纳米三氧化二铝对陶瓷烧结温度的影响

采用在普通陶瓷坯料上涂抹一层纳米三氧化二铝的方法进行分组烧结试验。利用纳米颗粒的奇异特性提高坯料表面的扩散速率,降低烧结温度,提升烧结产物的致密化程度。实验中通过控制纳米添加剂的剂量以及工艺优化,取得最佳的增强、增韧效果。运用SME、XRD等检测手段分析不同晶型、不同形貌的纳米氧化铝对烧结温度的降低程度以及力学性能的改善状况,为陶瓷制备提供实验数据储备。实验结果表明:在陶瓷坯料表面涂抹纳米三氧化二铝涂层既可节省纳米材料又能大幅度降低烧结温度,是提高力学性能的行之有效的措施。     

持续载荷下氯离子对海洋基础设施用混凝土性能及结构的影响

海洋工程构筑物中的混凝土受海水侵蚀与潮汐作用,在频繁干湿交变环境导致的潮差区、浪溅区腐蚀最为严重。采用对干湿循环实验试样施加持续应力的方法,探究海水中Cl^-侵入与持续载荷对混凝土力学性能的影响。基于微米CT技术,从微观孔隙层面,持续载荷条件下Cl^-侵入对混凝土结构及单轴抗压强度的影响。力学性能测试表明：持续载荷条件对维持混凝土力学强度具有积极作用,而随着干湿循环周次的增加,混凝土单轴抗压强度缓慢衰退;结合孔隙分析可知,Cl^-不断侵入混凝土孔隙并沉积,但对混凝土力学性能劣化影响较小。     

烧结温度对纳米氧化铝晶体结构的影响

对前期水热法制得的多种形貌的异性纳米AlOOH进行了不同温度的烧结试验。试验结果表明,烧结温度不同,前驱体发生的转型则不同。烧结温度为700℃时,生成立方晶格的γ-Al2O3,烧结温度为1100℃时,生成六方a-Al2O3。经扫描电镜SEM及粒度检测发现,经表面修复之后的纳米AlOOH在烧结之后维持了产物基本形貌的不变性,克服了以往晶须一经烧结长度就发生断裂、片状一经烧结就发生粘连、颗粒一经烧结就发生团聚的现象,基本上都保持了良好的分散性。这对后期工业的推广应用具有重要的现实意义和经济价值。     

高温下赤泥与硅粉协同强化固井水泥石力学性能

为了抑制水泥石高温下强度衰退现象，研究硅粉加量，以及赤泥与硅粉在高温下的协同作用对G级油井水泥石抗压强度的影响，并借助X射线衍射、热重分析高温下水泥水化产物的变化，通过扫描电镜观察水泥石的微观形貌。结果表明：225℃高温养护7 d后，35%硅粉(质量分数)可以提高水泥石高温力学性能，5%赤泥(质量分数)可以协助硅粉进一步提高水泥石高温下的强度，同对照组相比抗压强度提高11.3%。赤泥掺入促进水泥石内部生成纤维状硬硅钙石(Ca₆Si₆O₁₇(OH)₂, C₆S₆H)物相，水泥石内部孔结构减少，水泥石内部结构致密。     

干热岩工况下水泥高温劣化性能的调控措施

干热岩地热井固井中,井底温度常常高达200℃以上。针对干热岩工况下井底高温导致的水泥石强度衰退的问题,从水泥的化学组分入手,通过调控C₃S和C₂S的比例,并在硅粉的协同作用下复配具有更低钙硅比的低热硅酸盐水泥来改善这一问题。首先对复相C₃S-C₂S矿物体系的比例调控可知,当C₃S∶C₂S=1.0时其力学性能最好,结合XRD、TGA、SEM测试可知,钙硅比的降低对有利相硬硅钙石的生成有积极作用。引入具有更低钙硅比的低热水泥增强G级水泥,结果表明：“30%G级水泥+70%低热水泥”复配水泥体系(C₃S与C₂S的比例为1.07)在40%硅粉的作用下,其抗压强度达27.34 MPa。在实际生产中适当调整水泥中的矿物组分,使C₃S与C₂S的比例为1.0左右,可从水泥本身大幅度提高水泥石耐高温性能。     

超细石墨复合改性水泥石的导热性能

为提高地热的开采效率，在地热井采热段应使用具有高导热性能的固井材料。以超细石墨为提高导热性能的掺合料，选用十二烷基苯磺酸钠作为分散剂提高超细石墨在水泥浆中的分散稳定性；优选出适合的超细石墨分散液后，进一步制备超细石墨复合改性水泥石(简称为水泥石)作为固井材料；研究超细石墨掺量对水泥石的抗压强度和导热性能的影响；运用XRD、 TG、 MIP、 SEM测试和表征水泥石的物相组成、孔隙率和结构致密性，研究不同掺量的超细石墨对水泥石导热性能的影响；探讨不同石墨掺量和孔隙率条件下的水泥石导热机制。结果表明：随着超细石墨掺量的增大，水泥石的导热系数先增大后减小，当超细石墨质量分数为12%时，水泥石导热系数达到最大值，为2.45 W/(m·K);超细石墨的导热性能、孔隙率与水化产物的含量均可影响水泥石导热性能；随着超细石墨掺量的增大，水泥石的抗压强度先增大后减小；综合考虑水泥石的导热性能与力学性能，超细石墨的优选质量分数应为10%～12%。     

提高CO2封存强度的多层协同抽注技术

中国已提出2030年碳达峰、2060年碳中和的碳减排目标,提高CO2捕集、地质利用与封存(CCUS)技术发展水平与商业化规模,是实现中国碳减排目标的关键所在."十四五"规划已明确提出要开展碳捕集利用与封存(CCUS)重大项目示范.然而,由于中国大多数CO2储层的低渗透、非均质等特征,导致单一储层的CO2封存能力有限,无法满足CCUS重大项目示范所需的CO2地质封存量.本文提出将CO2封存强度(单位土地面积的CO2封存量)作为评价CCUS项目储层封存能力的关键指标,并计算了中国主要CO2咸水层封存和CO2强化驱油场地的CO2封存强度,结果表明,现有CO2咸水层封存和CO2强化驱油项目的封存强度大多在105 t/km2以下,无法满足中国双碳目标的需要.为显著提高CO2封存强度,提出CO2多层协同抽注技术的概念,通过注入井在多个储层射孔注入CO2,并利用采水井从多个储层中采出咸水,实现储层可用孔隙和储层压力的最优化调控,最终实现CO2封存强度的大幅度提高.为验证CO2多层协同抽注技术的效果,利用T2Well模拟软件,构建3种CO2多层统注及协同抽注的数值模型,模拟了CO2定压注入过程,分析了注入60 d后的储层压力分布、储层内CO2饱和度分布及CO2累计注入量.结果表明:在多层协同抽注条件下,储层压力聚集现象有明显缓解,从而降低了封存区域因压力聚集导致的力学不稳定性.通过分析CO2饱和度可知,注入CO2后,在抽注井间压力差的驱使下,羽流将向采出井偏移;此外,受岩石性质的影响,羽流形状和范围略有差异.根据3种条件下的模拟结果计算CO2封存强度可知,各向异性砂岩条件下多层协同抽注的封存强度最高达到1.115×106 t/km2,远大于现在已实施项目的封存强度.因此,多层协同抽注技术将较大地提高CO2封存强度,有利于节约中国国土资源,促进CO2封存技术的推广.     

矿渣对固井用硫铝酸盐水泥石性能影响研究

目前,固井基本上是选用G级油井水泥,但随着油气田开采难度和井下情况的复杂化程度增加,固井难度不断加大,常规的油井水泥已不能完全满足工程需要,而具有特殊优异性能的特种水泥在固井工程中的应用研究将成为重点,并具有广阔的应用前景.因而为了探索硫铝酸盐水泥用作固井水泥石的可能性,本文选用矿渣A和矿渣C做为硫铝酸盐水泥的外掺料,针对硫铝酸盐水泥石后期强度倒缩的问题,对硫铝酸盐水泥进行改性.主要研究了矿渣的加量对硫铝酸盐水泥力学性能的影响.宏观上通过考察不同外掺料加量对硫铝酸盐水泥石抗压强度的影响,并通过X射线衍射,对矿渣改性硫铝酸盐水泥组分进行分析;采用岩心孔隙联测仪分析水泥浆水化后孔结构.微观上用扫描电镜对改性前后水泥石的微观形貌对比分析,从而得出宏观上抗压强度提高的原因.     

镁橄榄石对油井水泥抗CO2腐蚀性能的影响

【目的】研究镁橄榄石掺加对减轻超临界CO₂环境下油井水泥石的腐蚀渗透性能。【方法】以镁橄榄石粉为外掺料配制不同的油井水泥,分析温度为150℃,CO₂总压为50 MPa条件下镁橄榄石水泥石的抗压强度,优选出镁橄榄石粉的最佳掺量;利用渗透率、热重分析(thermo gravimetric analysis,TGA)、X射线衍射(X-Ray diffraction,XRD)和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)进行测试,评价镁橄榄石对油井水泥石抗CO₂腐蚀性能的影响,分析镁橄榄石对油井水泥石抗CO₂腐蚀的作用机制。【结果】镁橄榄石粉的掺入不会影响油井水泥的流动度,当镁橄榄石粉的质量分数为2%时,对比腐蚀前油井水泥石的,抗压强度提高35.47%,渗透率降低0.010 4 m D;腐蚀28 d后,镁橄榄石水泥石的抗压强度为空白水泥石的193.71%,且仍高于腐蚀前。【结论】镁橄榄石是一种抗CO₂腐蚀外加剂,能提升油井水泥的抗CO_2<...     

碱激活矿渣地聚物早期水化与碳化耦合作用过程研究

碱激活矿渣地聚物(AASGP)在早期水化和碳化的耦合作用下其物相和微观结构变化尚不明确.因此围绕在早期水化和碳化耦合作用下AASGP的物相和微观结构的演变过程采用X射线衍射仪(XRD)、孔结构和环境扫描电子显微镜(ESEM)进行分析.结果表明:AASGP的抗压强度在耦合反应开始后的前3d损失最为显著,损失率为89.75％.AASGP试样在耦合反应开始7d后累积孔隙体积从2.71mL/g增加到5.03mL/g,内部孔隙急剧增加,结构被完全破坏,抗压强度消失,无法满足实际应用.耦合作用对孔结构的影响和C-S-H与CO2反应而导致的脱钙解释了AASGP试样抗压强度衰退的原因.