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摘要
深部油气井射孔压裂环节对固井水泥材料增韧阻裂性能要求苛刻，本工作针对大掺量碳纳米管复合固井水泥材料，利用动静态三点弯加载装置对碳纳米管(CNTs)掺量为0.05%(质量分数，下同)、0.10%及0.30%的复合固井水泥SCB试样在不同加载率下的断裂行为进行研究，探究碳纳米管掺入对油气井固井水泥在冲击下的增韧止裂影响机理，研究结果表明：静态加载下碳纳米管固井水泥KIC在0.56～0.61 MPa·m0.5,动态冲击下碳纳米管固井水泥KIC在0.46～3.48 MPa·m0.5。随着加载率提升，碳纳米管固井水泥断裂韧度线性增大；随着加载率提升，试样加载位移-载荷卸载段曲线斜率降低，预示材料断裂破坏形式由静态加载下的脆性断裂过渡为韧性断裂；在静态、低速及高速加载下，当碳纳米管掺量超过0.05%时，继续加入碳纳米管对固井水泥高速冲击吸能效率提升作用甚微，反而导致固井水泥强度削弱、成本上升。随着加载率提升，固井水泥试样由张裂破坏到剪切断裂再到冲压压碎，试样碎度提升。碳纳米管复合固井水泥动态断裂性能加载率效应显著；认为碳纳米管固井水泥在高速冲击下增韧机制包括碳纳米管的纤维管束合力、纤维拉拔效应、界面解离和裂缝偏转效应。
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