少孔径大于1?m的孔隙体积来影响固化土的强度和渗透特性。

不同磷酸盐对磷酸镁水泥水化硬化性能的影响

以四种酸式磷酸盐P(NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、KH2PO4、K2HPO4),与电解镁砂(MgO)配制磷酸镁水泥,测试了其凝结时间及3 h、1 d、3 d硬化体的抗压、抗折强度;并利用六偏磷酸钠作为缓凝剂,研究了其对所配制磷酸镁水泥水化历程的影响。试验结果表明,在相同摩尔浓度下,磷酸二氢盐较一氢盐更能促进MPC的水化历程,使MPC凝结时间缩短、早期强度增长较快。SEM、XRD证明,在不影响水化产物种类的情况下,六偏磷酸钠可改变磷酸镁水泥的水化历程,能有效控制其水化反应速率,同时不影响其强度的发展。

石灰石粉对磷酸镁胶结材料浆体性能的影响

为了研究石灰石粉对磷酸镁胶结材料(MPC)浆体性能的影响,测试了含石灰石粉MPC浆体的凝结时间、抗压强度、收缩变形和水化温度,分析了含石灰石粉MPC浆体的物相组成和微观形貌.结果表明:掺加适量石灰石粉可明显提高MPC浆体的抗压强度并改善其收缩变形.适量石灰石粉掺加后,MPC浆体早期水化程度显著增加,MPC浆体中主要水化产物MgKPO4·6H2O的结晶程度、生成量和生成比例明显提高,晶体形貌和大小发生了变化,MPC硬化体结构更加致密.

m(P)/m(M)比值对磷酸镁水泥性能影响及作用机理分析

研究了原材料磷酸二氢铵（P）与氧化镁（M）的质量比值对磷酸镁水泥抗压强度和凝结时间的影响,通过XRD、扫描电镜和能谱检测分析了该比值影响的作用机理.研究发现,材料体系是由大量未反应的氧化镁颗粒被水化产物胶结而形成的强度体系,氧化镁对水化反应速率和强度发展至关重要;水化产物主要为磷酸铵镁和磷酸镁类化合物,其组成及晶体形貌结构受m （P）/m （M）比值影响较大,当m （P）/m （M）比值在1/4-1/5时,水化产物晶体微观形貌结构密实,材料强度较高.

新型钙镁磷酸复合材料理化机械性能的初步评价

目的研究新型磷酸钙-磷酸镁水门汀(CMPCs)的理化机械性能。方法采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)分析主要物相组成,研究比较材料不同组成对固化时间、抗压强度、降解率的影响。结果 XRD、SEM分析显示,CMPCs主要包含Ca_3(PO_4)_2、Mg_3(PO_4)_2、HA以及少量MgO。随着磷酸镁水门汀含量的增加,CMPCs的固化时间缩短,抗压强度提高,降解率升高。结论 CMPCs理化机械性能优良,作为齿科修复材料具有深入研究的价值。

严寒环境下氧化镁晶须对磷酸镁水泥早期力学性能的影响

重要基础设施的冬季抢修和维护需要使用在严寒和无养护条件下可快速凝结硬化的高早强修复材料。磷酸镁水泥(MPC)常用于制备快速修复材料,但是严寒环境下,其早期力学性能显著降低。采用高活性氧化镁晶须作为增强材料,研究了(-20±2)℃环境下氧化镁晶须对MPC凝结硬化特征、早期强度和水化产物的影响。结果表明,(-20±2)℃环境下,氧化镁晶须快速水化,显著提高MPC浆体初始温度,氧化镁晶须掺量为1%~3%时,MPC水化温升峰值可达60~70℃,2 h抗压强度和抗折强度达到25.4和6.6 MPa。氧化镁晶须快速水化释放热量,保证MPC的酸碱反应顺利进行,同时生成的鸟粪石作为晶种产生诱导结晶作用,促进MPC早期水化和鸟粪石晶体生长,使MPC在严寒环境下依然具有较高的早期强度。