过程工程学报 ›› 2025, Vol. 25 ›› Issue (9): 963-974.DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225007
朱志平1, 张春梅1,2*, 李锟3, 刘帅1, 程小伟1,2, 梅开元1,2, 李心雨1
Zhiping ZHU1, Chunmei ZHANG1,2*, Kun LI3, Shuai LIU1, Xiaowei CHENG1,2, Kaiyuan MEI1,2, Xinyu LI1
摘要: 针对固井水泥环微裂缝破坏其完整性的问题,本工作以硅酸钠为自修复剂、硅藻土为载体、乙基纤维素为表面包覆材料,成功制备了油水双响应型包覆式自修复材料,并系统评价其对水泥石的自修复效果。结果表明,硅藻土的最佳煅烧温度为600℃,此温度下制备的硅藻土具有最大的比表面积和孔体积,且孔洞分布均匀,对硅酸钠的吸附性能最优。乙基纤维素与硅酸钠、硅藻土均无化学反应,其中2wt%乙基纤维素溶液的包覆效果最佳,可在吸附硅酸钠的硅藻土表面形成一层平整光滑且致密的包覆膜。包覆型自修复材料在水泥中的最佳掺量为4wt%。自修复14 d后,水泥石微裂缝完全闭合,渗透率降至0.31 mD,较空白水泥石降低69.31%;同时,其抗压强度达到26.6±1.3 MPa,抗压强度恢复率高达85.3%,为空白水泥石同期恢复率的2.1倍。经数据拟合发现,水泥石抗压强度恢复率随自修复材料掺量的增加呈先上升后下降趋势,4.5wt%掺量时自修复效果最佳。结合X射线衍射和热重分析结果可知,当水泥石中产生微裂缝时,自修复材料表面的乙基纤维素膜遇油溶解,随后自修复剂硅酸钠消耗水泥石中的氢氧化钙和水反应生成水化硅酸钙,进而填充裂缝实现自修复。