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·1454· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

等固井施工事故 [7-9] 。因而，深水区域天然气水合物 在 70 mL 去离子水中，再加入 0.02 g 纳米二氧化硅，
层固井作业要求严格控制水泥浆体系水化放热及水 最后加入 21 g 石蜡；将其乳化 10 min (5000 r/min)，
化温升 [9-11] ，以降低固井风险，确保固井质量。目 得到稳定的 Pickering 乳液。
前，对于水泥浆体系水化温升及水化热的控制研究 预聚体的制备：首先，准确称取 6.0 g 尿素置于
多见于建筑混凝土体系中，针对油井固井水泥浆体 圆底烧瓶中，然后加入 14.6 g 甲醛，最后滴加 0.06 g
系的报道则相对较少 [12] 。传统水化热的控制方法包 三乙醇胺，在恒温水浴 62 ℃下反应 1.5 h。
括化学方法和物理方法，化学方法主要是采用低水 微胶囊的制备：将 Pickering 乳液置于三口烧瓶
化热胶凝材料，诸如：粉煤灰及矿渣等替换部分油 中，设置恒温水浴温度为 42 ℃，搅拌速度为 500 r/min；
井水泥，或通过使用惰性填料硅灰等替代部分油井 然后依次缓慢滴加预聚体、2.5 mL 冰乙酸、2 mL 氯
水泥，进而降低水泥浆体系的水化热；物理方法主 化铵水溶液（质量分数 10%），温度升至 62 ℃反应
要是采用热控材料吸收部分油井水泥水化热，诸如： 3 h；最后，经抽滤、酒精洗涤（50 ℃）、冷冻干燥
无机盐类物质、无机盐类相变材料及有机类相变材 处理即可得相变微胶囊型吸热剂 PCM-1。
料。化学方法在降低水泥浆体系水化热的同时极大 1.2.2 水泥浆体系的制备
地削弱了水泥浆体系固化后的强度性能；物理方法 采用 GB/T 19139—2012《油井水泥试验方法》
中加入的热控材料直接与水泥浆体系接触，容易导 标准制备水泥浆体系，各水泥浆体系中水泥基材料
致水泥浆体系工程应用性能恶化，如稠度、流动度、 的含量保持一致，然后加入不同比例自研微胶囊型热
稳定性及力学性能变差 [13-15] 。 控材料 PCM-1，达到控制水泥浆水化热目的，使水
鉴于此，本文自主研发一种相变微胶囊型热控 泥浆体系满足深水区域天然气水合物层固井过程对
材料 PCM-1，通过 PCM-1 相变过程成功地实现对固 水泥浆水化热的要求。水泥浆体系的性能测试执行
井水泥浆体系水化放热和水化温升的有效控制，避 标准 GB/T 19139—2012《油井水泥试验方法》，其
免了固井层位天然水合物的分解。首先，采用 配方如表 1 所示。
Pickering 乳液制备新型微胶囊型热控材料，并对其
表 1 水泥浆体系组成
化学结构、粒径大小、微观形貌、热稳定性进行了 Table 1 Composition of cement slurry system
表征分析；然后，利用自主设计研发的水泥浆水化 实验 G 级 分散剂 降失水剂
PCM-1/g 水/g
热测试设备对热控材料 PCM-1 的控温及调热性能 试样 水泥/g SYJZ-1/g SYZ-4/g
做了进一步研究。 PC 600 0 1.20 3.00 300
CM 2% 600 12 1.20 3.00 300
1 实验部分 CM 5% 600 30 1.20 3.00 300
CM 10% 600 60 1.20 3.00 300
1.1 试剂及仪器 CM 15% 600 90 1.20 3.00 300

甲醛、尿素、冰乙酸、三乙醇胺、氯化铵、氢 1.3 结构表征与性能测试
氧化钠，以上试剂均为分析纯，购于成都市科龙试 1.3.1 相变微胶囊型吸热剂 PCM-1 的表征
剂化工试剂厂；苯乙烯-马来酸酐共聚物（SMA-520） 红外光谱分析：采用红外光谱仪对合成微胶囊
购于智辉科技有限公司；G 级油井水泥，购于嘉华 型热控材料 PCM-1 化学结构进行表征。波数范围为
特种水泥股份有限公司；降失水剂 SYZ-4、分散剂 500~4400 cm ，扫描次数为 32，分辨率为 4 cm 。
1
1
SYJZ-1，均为工业品，由胜利油田提供。去离子水， 相变特性分析：采用热分析仪对合成相变微胶
实验室自制；石蜡购于镇江市润州区泽众专用石蜡 囊型热控 PCM-1 相变特性进行了测试，分别确定了
厂；纳米二氧化硅购于上海阿拉丁生化科技股份有 其相变温度及相变焓值。测试条件为氮气氛围，温
限公司。 度范围为 0~60 ℃及 60~0 ℃，加热及冷却速率为
WQF520 型红外光谱仪（北京瑞利分析仪器有 10 ℃/min。
限公司 ）， DSC823 TGA/SDTA85/e 型热分 析仪 粒径分析：采用激光粒度分析仪对相变微胶囊
（Mettler Tolido 公司，Switzerland），Master sizer 型热控材料 PCM-1 粒径大小及分布进行测定。
2000 型激光粒度分析仪（Malvern Panalytical 公司， 微观形貌：采用扫描电子显微镜对相变微胶囊
Britain），ZEISS EV0 MA15 型扫描电子显微镜（Carl 型热控材料 PCM-1 微观形貌进行观测。
Zeiss AG 公司，Germany）。 热稳定性分析：采用热分析仪对合成相变微胶
1.2 实验方法 囊型热控材料 PCM-1 热稳定性进行了测试。测试条
1.2.1 相变微胶囊型热控材料 PCM-1 的制备 件为氮气氛围，温度范围为 40~600℃，加热速率为
Pickering 乳液的制备：将 1.60 g SMA-520 分散 10 ℃/min。