一种固井水泥环控温及自修复用微胶囊及其制备方法

摘要

本发明公开了一种固井水泥环控温及自修复用微胶囊及其制备方法。所述微胶囊包括胶囊芯和包裹在所述胶囊芯外部的两层胶囊壁；所述胶囊芯包括：混合烷烃和硬脂酸混合的控温芯材，环氧树脂、气相二氧化硅、石墨烯和三氯化硼混合的自修复芯材；所述胶囊壁的内层由碳酸钙制成，外层由硬脂酸制成。

权利要求

1.一种固井水泥环控温及自修复用微胶囊，其特征在于，所述微胶囊包括胶囊芯和包裹在所述胶囊芯外部的两层胶囊壁；

所述胶囊芯包括：混合烷烃和硬脂酸混合的控温芯材，所述混合烷烃为正十四烷和正十六烷，所述正十四烷、正十六烷和硬脂酸的质量比为1:1: (0.1‑0.2)；环氧树脂、气相二氧化硅、石墨烯和三氯化硼混合的自修复芯材；

所述胶囊壁的内层由碳酸钙制成，外层由硬脂酸制成。

2.根据权利要求1所述的固井水泥环控温及自修复用微胶囊，其特征在于，所述控温芯材与自修复芯材的质量比为4:3。

3.根据权利要求1所述的固井水泥环控温及自修复用微胶囊，其特征在于，所述控温芯材中，所述正十四烷、正十六烷和硬脂酸的质量比为1:1:0.1。

4.根据权利要求1所述的固井水泥环控温及自修复用微胶囊，其特征在于，所述环氧树脂、气相二氧化硅、石墨烯和三氯化硼的质量比为1:0.5:1:0.7。

5. 根据权利要求1所述的固井水泥环控温及自修复用微胶囊，其特征在于，所述微胶囊的平均粒径为310 μm ‑ 345 μm。

6.一种根据权利要求1‑5任一项所述固井水泥环控温及自修复用微胶囊的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：将混合烷烃和硬脂酸加入去离子水中，搅拌形成控温芯材A相溶液；

将环氧树脂、气相二氧化硅、石墨烯和三氯化硼加入去离子水中，分散制得自修复芯材B相溶液；

将控温芯材A相溶液和自修复芯材B相溶液混合，搅拌后得到乳浊液；

将所述乳浊液与表面活性剂的水溶液混合，搅拌至出现小液滴，得到A/B乳液；

向所述A/B乳液中依次滴加CaCl2水溶液和CaCO3水浊液，将体系过滤、洗涤、干燥，得到由碳酸钙作为第一层胶囊壁的微胶囊A；

将所述微胶囊A通过冷凝析出法，完成硬脂酸壁材对微胶囊A的二次包覆，得到所述固井水泥环控温及自修复用微胶囊；

所述冷凝析出法的具体过程包括，将微胶囊A分散于水中成为分散相；将硬脂酸壁材熔融，加入所述分散相，持续搅拌，冷凝使得硬脂酸壁材固化析出，由于硬脂酸为油性物质，而微胶囊A表面的碳酸钙层有表面活性剂，所以硬脂酸固体会优先与碳酸钙层结合，完成对微胶囊A的二次包覆。

7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述控温芯材A相溶液中混合烷烃和硬脂酸的总质量与去离子水的用量的比例为1 g : 15 mL；

所述自修复芯材B相溶液中环氧树脂、气相二氧化硅、石墨烯和三氯化硼的总质量与去离子水的用量的比例为1 g : 20 mL。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述控温芯材A相溶液与所述自修复芯材B相溶液中的控温芯材与自修复芯材的质量比为4:3。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，其加量为混合烷烃和硬脂酸总质量的2%‑5%。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述CaCl2的加量为混合烷烃和硬脂酸总质量的20%‑30%。

11.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述CaCO3的加量为混合烷烃和硬脂酸总质量的25%‑40%。

12. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述控温芯材A相溶液的制备过程中，在室温下以500 r/min搅拌1 h。

13. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述自修复芯材B相溶液的制备过程中，采用超声分散，时间为1 h。

14. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述乳浊液的制备过程中，以200 r/min搅拌1.5 h。

15. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述A/B乳液的制备过程中，加入表面活性剂后，将体系温度降至15℃，以250 r/min持续搅拌，搅拌至在溶液中形成悬浮小液滴，得到A/B乳液。

16. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，滴加CaCl2水溶液过程中，以100 r/min搅拌2 h；滴加CaCO3水浊液过程中，以300 r/min的转速搅拌1 h。

说明书

一种固井水泥环控温及自修复用微胶囊及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及微胶囊制备技术领域，具体涉及一种固井水泥环控温及自修复用微胶囊及其制备方法。

背景技术

[0002] 全球天然气水合物资源丰富，被视为未来石油的战略接替能源。天然气水合物仅在高压低温环境下稳定存在。

[0003] 在水合物地层固井过程中会面临两个主要的困难，一方面是在水泥浆水化放热的影响下，井眼周围环境温度升高，改变了周围天然气水合物层的温度条件，易造成天然气水合物大量的分解，释放出的大量气体会侵入水泥浆内，导致本已胶结良好的水泥环与井壁之间出现微环空等固井质量下降问题，且气体不断地向上喷发，引发井喷事故。严重的可能发生局部塌陷，甚至破坏整个层位，形成恶性循环，使周围的天然气水合物全部分解，最终导致固井的失败等一系列问题。另一方面，地层应力、交变温度应力和生产作业过程中所产生的应力会不断冲击固井水泥石，从而对水泥石造成破坏，致使水泥环内部产生微裂纹和孔隙，破坏固井水泥环的完整性，从而二界面附近气压下降，水合物加速分解。

[0004] 因此，减缓固井水泥浆水化放热速率和抑制水泥环二界面处应力裂缝的发育，是保障天然气水合物地层固井安全的重要因素。

[0005] 在建筑领域中，经常将相变微胶囊掺入混凝土内部，降低昼夜温差对建筑物内部温度的影响幅度，达到节能环保的目的。当外界温度升高时，相变微胶囊通过内部芯材相变吸热，使环境温度维持在芯材的相变点温度附近。在固井领域中，特别是在水合物地层处，水泥浆放热温度对固井水泥环强度的影响不是很大，但是对地层稳定性有着至关重要的作用，通过相变微胶囊技术可以使水泥浆放热速度减缓，并通过自修复材料抑制水泥石中微裂缝的发育，保障天然气水合物地层的固井安全。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种固井水泥环控温及自修复用微胶囊及其制备方法，以保障天然气水合物地层安全固井。一方面以减缓固井水泥浆水化放热速率，以解决引起的水合物大量的分解，释放出的大量气体侵入水泥浆内，导致本已胶结良好的水泥环与井壁之间出现微环空等固井质量下降问题，甚至气体不断向上喷发，引发井喷事故问题。另一方面是抑制水泥环二界面处应力裂缝的发育，以解决地层应力、交变温度应力和生产作业过程中所产生的应力会不断冲击固井水泥石，致使水泥环内部产生微裂纹和孔隙，破坏固井水泥环的完整性的问题。

[0007] 为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

[0008] 本发明一方面提供一种固井水泥环控温及自修复用微胶囊，其为球形颗粒结构，所述微胶囊包括胶囊芯和包裹在所述胶囊芯外部的两层胶囊壁；

[0009] 所述胶囊芯包括：混合烷烃和硬脂酸混合的控温芯材，环氧树脂、气相二氧化硅、石墨烯和三氯化硼混合的自修复芯材；

[0010] 所述胶囊壁的内层由碳酸钙制成，外层由硬脂酸制成。

[0011] 根据本发明的微胶囊，优选地，所述控温芯材与自修复芯材的质量比为4:3。

[0012] 根据本发明的微胶囊，优选地，所述混合烷烃包括正十四烷和正十六烷。

[0013] 根据本发明的微胶囊，优选地，所述控温芯材中，所述正十四烷、正十六烷和硬脂酸的质量比为1:1:0.1。

[0014] 本发明为减少固井水泥浆水化放热对天然气水合物地层稳定性的影响，选用控温范围接近于水合物地层温度的相变材料正十四烷(5.5℃)和正十六烷(18℃)。根据施德罗公式(1)可知，不同熔点的烷烃混合，其潜热、相变区间都会发生相应变化，从而增加相变材料的控温范围。

[0015]

[0016] 式中xA—混合物主要成分A的摩尔分数；

[0017] ΔHA—纯化合物A的相变潜热，J/mol；

[0018] Tf—纯化合物A的熔化温度，K；

[0019] T—含有化合物A的混合物的相变温度，K；

[0020] R—气体常熟，8.315J/mol。

[0021] 随着水泥浆水化放热，水泥浆温度逐渐上升并达到相变材料的相变温度点，正十四烷和正十六烷分别发生了固‑液相变，吸收热量，减缓水泥浆温度的上升速率。由于正十四烷和正十六烷的熔点均较低，仅由其制备的微胶囊在储备和运输过程中容易泄露，导致微胶囊的储能密度下降。而硬脂酸与正十四烷、正十六烷的相容性好，并且硬脂酸熔点高，向正十四烷和十六烷的混合物中加入少量的硬脂酸，可以降低相变控温芯材的泄露情况。

[0022] 根据本发明的微胶囊，优选地，所述环氧树脂、气相二氧化硅、石墨烯和三氯化硼的质量比为1:0.5:1:0.7。

[0023] 环氧树脂是水泥石裂缝自修复的功能性材料，当微胶囊壁材在裂缝的尖端应力作用下开裂，环氧树脂流出并润湿裂缝表面。环氧树脂和水泥石中预置的固化剂反应，胶结裂缝顶端，从而起到裂缝自修复和抑制裂缝进一步发育的作用。

[0024] 气相二氧化硅用以增加环氧树脂的流动性。

[0025] 石墨烯增加环氧树脂的导热系数，增加微胶囊对环境温度的敏感性。

[0026] 三氯化硼的作用时提高环氧树脂的固化速率，提高裂缝自修复的效率。

[0027] 根据本发明的微胶囊，优选地，所述微胶囊的平均粒径为310μm‑345μm。

[0028] 本发明另一方面提供一种以上固井水泥环控温及自修复用微胶囊的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

[0029] 将混合烷烃和硬脂酸加入去离子水中，搅拌形成控温芯材A相溶液；

[0030] 将环氧树脂、气相二氧化硅、石墨烯和三氯化硼加入去离子水中，分散制得自修复芯材B相溶液；

[0031] 将控温芯材A相溶液和自修复芯材B相溶液混合，搅拌后得到乳浊液；

[0032] 将所述乳浊液与表面活性剂的水溶液混合，搅拌至出现小液滴，得到A/B乳液；

[0033] 向所述A/B乳液中依次滴加CaCl2水溶液和CaCO3水浊液，将体系过滤、洗涤、干燥，得到由碳酸钙作为第一层胶囊壁的微胶囊A；

[0034] 将所述微胶囊A通过冷凝析出法，完成硬脂酸壁材对微胶囊A的二次包覆，得到所述固井水泥环控温及自修复用微胶囊。

[0035] 所述冷凝析出法的具体过程包括，将微胶囊CC‑Mic分散于水中成为分散相；将硬脂酸壁材熔融，加入所述分散相，持续搅拌，冷凝使得硬脂酸壁材固化析出，由于硬脂酸为油性物质，而微胶囊CC‑Mic表面的碳酸钙层有表面活性剂，所以硬脂酸固体会优先与碳酸钙层结合，完成对微胶囊的二次包覆。

[0036] 根据本发明的制备方法，优选地，所述混合烷烃包括正十四烷和正十六烷，所述正十四烷、正十六烷和硬脂酸的质量比为1:1:(0.1‑0.2)。

[0037] 根据本发明的制备方法，优选地，所述环氧树脂、气相二氧化硅、石墨烯和三氯化硼的质量比为1:0.5:1:0.7。

[0038] 根据本发明的制备方法，优选地，所述控温芯材A相溶液中混合烷烃和硬脂酸的总质量与去离子水的用量的比例为1g:15mL；

[0039] 所述自修复芯材B相溶液中环氧树脂、气相二氧化硅、石墨烯和三氯化硼的总质量与去离子水的用量的比例为1g:20mL。

[0040] 根据本发明的制备方法，优选地，所述控温芯材A相溶液与所述自修复芯材B相溶液中的控温芯材与自修复芯材的质量比为4:3。

[0041] 根据本发明的制备方法，优选地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，其加量为混合烷烃和硬脂酸总质量的2％‑5％。

[0042] 根据本发明的制备方法，优选地，所述CaCl2的加量为混合烷烃和硬脂酸总质量的20％‑30％。

[0043] 根据本发明的制备方法，优选地，所述CaCO3的加量为混合烷烃和硬脂酸总质量的25％‑40％。

[0044] 根据本发明的制备方法，优选地，所述控温芯材A相溶液的制备过程中，在室温下以500r/min搅拌1h。

[0045] 根据本发明的制备方法，优选地，所述自修复芯材B相溶液的制备过程中，采用超声分散，时间为1h。

[0046] 根据本发明的制备方法，优选地，所述乳浊液的制备过程中，以200r/min搅拌1.5h。

[0047] 根据本发明的制备方法，优选地，所述A/B乳液的制备过程中，加入表面活性剂后，将体系温度降至15℃，以250r/min持续搅拌，搅拌至在溶液中形成悬浮小液滴，得到A/B乳液。

[0048] 根据本发明的制备方法，优选地，滴加CaCl2水溶液过程中，以100r/min搅拌2h；滴加CaCO3水浊液过程中，以300r/min的转速搅拌1h。

[0049] 本发明的有益效果包括：

[0050] 1)本发明以正十四烷、正十六烷和硬脂酸混合物为控温芯材，以碳酸钙和硬脂酸为壁材，这几种材料都具有便宜、无污染等优点，可提高生产的安全性能以及降低生产的成本；

[0051] 2)本发明使用正十四烷、正十六烷和硬脂酸混合物作为控温材料，当外界温度上升至控温材料相变温度点时，控温材料发生相变，吸热热量，使周围环境稳定在自身相变温度点附近，其相变温度区间随着烷烃加量比例的不同而改变，能较为简易地制备适用于不同温度区间的微胶囊；

[0052] 3)本发明制备的固井水泥环控温及自修复用微胶囊具有明显的芯‑壳分层结构，层‑层之间包裹紧密，具有两层囊壁，分别为碳酸钙和硬脂酸，具有一定的力学强度，在水泥浆制备过程中不易破碎，能够有效地提高水泥石的力学强度；

[0053] 4)本发明制备的固井水泥环控温及自修复用微胶囊能够降低水泥浆的水化升温，相变峰值温度和相变结束温度分别由9.86℃下降至8.28℃、12.29℃下降至10.41℃；

[0054] 5)本发明制备的固井水泥环控温及自修复用微胶囊能够有效填充水泥石内部产生的微裂缝；

[0055] 6)本发明制备的固井水泥环控温及自修复用微胶囊制作工艺简单，可在工业上进行批量生产，且生产过程中清洁环保性强。

附图说明

[0056] 图1为本发明固井水泥环控温及自修复用微胶囊的结构示意图。

[0057] 图2为实施例1中芯材和SA‑Mic的DSC测试曲线图。

[0058] 图3为实施例1中SA‑Mic修复不同断裂面的抗折强度随养护时间的变化图。

[0059] 图4为实施例2中芯材和SA‑Mic的DSC测试曲线。

[0060] 图5为实施例2中SA‑Mic修复不同断裂面的抗折强度随养护时间的变化图。

[0061] 图6为实施例3中芯材和SA‑Mic的DSC测试曲线图。

[0062] 图7为实施例3中SA‑Mic修复不同断裂面的抗折强度随养护时间的变化图。

具体实施方式

[0063] 为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

[0064] 本发明所有数值指定(例如温度、时间、浓度及重量等，包括其中每一者的范围)通常可是适当以0.1或1.0的增量改变(+)或(‑)的近似值。所有数值指定均可理解为前面有术语“约”。

[0065] 本发明的实施例提供了一种固井水泥环控温及自修复用微胶囊，如图1所示，其为球形颗粒结构，微胶囊包括胶囊芯和包裹在胶囊芯外部的两层胶囊壁，胶囊芯由正十四烷、正十六烷、硬脂酸混合的A相溶液和以E‑51环氧树脂、气相二氧化硅、石墨烯、三氯化硼为B相浊液混合制成，胶囊壁分别由碳酸钙和硬脂酸制成。

[0066] 一种上述固井水泥环控温及自修复用微胶囊的制备方法，包括以下步骤：

[0067] S1、将正十四烷、正十六烷、硬脂酸按质量比1:1:(0.1‑0.2)混合于去离子水中，在20℃的室温环境下以500r/min的转速搅拌1h后形成透明的溶液，制得控温芯材A相溶液。烷烃的加入量会影响控温的范围。

[0068] S2、将E‑51环氧树脂、气相二氧化硅、石墨烯、三氯化硼按质量比1:0.5:1:0.7混合于去离子水中，然后超声分散1h，形成自修复芯材B相浊液。

[0069] S3、将制作好的自修复芯材B相浊液加入控温芯材A相溶液中，并以200r/min转速搅拌1.5h，得到乳浊液。

[0070] S4、将所述乳浊液转移到十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的水溶液(31.5g/L)中并将环境温度降低至15℃，并在该温度下以250r/min搅拌至在溶液中形成悬浮小液滴，得到A/B乳液。其中，SDBS加量为正十四烷、正十六烷和硬脂酸总质量的2％‑5％。

[0071] S5、向A/B乳液中缓慢滴加CaCl2水溶液，在加入过程中以100r/min持续搅拌2h。随后缓慢加入CaCO3水浊液，加入过程中以300r/min持续搅拌1h。其中CaCl2的加量为正十四烷、正十六烷和硬脂酸总质量20％‑30％。CaCO3的加量为正十四烷、正十六烷和硬脂酸总质量的25％‑40％。

[0072] S6、将乳液过滤、洗涤、干燥，得到由碳酸钙作为第一层胶囊壁的微胶囊(简称CC‑Mic)。

[0073] S7、将S6得到的微胶囊通过冷凝析出法，完成硬脂酸壁材对微胶囊的二次包覆(简称SA‑Mic)，得到以碳酸钙和硬脂酸为胶囊壁的双壳层控温及自修复用微胶囊。

[0074] 所述冷凝析出法的具体过程包括，将微胶囊CC‑Mic分散于水中成为分散相；将硬脂酸壁材熔融，加入所述分散相，持续搅拌，冷凝使得硬脂酸壁材固化析出，由于硬脂酸为油性物质，而微胶囊CC‑Mic表面的碳酸钙层有表面活性剂，所以硬脂酸固体会优先与碳酸钙层结合，完成对微胶囊的二次包覆。

[0075] 下面结合实施例对本发明提供的水泥环控温及自修复微胶囊及其制备方法进行详细说明。

[0076] 实施例1

[0077] 本实施例制备一种水泥环控温及自修复微胶囊SA‑Mic，包括以下步骤：

[0078] S1、将质量比为n：n：0.1n的正十四烷、正十六烷、硬脂酸共10g加入150mL去离子水中，在20℃环境温度下以500r/min搅拌1h，形成控温芯材A相溶液。

[0079] S2、将E‑51环氧树脂、气相二氧化硅、石墨烯、三氯化硼按质量比1:0.5:1:0.7共7.5g加入150mL去离子水中并超声分散1h，形成自修复芯材B相溶液。

[0080] S3、随后将自修复芯材B相溶液加入控温芯材A相溶液，以200r/min搅拌1.5h，得到乳浊液。

[0081] S4、将乳浊液转移到十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的水溶液(15mL，SDBS浓度为31.5g/L)中并将温度降低至15℃，以250r/min转速持续搅拌，在SDBS作用下，A、B相表面张力降低。由于非对称环氧化合物会优先靠近羧基，生成氧鎓离子(oxonium)，A相内硬脂酸中存在羧基基团，因此B相靠近并环绕在A相小液滴周围形成A/B乳液。

[0082] S5、采用自组装工艺，将碳酸钙、硬脂酸作为多层壁材，包覆在芯材材料表面。向A/B乳液中依次缓慢滴加210g/L的CaCl2水溶液与加入了26.25g的CaCO3水浊液，搅拌转速与时长分别为100r/min、2h和300r/min、1h。

[0083] S6、将乳液过滤、洗涤、干燥，得到单层碳酸钙壁材的微胶囊(简称CC‑Mic)。

[0084] S7、将上述微胶囊通过冷凝析出法，完成硬脂酸壁材对微胶囊的二次包覆(简称SA‑Mic)。

[0085] 由于固井水泥浆在泵注过程中存在短暂的高速搅拌，为探究该过程中剪切力对微胶囊包覆性能的影响，将SA‑Mic微胶囊置于pH＝13的NaOH溶液环境中以6000r/min转速搅拌3min，并利用体式显微镜观察微胶囊搅拌前后表观形态及粒径的变化，结果如表1所示，经二次包覆后的微胶囊在高速搅拌下，其粒径和表观形态均无明显变化，说明两层壁材表现出对芯材完整的包覆性。

[0086] 表1微胶囊高速搅拌后的破碎情况

[0087] 样品 搅拌转速 搅拌时间 平均粒径 表观形态搅拌前SA‑Mic ‑‑ ‑‑ 330μm 完整
搅拌后SA‑Mic 6000r/min 3min 304μm 完整

[0088] 对SA‑Mic材料和芯材(正十四烷、正十六烷和硬脂酸的混合物)进行DSC测试，如图2所示。结果表明，经微胶囊化后的相变材料的控温区间没有明显的变化，但是由于壁材的存在降低了相变材料的有效控温含量，导致储能密度下降(潜热降低)。

[0089] 为得到微胶囊对裂缝的修复效果，制作水泥试块并对其进行切割和自然压断两种方式制作断面，通过微胶囊于断面上，养护不同时间，测试抗折强度。修复后强度随养护时间变化如图3所示。结果表明，微胶囊对自然断裂面的修复效果更好。随着修复时间的增加，水泥石的力学强度逐渐提升，当修复时间到达72h时，水泥石力学强度提升到最高值，微胶囊对水泥石裂缝修复完毕。

[0090] 实施例2

[0091] 本实施例制备一种水泥环控温及自修复微胶囊SA‑Mic，包括以下步骤：

[0092] S1、将质量比为0.5n：0.5n：0.1n的正十四烷、正十六烷、硬脂酸共10g加入150mL去离子水中，在20℃环境温度下以500r/min搅拌1h，形成控温芯材A相溶液。

[0093] S2、将E‑51环氧树脂、气相二氧化硅、石墨烯、三氯化硼按质量比1:0.5:1:0.7加入150mL去离子水中并超声分散1h，形成自修复芯材B相溶液。

[0094] S3、将自修复芯材B相溶液加入控温芯材A相溶液，以200r/min搅拌1.5h，得到乳浊液。

[0095] S4、将乳浊液转移到十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的水溶液(10mL,SDBS浓度为31.5g/L)中并将温度降低至15℃，以250r/min转速持续搅拌，在SDBS作用下，A、B相表面张力降低。由于非对称环氧化合物会优先靠近羧基，生成氧鎓离子(oxonium)，A相内硬脂酸中存在羧基基团，因此B相靠近并环绕在A相小液滴周围形成A/B乳液。

[0096] S5、采用自组装工艺，将碳酸钙、硬脂酸作为多层壁材，包覆在芯材材料表面。向A/B乳液中依次缓慢滴加210g/L的CaCl2水溶液与加入了26.25g的CaCO3水浊液，搅拌转速与时长分别为100r/min、2h和300r/min、1h。

[0097] S6、将乳液过滤、洗涤、干燥，得到单层碳酸钙壁材的微胶囊(简称CC‑Mic)。

[0098] S7、将上述微胶囊通过冷凝析出法，完成硬脂酸壁材对微胶囊的二次包覆(简称SA‑Mic)。

[0099] 由于固井水泥浆在泵注过程中存在短暂的高速搅拌，为探究该过程中剪切力对微胶囊包覆性能的影响，将SA‑Mic微胶囊置于pH＝13的NaOH溶液环境中以6000r/min转速搅拌3min，并利用体式显微镜观察微胶囊搅拌前后表观形态及粒径的变化，结果如表2所示，表明该配方下的微胶囊在高速搅拌下表观形态依然完整，可以抵抗外界的高剪切力。但相比与实施例1，微胶囊粒径减小较多。

[0100] 表2微胶囊高速搅拌后的破碎情况

[0101] 样品 搅拌转速 搅拌时间 平均粒径 表观形态搅拌前SA‑Mic ‑‑ ‑‑ 310μm 完整
搅拌后SA‑Mic 6000r/min 3min 285μm 完整

[0102] 对SA‑Mic材料和芯材进行DSC测试，曲线如图4所示，得到没有壳层包覆的芯材，其控温性能更好。微胶囊化后的芯材的相变点没有明显变化。相比于实施例1，由于硬脂酸的含量增加，微胶囊的潜热下降更为明显。

[0103] 为得到微胶囊对裂缝的修复效果，制作水泥试块并对其进行切割和自然压断两种方式制作断面，通过微胶囊于断面上，养护不同时间，测试抗折强度。修复后强度随养护时间变化如图5所示。结果表明，微胶囊对自然断裂面的修复效果更好。随着修复时间的增加，水泥石的力学强度逐渐提升，当修复时间到达72h时，水泥石力学强度提升到最高值，微胶囊对水泥石裂缝修复完毕。

[0104] 实施例3

[0105] 本实施例制备一种水泥环控温及自修复微胶囊SA‑Mic，包括以下步骤：

[0106] S1、将质量比为n：n：0.1n的正十四烷、正十六烷、硬脂酸共10g加入150mL去离子水中，在20℃环境温度下以500r/min搅拌1h，形成控温芯材A相溶液。

[0107] S2、将E‑51环氧树脂、气相二氧化硅、石墨烯、三氯化硼按质量比1:0.5:1:0.7共7.5g加入150mL去离子水中并超声分散1h，形成自修复芯材B相溶液。

[0108] S3、随后将自修复芯材B相溶液加入控温芯材A相溶液，以200r/min搅拌1.5h，得到乳浊液。

[0109] S4、将乳浊液转移到十二烷基苯磺酸钠(SDBS)水溶液(10mL,SDBS浓度：31.5g/L)中并将温度降低至15℃，以250r/min转速持续搅拌，在SDBS作用下，A、B相表面张力降低。由于非对称环氧化合物会优先靠近羧基，生成氧鎓离子(oxonium)，A相内硬脂酸中存在羧基基团，因此B相靠近并环绕在A相小液滴周围形成A/B乳液。

[0110] S5、采用自组装工艺，将碳酸钙、硬脂酸作为多层壁材，包覆在芯材材料表面。向A/B乳液中依次缓慢滴加262.5g/L的CaCl2溶液与加入了31.5g的CaCO3浊液，搅拌转速与时长分别为100r/min、2h和300r/min、1h。

[0111] S6、将乳液过滤、洗涤、干燥，得到单层碳酸钙壁材的微胶囊(简称CC‑Mic)。

[0112] S7、将上述微胶囊通过冷凝析出法，完成硬脂酸壁材对微胶囊的二次包覆(简称SA‑Mic)。

[0113] 由于固井水泥浆在泵注过程中存在短暂的高速搅拌，为探究该过程中剪切力对微胶囊包覆性能的影响，将SA‑Mic微胶囊置于pH＝13的NaOH溶液环境中以6000r/min转速搅拌3min，并利用体式显微镜观察微胶囊搅拌前后表观形态及粒径的变化，结果如表3所示，微胶囊化后的芯材的相变点没有明显变化。

[0114] 表3微胶囊高速搅拌后的破碎情况

[0115] 样品 搅拌转速 搅拌时间 平均粒径 表观形态搅拌前SA‑Mic ‑‑ ‑‑ 345μm 完整
搅拌后SA‑Mic 6000r/min 3min 320μm 完整

[0116] 对SA‑Mic材料和芯材进行DSC测试，曲线如图6所示，得到没有壳层包覆的芯材，其控温性能更好。微胶囊化后的相变材料的控温范围没有明显变化。

[0117] 为得到微胶囊对裂缝的修复效果，制作水泥试块并对其进行切割和自然压断两种方式制作断面，通过微胶囊于断面上，养护不同时间，测试抗折强度。修复后强度随养护时间变化如图7所示。相比于实施例1和实施例2，实施例3所制备的微胶囊对水泥石裂缝的修复能力较差。这是由于实施例3中壁材含量的增加，使得环氧树脂的流出困难，导致修复效果变差。

[0118] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。