据不完全统计显示海洋石油资源将是未来原油产量增长的主要来源,全球50%以上的油气产量和储量都将来自海洋。深水油气资源勘探开发过程中,固井作业是保障深水油气资源产能释放的关键因素,如何在避免天然气水合物分解的前提下进行安全、高效的固井成为一项新的挑战。为此,本文以降低水泥浆水化放热和水化温升为出发点,重点研究了粉煤灰、矿渣及热控材料的应用性能及作用机理,并取得了如下成果:（1）利用活性材料粉煤灰及矿渣成功实现了对水泥浆体系水化放热和水化温升的有效控制,24和48 h水化放热和水化温升都得到了明显的降低。通过对不同类型水泥浆水化放热行为的研究得到粉煤灰及矿渣降低水化放热及温升的主要原因是其自身的低水化热特性。粉煤灰水化龄期为48 h时由于火山灰效应而释放的热量仅为2.054～4.765 J/g,矿渣水化龄期为24和48 h时由于火山灰效应而释放的热量分别为17.024～23.369 J/g和28.153～47.067 J/g。此外,低场核磁共振分析测试技术、X衍射分析、热重分析及扫描电镜分析等显示粉煤灰、矿渣通过延长钙矾石（AFt）的稳定存在时间,进而延缓了水泥水化反应,减小了水化放热和水化温升。（2）以低熔点石蜡为芯材,脲醛树脂为壁材,采用原位聚合法成功制备了相变微胶囊型热控材料Micro-P。首先,以相变焓值、粒径大小及分布为评价指标,采用单因素实验方法得出了 Micro-P最佳制备工艺,乳化剪切速率为9000 r/min、甲醛/尿素摩尔配比为1.8:1、芯壁材投料比例为1.8:1、预聚体合成温度为60℃、预聚体滴加时间为30 min、酸化反应时间为60 min及固化反应温度为65℃;然后,利用红外、差热分析及粒径分析等对Micro-P进行了表征。结果显示Micro-P符合预期设计核壳结构,颗粒呈现圆球状且粒径分布均匀,中径为2.664μm;相变温度为35.85℃,相变焓值为85.69 J/g,热循环100次之后,芯材石蜡渗透率仅为0.69%;中低温条件下稳定性良好。（3）采用纳米二氧化硅（nano-SiO2）和氧化石墨烯（GO）成功改性热控材料Micro-P,通过单因素实验方法最终确定改性处理剂nano-SiO2和GO最佳加量分别为2.50和0.30 wt%。经nano-SiO2改性的Micro-P1粒径分布均匀,表面较为粗糙;相变温度为31.33℃,相变焓值为90.65 J/g;导热系数为0.075 W/m·K;水滴在其压片表面的接触角为28.83°,体现为强亲水性;8000 r/min下离心40 min后破损率仅为4.50%。经GO改性的Micro-P2粒径分布均匀,表面较为粗糙;相变温度为30.83℃,相变焓值为90.23 J/g;导热系数为0.08 W/m·K;水滴在其压片表面的接触角为27.41°,体现为强亲水性;8000 r/min下离心40 min后破损率为8.64%。（4）利用热控材料Micro-P1成功实现了对水泥浆体系水化放热和水化温升的有效控制,主要体现为削峰效应、填谷效应与延缓效应。早期水化阶段,Micro-P1通过相变吸热降低了水泥浆整体水化放热和水化温升,体现为削峰效应;后期水化阶段,Micro-P1通过相变放热降低了水泥浆降温速率,体现为填谷效应。另外,红外、X衍射、热综合分析及微观形貌分析显示Micro-P1不改变水泥水化产物类型,仅仅改变不同水化产物含量,即Micro-P1对水泥水化反应同时也存在延缓效应,进而降低了水泥浆早期水化放热和水化温升。此外,通过对Micro-P1应用性能及作用机理的研究,建立了半绝热和绝热两种状态下PCM系列水泥浆温升理论模型。（5）综合利用活性材料粉煤灰、矿渣及自研热控材料Micro-P1建立了密度分别为1.67和1.61 g/cm3的低温低水化热水泥体系LTH-1和LTH-2。相较于常规水泥浆,LTH-1和LTH-2水化温升分别下降了 60.26和68.83%,LTH-1体系24及48 h累计水化热分别下降了 55.93和40.99%,LTH-2体系24及48 h累计水化热分别下降了 65.57和52.49%。另外,通过水合物传热分解模型计算了不同水泥浆体系对水合物分解速率及稳定存在时间的影响。