[发明专利]一种直接评价高温高压下水泥浆中植物纤维适应性的方法

说明书

本发明公开了一种直接评价高温高压下水泥浆中植物纤维适应性的方法，属于石油与天然气固井工程材料技术领域，包括水泥浆制备、高温高压失水仪养护、滤液制取、植物纤维材料投入、马弗炉高温养护、滤洗、除水、植物纤维结构测试、热稳定性测试和判定。本发明可有效评价高温高压下水泥浆中各种尺寸植物纤维的适应性，且方法简单，通过直接测试不同养护条件下植物纤维的晶型结构、化学结构和热稳定性，可直观准确获取植物纤维的适应性，为植物纤维在油气井固井工程中的应用提供数据支撑和具有重要意义。

技术领域

本发明属于石油与天然气固井工程材料技术领域，具体涉及一种直接评价高温高压下水泥浆中植物纤维适应性的方法。

背景技术

水泥基复合材料是指以硅酸盐水泥为基体，以耐碱玻璃纤维、通用合成纤维、各种陶瓷纤维、碳和芳纶等高性能纤维、金属丝以及天然植物纤维和矿物纤维为增强体，加入填料、化学助剂和水经复合工艺构成的复合材料，已广泛应用于建筑、油气井固井等工程中。虽然水泥基复合材料具有高的抗压强度，但其弹性变形能力和抗拉强度低。围绕提高水泥基复合材料的弹性变形和抗拉强度的大量研究中，发现纤维是提高其弹性变形和抗拉强度的最有效方法之一。在众多的纤维材料中，植物纤维及由植物纤维制备的纤维素纤维作为可再生资源被广泛关注和应用。

纤维素纤维作为植物纤维的最主要成分，因其分子链含大量羟基、分子间氢键作用强，而使其表现出优异的抗拉强度和良好的亲水性，被认为是改善水泥浆性能（流变性、泌水性和水化过程）和提高水泥石力学性能的有效材料之一。例如，学者（J. Goncalves,Y. Boluk, V. Bindiganavile. Turbidity-based measurement of bleeding in freshcement paste as affected by cellulose nanofibers [J], Cement ConcreteComposites. 2021, 123: 104197.）发现利用TEMPO氧化法改性植物纤维后可有效改善水泥浆的屈服应力、塑性粘度等流变性。同时，也有大量关于植物纤维和纤维素纤维对水泥石力学性能影响的报道。（X. Xie, Z. Zhou, Y. Yan, Flexural properties and impactbehaviour analysis of bamboo cellulosic fibers filled cement basedcomposites, Constr. Build. Mater. 220 (2019) 403-414.）发现植物纤维可使水泥石的断裂韧性和吸收能量提高2.7~45.9倍和2~24倍。由此可见植物纤维可大幅提高水泥基材料的综合性能。而目前随着深层油气和页岩油气资源的开发，对固井水泥浆和水泥石性能提出了更高的要求，利用植物纤维提高固井水泥浆和水泥石综合性能具有较大的应用潜力，且符合绿色环保的经济发展理念。但在油气井固井工程中，固井水泥浆常需在高温高压下服役，而目前针对植物纤维的耐温能力研究较少，也缺乏对植物纤维在高温高压下水泥浆环境中适应性评价方法。