李妍 ，于永金，刁斌斌，韩宝国

1 中国石油大学(北京)石油工程学院，北京 102249

2 中国石油大学(北京) 油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249

3 中国石油集团工程技术研究院有限公司，北京 102206

4 大连理工大学土木工程学院，大连 116024

0 引言

虽然水泥从19世纪20年代开始应用已有上百年历史，然而对高温高压、强腐蚀等严苛环境下水泥的根本性形成机理和破坏规律仍然理解不够[1]，而这正是控制高性能油气井水泥研发的关键。目前高性能水泥的研究集中在宏观尺度性能和微米尺度观察[2-4]。基于纳米尺度的原子结构研究也已开展，Pellenq等[5]依据实验数据，基于自下而上的原子模拟方法提出了一种更接近实验结果的C-S-H原子结构模型，其结构具有钙氧层和短硅链结构，显示出了短程有序的特点。基于此模型能够方便地预测C-S-H凝胶的刚度、强度和剪切响应的纳米力学性能。文献[6-7]在此模型基础上,通过ReaxFF力场将OH基团引入模型中并研究了钙硅比对C-S-H压痕模量和压痕硬度的影响。侯东帅、辛浩等人[8-10]基于ClayFF力场和Pellenq的建模过程模拟了C-S-H结构轴向拉伸过程中的力学性能，指出C-S-H的聚合度随着钙硅比的增加而降低，并研究了氧化石墨烯对水泥性能的影响规律。但是纳米尺度的原子结构研究由于时间和空间尺度的限制，不能够直接延伸推及到实际工程或者大尺寸实验[1]。而连接纳米尺度原子结构到宏观制品的介观尺度研究鲜少开展，导致很难把深层次内在理论与规律应用到预测、调控、研发高性能水泥中。……