不同壳材相变微胶囊对深水固井水泥浆水化及孔隙结构演化的调控机理

来源：石油科学通报杂志2026年第1期北京时间：

作者：吴祖锐, 郑明明, 张亚伟, 杜奕辰, 李可赛, 胡云鹏

单位：1 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护全国重点实验室，成都 6100592 成都理工大学油气藏地质及开发工程全国重点实验室，成都 610059

摘要：为调控深水固井水泥浆水化热，本研究制备了有机(PMMA)和无机(SiO2)壳材的相变微胶囊(m-PCM)，探究了壳材性质对水泥基体性能的影响机制。结果表明，两种m-PCM均具有优异的剪切稳定性和相近的相变峰值温度(25.6 ℃)，能有效降低水化放热。关键差异在于：PMMA@m-PCM呈疏水性(116.5°)，而SiO2@m-PCM呈强亲水性(27.3°)。Micro-CT证实，6 wt%掺量的m-PCM有效减少了大孔隙占比，优化了孔结构。力学测试显示，SiO2@m-PCM在3天和7天龄期均表现出显著的强度增强效果，而PMMA@m-PCM则严重削弱了基体强度。SEM分析揭示，性能差异的核心在于界面相容性：亲水的SiO2壳材与基体形成了致密的界面过渡区(ITZ)，而疏水的PMMA壳材导致了严重的界面脱粘，构成了力学薄弱点。研究表明，采用亲水性无机壳材是实现m-PCM水化热调控与力学性能增强相统一的关键。这些结果为设计低热水泥浆提供了新方法，为安全、可持续的深海油气开采提供了理论和技术见解，减少了生态影响。

关键词：微胶囊相变材料,固井水泥浆,水化热致裂缝,孔隙分布,Micro-CT

基金资助：国家自然科学基金(42272363);四川省科技计划项目(2023NSFSC0432);地质灾害防治与地质环境保护全国重点实验室自主研究项目(SKLGP2023Z019)