一种高导热固井材料及其制备方法与应用

摘要

本发明公开了一种高导热固井材料及其制备方法与应用，所述高导热固井材料包括水泥、硅粉、减水剂、早强剂和水，其中，所述水泥100份、硅粉15‑30份、减水剂0.4‑0.6份、早强剂0.2‑0.3份和水70‑80份。本发明所提供的高导热固井材料的导热系数能达到常规水泥浆的四倍以上，其可显著的提高的地热井井壁的导热系数，并实现地热的充分利用。

说明书

技术领域

本发明属于地热固井技术领域，尤其涉及一种高导热固井材料及其制备方法与应用。

背景技术

地热作为一种非碳基、可再生能源，替代化石能源的功能非常强大，并且资源有保障、稳定连续、清洁低碳，可以连续不间断工作，一年工作8000多个小时，效率达90％以上，这是其他所有可再生能源无法可比的，在碳达峰、碳中和目标背景下，利用地热能供暖制冷对于除霾、降碳目标的达成具有推动作用。“取热不取水的”中深层地热井的固井材料，一般为水泥，水泥的导热系数一般为0.19-0.65W/(m·K)，其导热系数低，影响了地热能的利用效率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种可用于地热井固定的高导热固井材料。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种高导热固井材料，包括水泥、硅粉、减水剂、早强剂和水。

上述技术方案中按重量份数计，包括水泥100份、硅粉15-30份、减水剂0.4-0.6份、早强剂0.2-0.3份和水70-80份。

上述技术方案中所述减水剂为聚羧酸减水剂。

上述技术方案中所述水泥为G级油井水泥。

上述技术方案中所述硅粉的粒径为300-800目。

上述技术方案中所述早强剂为无机化合物类早强剂、有机化合物类早强剂或二者的混合物。

上述技术方案中所述无机化合物类早强剂包括硝酸盐和甲酸钙。

上述技术方案中所述有机化合物类早强剂为三乙醇胺。

本发明的目的之二在于提供一种如上所述高导热固井材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种如上所述高导热固井材料的制备方法，包括如下步骤，步骤1：按重量份数称取水泥100份、硅粉15-30份、减水剂0.4-0.6份、早强剂0.2-0.3份和水70-80份；

步骤2：将步骤1所称取的水泥和水混合并搅拌均匀后，再加入步骤1所称取的硅粉、减水剂和早强剂，继续搅拌至混合均匀即得到高导热固井材料。

本发明的目的之三在于提供一种如上所述的高导热固井材料或如上所述制备方法所制得的高导热固井材料在地热井固井中的应用。

本发明的有益效果在于：本发明所提供的高导热固井材料的导热系数能达到常规水泥浆的四倍以上，其可显著的提高的地热井井壁的导热系数，并实现地热的充分利用。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本实施例提供了一种高导热固井材料，按重量份数计，包括水泥100份、硅粉15-30份(所述硅粉可以为15份、20份或30份)、减水剂0.4-0.6份(所述减水剂可以为0.4份、0.5份或0.6份)、早强剂0.2-0.3份(所述早强剂可以为0.2份、0.25份或0.3份)和水70-80份(水可以是70份、75份或80份)，其中所述减水剂为聚羧酸减水剂，所述水泥为G级油井水泥，所述硅粉的粒径为300-800目(优选的为300目、400目、500目、600目、700目或800目)；所述早强剂为无机化合物类早强剂、有机化合物类早强剂或二者的混合物，具体的，所述无机化合物类早强剂包括硝酸盐和甲酸钙，所述有机化合物类早强剂为三乙醇胺(即早强剂可以是硝酸盐、甲酸钙或三乙醇胺中的任意一种或多种的混合物)。其制备方法：包括如下步骤，步骤1：按重量份数称取水泥100份、硅粉15-30份、减水剂0.4-0.6份、早强剂0.2-0.3份和水70-80份；步骤2：将步骤1所称取的水泥和水混合并搅拌均匀后，再加入步骤1所称取的硅粉、减水剂和早强剂，继续搅拌至混合均匀即得到高导热固井材料。

性能测试方法：取所制得高导热固井材料制备成长方体形的块体，并将制得的块体在温度为20℃，相对湿度92-98％的条件下养护7天，其中，块体的尺寸为300×300×30mm，将经上述处理后的块体分别进行抗压强度测试和导热系数的测试，其中，抗压强度采用NYL-300型压力试验机测量块体的抗压强度，采用DRE-2C型导热测试仪对块体的导热系数进行测试。

实施例1

取100份G级油井水泥和75份水先搅拌混合均匀，然后加入15份硅粉(粒径为500目)、0.4份聚羧酸减水剂和0.2份亚硝酸盐早强剂再次搅拌均匀，所得水泥浆的密度为1.82g/cm

实施例2

取100份G级油井水泥和75份水先搅拌混合均匀，然后加入20份硅粉、0.4份聚羧酸减水剂和0.2份亚硝酸盐早强剂再次搅拌均匀，所得水泥浆的密度为1.76g/cm

实施例3

取100份G级油井水泥和75份水先搅拌混合均匀，然后加入30份硅粉、0.5份聚羧酸减水剂和0.2份亚硝酸盐早强剂再次搅拌均匀，所得水泥浆的密度为1.68g/cm

由实施例1-实施例3可知，上述各实施例中所制备的高导热固井材料固化后的导热系数为常规水泥浆固化后导热系数的至少四倍，故采用上述各实施例所提供的高导热固井材料对地热井进行固井可显著提高其井壁的导热性能，从而实现对地热的高效利用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。