一种化学-力学耦合连续介质理论与数值格式 被引量：6

1

作者 杨庆生 马连华 刘宝胜 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第3期422-431,共10页

对化学驱动的连续介质化学-力学耦合系统进行研究,从热力学定律和化学势角度出发,推导了等温过程的化学-力学耦合本构关系和控制方程,利用变分方法建立了化学-力学耦合系统的能量泛函,得到化学-力学耦合控制方程的等效积分形式和相应的... 对化学驱动的连续介质化学-力学耦合系统进行研究,从热力学定律和化学势角度出发,推导了等温过程的化学-力学耦合本构关系和控制方程,利用变分方法建立了化学-力学耦合系统的能量泛函,得到化学-力学耦合控制方程的等效积分形式和相应的有限元列式.结合算例,对连续介质的化学-力学耦合行为进行了数值计算,数值结果反映了化学与力学系统的相互耦合作用,即浓度变化能引起介质的变形,同样力学作用也能引起浓度重分布.从全新的角度建立了描述连续介质的化学-力学耦合行为的基本理论和数值方法,能够较好地反映一类连续介质的化学-力学耦合行为. 展开更多

关键词 连续介质 化学-力学耦合 本构方程 变分原理 有限元

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化学-力学耦合作用下混凝土内钢筋蚀坑的演化及分布规律 被引量：4

2

作者 徐亦冬 钱春香 孙家瑛 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期492-497,共6页

基于概率与统计知识,对化学-力学耦合作用下钢筋蚀坑的演化及其分布进行研究.结果表明氯盐侵蚀下钢筋蚀坑的演化可分为3个阶段:微观非稳态点蚀形核、细观亚稳态蚀坑、宏观稳态蚀坑.单一氯盐腐蚀作用下形成的宏观稳态蚀坑深度相对较小,... 基于概率与统计知识,对化学-力学耦合作用下钢筋蚀坑的演化及其分布进行研究.结果表明氯盐侵蚀下钢筋蚀坑的演化可分为3个阶段:微观非稳态点蚀形核、细观亚稳态蚀坑、宏观稳态蚀坑.单一氯盐腐蚀作用下形成的宏观稳态蚀坑深度相对较小,而拉应力的引入将加剧钢筋表面化学/物理性质的不均匀,从而导致宏观稳态蚀坑深度较大.在氯盐及其与拉应力耦合作用下,钢筋蚀坑分布均优先满足韦伯分布.在一定的锈蚀环境下,尺度参数与锈蚀率之间呈良好的线性关系,但形状参数则与锈蚀率基本无关.据此建立了基于韦伯分布的蚀坑预测模型,预测值与实测数据符合较好. 展开更多

关键词 化学-力学耦合 钢筋锈蚀 蚀坑演化 蚀坑分布

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水泥基材料的化学-力学耦合作用 被引量：4

3

作者 张研 宋智通 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期697-702,共6页

水泥石良好的粘结性能和力学性能决定水泥基材料和结构的耐久性。通过试验和理论研究,发现水泥石中含钙水化物质,特别是氢氧化钙Ca(OH)2和水化硅酸钙C-S-H在化学腐蚀作用下的流失是一个复杂的过程。假定水泥基材料为宏观均匀材料,引入... 水泥石良好的粘结性能和力学性能决定水泥基材料和结构的耐久性。通过试验和理论研究,发现水泥石中含钙水化物质,特别是氢氧化钙Ca(OH)2和水化硅酸钙C-S-H在化学腐蚀作用下的流失是一个复杂的过程。假定水泥基材料为宏观均匀材料,引入考虑两种水化物不同扩散过程的化学扩散模型。提出了新的化学-力学损伤本构模型,描述水泥基材料在不同化学腐蚀下的应力应变关系。综合应用提出的水泥基材料的化学-力学损伤本构关系和化学扩散模型,可以较好地反映水泥石具有时间效应的力学特性。 展开更多

关键词 水泥石 化学-力学耦合 本构关系 化学扩散

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连续胶体材料化学-力学耦合有限元理论及其在ABAQUS中UEL程序实现 被引量：3

4

作者 魏巍 杨庆生 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期785-790,共6页

基于哈密顿原理,得到水凝胶的化学-力学耦合控制方程的等效积分形式和有限元形式。在整体坐标系下推导出用形函数表示的化学-力学耦合应变矩阵和单元刚度矩阵,并且得到在局部坐标系下的离散化形式。结合ABAQUS软件,编制了用户单元子程序... 基于哈密顿原理,得到水凝胶的化学-力学耦合控制方程的等效积分形式和有限元形式。在整体坐标系下推导出用形函数表示的化学-力学耦合应变矩阵和单元刚度矩阵,并且得到在局部坐标系下的离散化形式。结合ABAQUS软件,编制了用户单元子程序UEL,通过数值算例验证了所开发单元的正确性,为在ABAQUS软件中实现各种耦合问题的有限元UEL编程提供了参考依据。 展开更多

关键词 化学-力学耦合 耦合有限元法 高斯积分法 ABAQUS 用户自定义单元(UEL)

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离子聚合物胶体的电化学-力学耦合模型及数值方法

5

作者 林銮 杨庆生 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2008年第1期31-34,共4页

离子聚合物胶体中充满着液体,并能吸附电荷,在外部化学场或电场的激励下,能产生巨大的膨胀。由于这些特性,离子聚合物可以作为电化学-力学驱动器。本文采用电化学-力学多场耦合数学模型,并应用有限元法进行了数值计算。计算结果表明该... 离子聚合物胶体中充满着液体,并能吸附电荷,在外部化学场或电场的激励下,能产生巨大的膨胀。由于这些特性,离子聚合物可以作为电化学-力学驱动器。本文采用电化学-力学多场耦合数学模型,并应用有限元法进行了数值计算。计算结果表明该模型能很好地模拟离子聚合物在电场作用下的离子重分布和胶体的膨胀与收缩行为,同时能计算胶体中离子浓度。 展开更多

关键词 离子聚合物胶体 电化学-力学耦合 质量扩散方程

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非饱和多孔介质中混合元法的化学-热-渗流-力学耦合的本构模拟 被引量：6

6

作者 刘泽佳 李锡夔 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期397-402,共6页

在文献[1]中建立的多孔介质中化学-热-渗流-力学(CTHM)本构模型基础上,针对文献[2]建立的非饱和多孔介质中热-渗流-力学耦合分析的混合有限元方法,发展了非饱和多孔介质中混合元的化学-热-渗流-力学(CTHM)耦合本构模拟算法。采用非关联... 在文献[1]中建立的多孔介质中化学-热-渗流-力学(CTHM)本构模型基础上,针对文献[2]建立的非饱和多孔介质中热-渗流-力学耦合分析的混合有限元方法,发展了非饱和多孔介质中混合元的化学-热-渗流-力学(CTHM)耦合本构模拟算法。采用非关联流动多重屈服准则模拟非饱和多孔介质的材料非线性行为。推导了u-pw-pa-T形式的包含了耦合率本构方程积分的向后欧拉映射算法和一致性弹塑性切线模量矩阵(单元刚度矩阵)的混合元一致性算法。本文给出了临界状态线(CSL)和状态边界面(SBS)两个屈服准则的一致性算法。数值结果显示了本文所发展的混合元耦合本构模拟算法在模拟由热、化学、力学荷载共同引起的多孔介质中化学-热-渗流-力学(CTHM)耦合行为的能力和有效性。 展开更多

关键词 非饱和土 混合元 化学-热-渗流-力学耦合分析 本构模拟

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智能软材料热""电-化-力学耦合问题的研究进展

7

作者 杨庆生 魏巍 马连华 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第4期650-650,共1页

智能软材料是指具有较低模量,在外场(如热、电、磁、化、光等)作用下能够产生较大力学响应的材料。本文评述了聚合物胶体、水凝胶以及关节软骨等典型智能软材料的多场耦合力学问题的国内外研究现状,重点讨论了这类智能软材料以化学扩散... 智能软材料是指具有较低模量,在外场(如热、电、磁、化、光等)作用下能够产生较大力学响应的材料。本文评述了聚合物胶体、水凝胶以及关节软骨等典型智能软材料的多场耦合力学问题的国内外研究现状,重点讨论了这类智能软材料以化学扩散为特征的热-电-化-力学耦合的基本理论和研宄方法。详细介绍了具有代表性的国内外主要研究团体的研究进展。阐述了基于热力学理论和哈密顿原理所建立的一般性热-电-化-力学多场耦合理论框架。针对等温过程的化学-力学耦合的本构关系和控制方程。 展开更多

关键词 智能软材料 热-电-化-力学耦合 化学-力学耦合 本构方程 哈密顿原理 有限元法

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云母矿物形变的力学—化学耦合研究 被引量：1

8

作者 杨元根 金志升 +2 位作者 吴为民 王子江 张国平 《科技通报》 1997年第1期11-15,共5页

描述了形变中云母矿物发生的力学—化学耦合现象，并探讨了云母矿物特征。

关键词 形变 云母 力学-化学耦合 化学成分

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储层损害的岩石力学—化学耦合作用研究进展 被引量：1

9

作者 吴娟 康毅力 +2 位作者 张浩 游利军 李前贵 《钻井液与完井液》 CAS 北大核心 2007年第1期76-81,共6页

以往研究储层的应力敏感性损害多是从纯力学角度出发,针对油气藏和工程作业的实际情况,提出重视力学—化学耦合作用对储层渗透率的影响。总结了压溶作用机理,明确了压溶作用最终导致裂缝闭合、岩石渗透率下降并具有不可逆性。压溶作用... 以往研究储层的应力敏感性损害多是从纯力学角度出发,针对油气藏和工程作业的实际情况,提出重视力学—化学耦合作用对储层渗透率的影响。总结了压溶作用机理,明确了压溶作用最终导致裂缝闭合、岩石渗透率下降并具有不可逆性。压溶作用机理的基本模式为水薄膜模式、岛状沟道构造模式、格莱茨模式。压溶作用的主要影响因素包括温度、压力、矿物溶解性、流体化学性质、流体饱和度。水化学作用对恒定围压下裂缝渗透率变化起着主导作用,必须重视水化学效应对力学效应的影响。在钻井完井过程中应尽量保持压差恒定,防止应力敏感损害储层,并尽量避免滤液侵入油气层,特别是在高温高压环境下压溶作用导致渗透率下降的幅度更大。力学-化学耦合作用还弱化岩石结构面的连接,扩大裂缝宽度,使岩体强度急剧下降,导致发生诱发性井漏。研究岩石力学-水化学耦合作用对于保护储层、优化裂缝性油气藏具有重要的现实意义。 展开更多

关键词 防止地层损害 岩石力学 水化学作用 力学-化学耦合 应力敏感性 压溶 研究进展

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腐蚀缺陷对921A钢力学-电化学性能的影响 被引量：1

10

作者 刘德红 徐庆林 王向军 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期2905-2915,共11页

针对目前舰船腐蚀电场方面的研究没有考虑舰船在服役环境中因应力应变造成腐蚀加剧的问题,基于金属/溶液的力学-电化学耦合模型,推导应力应变条件下腐蚀缺陷深度和缺陷宽度对舰船921A钢壳体及溶液应力分布,腐蚀电位、电流密度以及腐蚀... 针对目前舰船腐蚀电场方面的研究没有考虑舰船在服役环境中因应力应变造成腐蚀加剧的问题,基于金属/溶液的力学-电化学耦合模型,推导应力应变条件下腐蚀缺陷深度和缺陷宽度对舰船921A钢壳体及溶液应力分布,腐蚀电位、电流密度以及腐蚀电场影响规律的理论表达式,采用COMSOL Multiphysics软件对耦合模型开展仿真计算。研究结果表明:腐蚀缺陷深度越大或者缺陷宽度越小,腐蚀缺陷处的应力集中越明显;溶液中的电位差随着缺陷深度的增大而增大,金属/溶液界面的腐蚀电位随着缺陷深度的增大而急剧负移,而腐蚀电位随着缺陷宽度的减小小幅负移;缺陷深度对阳极电流密度、阴极电流密度和净电流密度的影响均大于缺陷宽度,缺陷两端点的净电流密度为负;电场模量随着缺陷深度的增大而逐渐增大,随着缺陷宽度的增大而逐渐减小。 展开更多

关键词 腐蚀缺陷 力学-电化学耦合模型 腐蚀电场 弹性变形 塑性变形

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盐溶液侵蚀下砂-膨润土混合土化学固结行为研究 被引量：1

11

作者 张斯妤 闫子壮 +1 位作者 陈云敏 李育超 《地基处理》 2022年第3期181-189,共9页

环境溶液中含盐量的增加可造成细粒土含量较高的土体不可忽略的沉降变形。本文采用砂-膨润土混合土作为试验材料,CaCl2作为试验溶液,发现随着孔隙液浓度从0 mM增加至1000 mM,土样渗透系数上升逾10倍,体积压缩系数下降65%~71%。通过高浓... 环境溶液中含盐量的增加可造成细粒土含量较高的土体不可忽略的沉降变形。本文采用砂-膨润土混合土作为试验材料,CaCl2作为试验溶液,发现随着孔隙液浓度从0 mM增加至1000 mM,土样渗透系数上升逾10倍,体积压缩系数下降65%~71%。通过高浓度溶液渗透对土样进行化学固结,由此造成的土样体积应变最高达20%。提出了化学体积压缩系数的概念,并将其引入考虑了化学-力学耦合作用的固结方程中,根据模拟结果对高盐溶液侵蚀下砂-膨润土的固结行为进行了机理分析:当污染物向土样内部迁移,土样出现体积收缩趋势,超静孔压逐渐增大,而后超静孔压随着排水固结消散,土样发生压缩变形。 展开更多

关键词 膨润土 压缩 渗透 固结 化学固结 化学-力学耦合

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高饱和条件下水-力-化耦合模型及数值模拟 被引量：3

12

作者 张志红 陈杨 +1 位作者 张志亮 田改垒 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第S2期100-106,共7页

填埋场底部黏土垫层特性对其长期防渗隔污服役性能的有效发挥具有极其重要的作用。针对实际堆场中黏土屏障呈现出的高饱和状态,将液相(孔隙水)与气相(闭塞气泡)视为混合流体,通过分别建立土体应力平衡方程、混合流体质量守恒方程及溶质... 填埋场底部黏土垫层特性对其长期防渗隔污服役性能的有效发挥具有极其重要的作用。针对实际堆场中黏土屏障呈现出的高饱和状态,将液相(孔隙水)与气相(闭塞气泡)视为混合流体,通过分别建立土体应力平衡方程、混合流体质量守恒方程及溶质质量守恒方程,综合考虑土颗粒-孔隙流体-溶质间的相互作用机制,推导得到了高饱和度条件下,溶质在黏土防渗层中运移的水-力-化全耦合模型,能够实现多物理场耦合作用时土层变形量、混合流体压力及溶质溶度随时空分布的直接精确求解。采用多场耦合有限元分析软件COMSOL对所建模型开展数值模拟,结果表明,模型结果与Peters所得结果吻合较好;黏土垫层中可压缩性气体的存在延缓了超孔隙流体压力的消散,加大了土层的沉降量,对溶质在防渗黏土层中的运移进程起到了显著的阻滞效果。 展开更多

关键词 水力-力学-化学耦合 高饱和度 混合流体 溶质运移

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盐溶液饱和黏土的力学行为模拟 被引量：7

13

作者 颜荣涛 纪文栋 +2 位作者 陈星欣 张芹 韦昌富 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期546-552,共7页

由于黏性土表面带有丰富的负电荷,孔隙水溶液化学状态的变化对黏性土的物理力学特性存在明显影响。随着化学-力学耦合的相关岩土工程问题日益突出,进行有效的化学-力学耦合行为的数值分析评价显得尤为重要。因此,建立一个简单有效的考... 由于黏性土表面带有丰富的负电荷,孔隙水溶液化学状态的变化对黏性土的物理力学特性存在明显影响。随着化学-力学耦合的相关岩土工程问题日益突出,进行有效的化学-力学耦合行为的数值分析评价显得尤为重要。因此,建立一个简单有效的考虑化学-力学耦合的本构模型是非常关键的。基于传统的修正剑桥模型,提出了一个简单的化学-力学耦合模型。该模型采用渗透吸力π描述孔隙水的化学状态,建立了前期屈服应力,临界状态线斜率M和弹性刚度与渗透吸力π之间的关系式,从而实现了模型对盐溶液饱和黏性土的变形和强度特性的有效模拟。通过与试验数据的对比和分析,说明该模型能有效地模拟孔隙盐溶液饱和黏性土的等向压缩行为、K_0状态下压缩行为以及K_0状态下化学-力学循环加载行为。此外,通过对黏性土三轴压缩试验的模拟,说明该模型能反映黏性土三轴应力状态下的基本力学特征。 展开更多

关键词 黏性土 盐溶液 化学-力学耦合 本构模型

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含离子类溶质黏土的C-H-M本构模型 被引量：1

14

作者 魏德敏 吴俊润 +1 位作者 刘泽佳 招嘉良 《力学与实践》 北大核心 2014年第1期29-32,共4页

在水力-力学本构模型基础上,采用化学软化公式引入孔隙水中含盐、碱类等离子类溶质对土体前期固结压力的影响,得到土体的化学-水力-力学耦合本构模型(C-H-M模型).根据试验结果对化学软化公式的参数进行数值拟合,通过算例验证了C-H-M本... 在水力-力学本构模型基础上,采用化学软化公式引入孔隙水中含盐、碱类等离子类溶质对土体前期固结压力的影响,得到土体的化学-水力-力学耦合本构模型(C-H-M模型).根据试验结果对化学软化公式的参数进行数值拟合,通过算例验证了C-H-M本构模型的有效性. 展开更多

关键词 化学-水力-力学耦合本构模型 离子类溶质 数值模拟

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孔隙溶液对粉质黏土界限含水率的影响 被引量：16

15

作者 张芹 颜荣涛 +3 位作者 韦昌富 杨德欢 于明波 杨丽雅 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第S1期558-562 608,608,共6页

针对桂林地区的粉质黏土,运用液、塑限联合测定法探讨了不同孔隙溶液作用下土体的界限含水率,并利用扫描电镜(SEM)技术从微观层面分析了水化学环境变异下土体的水化学-力学耦合作用对结构特性造成的影响。试验结果表明,随着孔隙溶液浓... 针对桂林地区的粉质黏土,运用液、塑限联合测定法探讨了不同孔隙溶液作用下土体的界限含水率,并利用扫描电镜(SEM)技术从微观层面分析了水化学环境变异下土体的水化学-力学耦合作用对结构特性造成的影响。试验结果表明,随着孔隙溶液浓度的增大,粉质黏土的界限含水率均减小,且在相同浓度下同价阳离子半径较小的水溶液使得粉质黏土界限含水率下降的较为明显,随着阳离子价位的增高,其下降的幅度更大;该现象的产生主要是由于离子浓度及离子价位的增大,使得扩散双电层的厚度减小,而双电层对于土体界限含水率存在直接的控制作用。除此以外,通过探测土体的微观结构发现,水化学-力学耦合作用使得粉质黏土颗粒间发生絮凝作用,致使土粒形成粒团,土颗粒间孔隙增大,架空孔隙变多。 展开更多

关键词 粉质黏土 孔隙溶液 界限含水率 扫描电镜 化学-力学耦合

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基于统一相场理论的锂电池电极颗粒断裂模拟研究 被引量：3

16

作者 吴建营 洪屹峰 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期2472-2488,共17页

锂电池充放电过程中,锂离子的脱出和嵌入会引发电极颗粒的不均匀体积变化和机械应力.上述锂离子扩散过程诱发的应力与电极颗粒的尺寸大小、截面形状和冲放电速率有关,可能会导致电极颗粒出现裂缝起裂、扩展甚至断裂等力学失效,对锂离子... 锂电池充放电过程中,锂离子的脱出和嵌入会引发电极颗粒的不均匀体积变化和机械应力.上述锂离子扩散过程诱发的应力与电极颗粒的尺寸大小、截面形状和冲放电速率有关,可能会导致电极颗粒出现裂缝起裂、扩展甚至断裂等力学失效,对锂离子电池的容量和循环寿命等性能产生不利影响.为准确模拟并预测电极颗粒的力学失效过程,在笔者前期提出的统一相场理论框架内进一步考虑化学扩散、力学变形和裂缝演化等耦合过程,建立化学–力学耦合相场内聚裂缝模型,发展相应的多场有限元数值实现算法,并应用于二维柱状和三维球体锂电池电极颗粒的力学失效分析.由于同时涵括了基于强度的起裂准则、基于能量的扩展准则以及基于变分原理的裂缝路径判据,这一模型不仅适用于带初始缺陷电极颗粒的开裂行为模拟,而且适用于无初始缺陷电极颗粒的损伤破坏全过程分析.数值计算结果表明,相场内聚裂缝模型能够模拟锂离子扩散引发的电极颗粒裂缝起裂、扩展、汇聚等复杂演化过程,可为锂离子电池电极颗粒的力学失效预测和优化设计提供有益的参考. 展开更多

关键词 锂离子电池 扩散 化学-力学耦合失效 相场理论 内聚裂缝模型

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高温下混凝土的本构模拟及破坏分析 被引量：4

17

作者 李荣涛 李锡夔 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期550-554,共5页

针对已建立的高温下混凝土中化学-热-水力-力学耦合过程分析的分级数学模型,发展了混凝土的化学-热-水力-力学(CTHM)耦合本构模型。在已有的Willam-Warnke弹塑性屈服准则基础上发展了考虑脱水和脱盐引起的材料损伤及化学塑性软化、塑性... 针对已建立的高温下混凝土中化学-热-水力-力学耦合过程分析的分级数学模型,发展了混凝土的化学-热-水力-力学(CTHM)耦合本构模型。在已有的Willam-Warnke弹塑性屈服准则基础上发展了考虑脱水和脱盐引起的材料损伤及化学塑性软化、塑性应变硬化/软化和吸力硬化的广义Willam-Warnke本构模型,模拟高温下混凝土的材料非线性行为。为保证全局守恒方程的Newton迭代过程的二阶收敛率,导出了非线性化学-热-水力-力学(CTHM)耦合本构模型的一致性切线模量矩阵。数值结果显示了本文所发展的化学-热-水力-力学(CTHM)耦合本构模型在模拟高温下混凝土中复杂破坏过程的能力和有效性。 展开更多

关键词 化学-热-水力-力学耦合过程 本构模拟 混凝土 高温

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压差激活密封剂的制备与应用 被引量：4

18

作者 蒋孟晨 许林 +5 位作者 程现华 李冬 黄美兰 高君 闻扬 王佳明 《油田化学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期216-222,共7页

为满足油气井密封损伤快速、经济、安全修复的要求,以羧基丁腈胶乳、黄原胶、MgCl2和烷基酚聚氧乙烯醚为原料制备了一种新型压差激活密封剂,通过激光粒度分析仪和超景深三维显微系统分析了密封剂的微观形貌,通过自制的动态堵漏评价设备... 为满足油气井密封损伤快速、经济、安全修复的要求,以羧基丁腈胶乳、黄原胶、MgCl2和烷基酚聚氧乙烯醚为原料制备了一种新型压差激活密封剂,通过激光粒度分析仪和超景深三维显微系统分析了密封剂的微观形貌,通过自制的动态堵漏评价设备考察了密封剂的动态堵漏性能,分析了该密封流体的压差激活封堵机理,并在海上G2气田进行了现场应用。结果表明,制备的压差激活密封剂是一种多分散相体系,分散相为复合液滴,胶粒呈规则球状,平均粒径为261.5μm;在15 MPa内可对丝扣、裂缝等不同微泄漏形成良好封堵,封堵性随温度升高而增强。构建的力学-化学耦合新模型表明,复合液滴在漏点压差流场内去水化激活中心粒子,活性粒子聚结填充泄漏孔隙,实现自适应封堵。该压差激活密封剂在海上环空带压井进行了泄漏修复应用,效果良好。图10参28。 展开更多

关键词 压差激活密封剂 多分散相流体 微结构 自适应封堵 力学-化学耦合模型 泄漏修复

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