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郑明明、吴祖锐、颜诗纯等作者来自成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室和油气藏地质及开发工程国家重点实验室。该研究于2024年11月发表在《煤田地质与勘探》期刊上，题为《相变壁材微球对固井水泥浆性能影响与调控机制》。

研究的学术背景主要涉及油气井固井技术，特别是在含水合物地层中的固井问题。随着深海油气资源的开发，天然气水合物地层的固井问题日益突出。固井水泥浆的水化放热和传热可能导致水合物分解，进而引发固井质量问题。相变微球（microsphere with phase change materials as wall materials）作为一种能够在一定温度范围内缓冲热量的材料，被引入水泥浆中以抑制水化放热引起的水合物分解。然而，现有研究未充分考虑相变微球的粒径和质量分数对水泥浆性能的影响，导致水泥浆性能降低和成本增加。因此，研究相变微球对固井水泥浆性能的影响及调控机制尤为重要。

研究的主要目的是分析相变壁材微球的粒径和质量分数对固井水泥浆性能的影响，并揭示其调控机制。研究采用了自制的多级粒径相变壁材微球（pmma微球），排除了相变芯材储热效应的干扰。通过建立不同水化龄期水泥浆的dinger-funk方程（dfe）模型，揭示了壁材微球对固井水泥浆性能的调控机理。

研究流程包括以下几个步骤：首先，制备了不同粒径的pmma壁材微球，并通过原位聚合法合成。其次，制备了固井水泥浆，并测试了其流动性能和力学性能。水泥浆的基础配方为g级油井水泥、复合早强剂、速凝剂、减水剂、降滤失剂和消泡剂，水灰比为0.5。实验中，使用3.5%的nacl溶液模拟海水作为拌合水，壁材微球的质量分数范围为0~12%，梯度为2%。水泥浆的流动性测试参照gb 8076-2008《混凝土外加剂》标准进行，水泥石的力学强度测试则使用自主研制的cdut-zj01型固井水泥环力学强度测试仪。最后，利用最紧密堆积理论（closest packing theory, cpt）分析了微球对水泥浆性能的影响机制。

研究的主要结果包括以下几点：首先，相较于质量分数，微球粒径对固井水泥浆的流动性能和力学性能影响更大。10 μm的微球在8%的质量分数下仅使水泥浆初始流动度降低8.33%，而30、75和85 μm的微球在2%的质量分数下就使初始流动度分别降低了29.16%、33.33%和20.83%。其次，微球质量分数增大对水泥浆体系存在两种不同的效应：一方面是堆积密度增大导致的水泥石力学强度提升和水泥浆流动性能减弱，另一方面是微球引入本身强度缺陷导致的水泥石强度下降。当质量分数较小时，堆积密度上升效应占主导；当质量分数超过4%时，强度缺陷效应占主导。第三，最紧密堆积dfe模型与水泥浆流动性能和力学性能有较强的相关性，当dfe模型处于较优状态时，通常意味着该体系具有较好的流动性和力学性能。

研究的结论表明，壁材微球的粒径和质量分数对固井水泥浆性能有显著影响，特别是在低热固井水泥浆设计中，需重视微球粒径的影响。研究结果为热敏地层低热相变微球固井水泥浆设计提供了有益参考。

该研究的亮点在于：首先，通过自制pmma微球，排除了相变芯材储热效应的干扰，专注于壁材微球对水泥浆性能的影响。其次，建立了不同水化龄期水泥浆的dfe模型，揭示了壁材微球的调控机理。第三，研究结果对实际工程应用具有重要指导意义，特别是在深海油气开发中的固井技术领域。

此外，研究还指出，后续对dfe模型的修正和优化，使其更加适用于固井水泥材料性能分析的研究十分必要。针对大粒径壁材微球与dfe模型相互印证性较差的现象，确定dfe模型针对复配体系的颗粒粒径适用范围和临界点是关键。

该研究通过系统的实验和理论分析，深入探讨了相变壁材微球对固井水泥浆性能的影响及调控机制，为相关领域的研究和工程应用提供了重要的理论和实践依据。