高效承压智能堵漏复合材料的制备与性能研究

论文摘要

钻井防漏堵漏的成功率直接取决于堵漏材料的性能。发生恶性井漏时,由于传统的堵漏材料堵漏强度低、在裂缝中的流动阻力小、易被流体冲走,很难起到良好的堵漏效果,而造成堵漏失败。研究温控型智能堵漏材料将是解决这一难题的重要途径之一。论文建立了以形状记忆合金为感知、驱动、执行元件,利用记忆合金丝的相互搭接、缠绕,以水泥等材料控制外形的智能堵漏材料模型,并对形状记忆合金进行热处理,确定了合适的热处理工艺;探讨不同的制备工艺,并制备了不同性能的智能堵漏材料;对制备的智能堵漏材料进行性能测试。对NiTi形状记忆合金进行不同的热处理,研究结果表明:冷水淬火介质下,形状记忆合金的回复率随着热处理温度的升高而增加,当热处理温度为500℃时,形状记忆合金的形状回复率最大,当热处理温度超过500℃时,形状记忆合金的形状回复率随着热处理温度的升高而减小;回复率随着保温时间的增加而逐渐减小,得出最合理的热处理工艺为:热处理温度为500℃,保温时间为10min,淬火介质为冷水。对弹簧的伸长率进行研究确定了直径与螺距。研究结果表明:当弹簧的直径为1.4mm,且弹簧螺距为2.5mm时,弹簧的伸长率为99.2%;当弹簧直径为1.6mm,且弹簧螺距为2.0mm时,弹簧的伸长率为100%。通过研究不同的制备工艺制备了不同性能的智能堵漏材料。研究结果表明:填充膨润土的智能堵漏材料制备方法是,将膨润土加水填充到弹簧中,喷洒粘结剂后在水泥基材料中滚动成球,且在膨润土中分别添加5%、10%、15%、20%的碳酸钠制备了最小粒径为2.8-3.1mm的智能堵漏材料;填充吸水树脂的智能堵漏材料的制备方法,把膨胀率为1%的吸水树脂填充到制备好的螺旋状的弹簧中,喷洒粘结剂后滚动成球,最后喷洒适量的2.5%碳酸钠溶液或11.76%硫酸铝溶液养护,成球率分别为95%、95%;或者把溶于四氯化碳的石蜡溶液喷洒到复合体上,待其四氯化碳挥发后滚动成球（成球率为93%）;将膨胀率为1%的吸水树脂填充到制备好的螺旋状的弹簧中后放置30min,滚动成球,喷洒适量的2.5%碳酸钠溶液或11.76%硫酸铝溶液养护,成球率为97%;将吸水树脂制成0.2mm粒径的颗粒状,与膨润土混合后用聚乙二醇400拌合成具有塑性的混合物,填充到制备好的螺旋状的弹簧中滚动成球,喷洒2.5%碳酸钠溶液或11.76%硫酸铝溶液养护,成球率为94%。对制备的智能堵漏材料进行了性能测试,结果表明:制备的智能堵漏材料具有一定的强度,把制备的不同性能的智能堵漏材料放到60转/s的转速下搅拌,智能堵漏材料能够良好的分散且不破裂;封堵2mm和4mm裂缝时,含填充膨润土的智能堵漏材料8%的堵漏配方承压能力分别是不含智能堵漏材料的7.9倍、7.1倍,是常温含智能堵漏材料8%的堵漏配方的8.9倍、8.2倍;含智能堵漏材料12%的堵漏配方承压能力是不含智能堵漏材料的8.4倍、7.5倍,是常温含智能堵漏材料12%的堵漏配方的8.1倍、6.8倍,达30MPa以上。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 堵漏材料的发展
• 1.1.1 国内堵漏材料研究现状
• 1.1.2 国外堵漏材料研究现状
• 1.1.3 堵漏材料的发展趋势
• 1.2 智能材料的发展及其种类
• 1.2.1 智能材料的发展和种类
• 1.2.2 智能材料的选择
• 1.3 形状记忆合金的研究状况与应用
• 1.3.1 形状记忆合金的研究现状
• 1.3.2 形状记忆合金的种类及应用
• 1.4 本文的研究目的和研究内容
• 1.4.1 本文的研究背景
• 1.4.2 研究的目的与意义
• 1.4.3 研究的主要内容
• 第二章 水泥基智能堵漏材料的设计
• 2.1 水泥基智能堵漏材料模型的建立
• 2.2 可行性分析
• 2.2.1 形状记忆合金相变点的测定
• 2.2.2 形状记忆合金回复力的计算
• 2.3 智能堵漏材料堵漏的基本原理
• 第三章 形状记忆合金的热处理
• 3.1 实验药品及仪器
• 3.1.1 实验药品、原料
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 形状记忆合金的热处理
• 3.2.1 形状记忆合金的热处理工艺
• 3.2.2 形状记忆合金记忆效应的测定
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 热处理温度与回复率的关系
• 3.3.2 淬火介质与回复率的关系
• 3.3.3 保温时间对形状记忆合金形状回复率的影响
• 3.3.4 循环次数对形状记忆合金形状回复率的影响
• 3.4 形状记忆合金的微观机制
• 3.4.1 不同的热处理温度下记忆合金的微观机制
• 3.4.2 不同的淬火介质下形状记忆合金的微观机制
• 3.4.3 不同保温时间形状记忆合金的微观机制
• 3.5 本章小结
• 第四章 水泥基智能堵漏材料的制备
• 4.1 实验药品及仪器
• 4.1.1 实验药品及原料
• 4.1.2 实验仪器
• 4.2 弹簧的制作及其直径、螺距的确定
• 4.3 水泥基智能堵漏材料的制备工艺
• 4.3.1 填充膨润土的智能堵漏复合材料的制备
• 4.3.2 填充吸水树脂的智能堵漏复合材料的制备
• 4.4 本章小结
• 第五章 填充膨润土智能堵漏材料的性能
• 5.1 实验仪器
• 5.2 智能堵漏材料的性能
• 5.2.1 碳酸根离子的溶出量对堵漏浆液凝固时间的影响
• 5.2.2 填充膨润土的智能堵漏材料的筒压强度
• 5.2.3 智能堵漏材料对外界环境的响应速度
• 5.2.4 智能堵漏材料中形状记忆合金的伸长率
• 5.2.5 智能堵漏材料的堵漏性能
• 5.3 智能堵漏材料的堵漏机理
• 5.4 本章小结
• 第六章 填充吸水树脂的智能堵漏材料性能
• 6.1 实验仪器
• 6.2 智能堵漏材料性能
• 6.2.1 智能堵漏材料的筒压强度
• 6.2.2 智能堵漏材料对外界环境的响应速度
• 6.2.3 智能堵漏材料的室内模拟
• 6.3 智能堵漏材料的堵漏机理
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 今后需要解决的问题
• 7.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 一、在校期间发表的学术论文
• 二、在校期间参加的项目
• 三、在校期间获奖情况