【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地热资源开发材料，具体涉及适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系及其制备方法。
技术介绍
1、地热作为一种清洁、无污染的能源，越来越受到重视，而且清洁低碳能源是目前能源供应增量的主体。大力开发利用地热资源已经越来越受到人们的青睐，且对于降低温室气体排放、缓解能源紧缺、以及促进国民经济的可持续发展具有十分重要的意义。固井是地热井成井过程中的关键环节，即向地热井埋管和钻孔壁之间注入固井水泥材料，用来增强地热井换热器与岩土之间的换热。
2、中国专利cn110590271a公开了一种用于地热井的高导热水泥浆及其制备方法，该高导热水泥浆包括(以重量份数计)：水泥、石墨粉和水，其中，相对于100份的水泥，所述石墨粉为5-20份、所述水为44-50份。
3、中国专利cn109678420a公开了一种中层地热井的固井材料及地热井，固井材料包括水泥、石墨粉和表面活性剂。
4、中国专利cn111410480a公开了一种用于地埋管换热器传热的混合填料，其重量份数组成如下：水泥100；淡水45-58；沙子35-38；缓凝剂0.5-2；硅粉4-6；粉煤灰20；减水剂1；引气剂0.01-0.02；石墨0.5-2；增韧纤维防漏剂2-3。
5、中国专利cn114315256a公开了一种用于地热井的高导热高保温水泥及其制备方法，该高导热高温材料包括水、g级高抗硫酸盐型油井水泥、天然鳞片石墨、碳化硅和氧化铝；所述水与g级高抗硫酸盐型油井水泥的重量比为：0.42-0.60；所述天然鳞片石墨与g级高抗硫酸盐
6、由于固井水泥在较深的地层作业，在满足高导热性能的同时，仍要保证固井水泥要耐高温，有较高的抗压强度，较短的凝结时间，较好的流动性等。上述现有技术均针对高导热性能进行研究，关于水泥在高温环境下性能的考虑较少。因此对于地热资源开发提供一种具有高导热、高温性能稳定的耐高温固井材料是尤为重要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系及其制备方法。该体系在高温环境下性能良好，且具有抗高温强度衰退和高导热的特点。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系，包括按重量百分比计的以下原料：
4、g级油井水泥：38.0wt.％～63.5wt.％；
5、硅质材料：15.0wt.％；
6、蛇纹岩：10wt.％～15wt.％；
7、耐温导热材料：10wt.％～30wt.％；
8、高温稳定剂：0.5wt.％；
9、高温分散剂：1wt.％-1.5wt.％；
10、以及占以上原料总质量的百分比的外加剂：
11、高温降失水剂：3wt.％～5wt.％；
12、高温缓凝剂：1wt.％～3wt.％；
13、消泡剂：0.25wt.％。
14、进一步地，所述硅质材料为200目石英砂、800目石英砂和1200目石英砂按质量比1:2:1混合而成，硅质材料sio2含量≥95wt.％。
15、进一步地，所述蛇纹岩mgo含量≥40.0wt.％，sio2含量≥40.0wt.％，平均粒径325目。
16、进一步地，所述耐温导热材料是由导热强化材料、增强材料和聚醚酰亚胺按质量比(8-12):(6-9):(2-3)混合后得到的混合物。
17、本专利技术的耐温导热材料通过各原料之间相互配合，能够明显增强固井水泥的耐高温性能、高温韧性和导热性能，保证地热井自身质量的同时，提高了采热效率，进一步促进地热资源的开发利用。
18、进一步地，所述导热强化材料为二硅化钼、二硼化钨、二硼化锆、二硼化钛按质量比5:2:2:1混合后再经改性所形成的混合物；
19、所述二硅化钼有效物质含量＞99wt.％，平均粒径为15μm；所述二硼化钨有效物质含量＞99wt.％，平均粒径为50nm；所述二硼化锆有效物质含量＞99wt.％，平均粒径为50nm；所述二硼化钛有效物质含量＞99wt.％，平均粒径为15μm。
20、本专利技术的耐温导热材料设计合理，二硅化钼、二硼化钨、二硼化锆、二硼化钛和膨胀石墨等原材料本身导热性能优异且耐温能力强。导热强化材料，增强材料和水泥颗粒之间通过小尺寸效应及颗粒级配效应的方式减小间隙，增加水泥石结构密实度，降低了因孔隙的存在而导致水泥石导热能力的下降。
21、进一步地，所述增强材料由石墨石英片岩、红柱石、改性膨胀石墨按质量比6:1:3混合而成；所述聚醚酰亚胺经破碎、磨细后的平均粒径≤45μm。
22、进一步地，所述石墨石英片岩为鳞片状，石墨含量为15wt.％～20wt.％、二氧化硅含量为50wt.％～60wt.％、云母含量10wt.％～20wt.％；石墨石英片岩经破碎、磨细后的平均粒径≤45μm；所述红柱石al2o3含量≥50wt.％、sio2含量≥40wt.％、平均粒径≤45μm；所述改性膨胀石墨为膨胀石墨经低温等离子体改性而成，膨胀体积为600ml/g、平均粒径≤74μm。
23、本专利技术的导热强化材料通过硅烷偶联剂(正硅酸乙酯乙醇溶液)进行改性，使其表面包覆一层二氧化硅层，提高其亲水性并参与水化反应，增强导热强化材料和水泥水化产物之间的胶结强度，减少孔隙；增强材料主要成分是sio2、al2o3和石墨，不仅可以有效降低了固井水泥的ca/si，防止高温环境下水泥石强度衰退，还可以利用石墨类材料优异的导热性能与导热强化材料协同作用进一步增强本专利技术的导热性能；此外，改性膨胀石墨具有疏松多孔的蠕虫状结构，使其具有较大的表面积和柔软性：一方面较大的表面积为水化产物提供大量的结晶点促进水化，改性后亲水性提高，增强了其与水化产物之间的胶结性；另一方面其所具备的柔软性在与柱状红柱石和聚醚酰亚胺协同作用下，相互分散、穿插，使得应力相对分散降低了水泥石的脆性，增强了柔韧性。
24、进一步地，所述高温稳定剂为黏土矿物；所述高温分散剂为醛酮缩合物；所述高温降失水剂为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸类聚合物；所述高温缓凝剂为amps类聚合物；所述消泡剂为磷酸三丁酯。
25、本专利技术还提供了适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系的制备方法，包括：步骤1、将g级油井水泥、硅质材料、蛇纹岩、耐温导热材料、高温稳定剂及高温分散剂按照各重量百分比混合均匀得到粉料；步骤2、将高温降失水剂、高温缓凝剂和消泡剂按各重量百分比称取并与水混合得到混合液体；步骤3、将粉料和混合液体按照gb/t19139标准制备水泥浆，即得所述适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系。
26、进一步地，所述导热强化材料的制备包括：步骤a、将二硅化钼、二硼化钨、二硼化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系，其特征在于，包括按重量百分比计的以下原料：
2.根据权利要求1所述的适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系，其特征在于，所述硅质材料为200目石英砂、800目石英砂和1200目石英砂按质量比1:2:1混合而成，硅质材料SiO2含量≥95wt.％。
3.根据权利要求1所述的适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系，其特征在于，所述蛇纹岩MgO含量≥40.0wt.％，SiO2含量≥40.0wt.％，平均粒径325目。
4.根据权利要求1所述的适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系，其特征在于，所述耐温导热材料是由导热强化材料、增强材料和聚醚酰亚胺按质量比(8-12):(6-9):(2-3)混合后得到的混合物。
5.根据权利要求4所述的适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系，其特征在于，所述导热强化材料为二硅化钼、二硼化钨、二硼化锆、二硼化钛按质量比5:2:2:1混合后再经改性所形成的混合物；
6.根据权利要求4所述的适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系，其特征在于，所述增强材料由石
7.根据权利要求6所述的适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系，其特征在于，所述石墨石英片岩为鳞片状，石墨含量为15wt.％～20wt.％、二氧化硅含量为50wt.％～60wt.％、云母含量10wt.％～20wt.％；石墨石英片岩经破碎、磨细后的平均粒径≤45μm；所述红柱石Al2O3含量≥50wt.％、SiO2含量≥40wt.％、平均粒径≤45μm；所述改性膨胀石墨为膨胀石墨经低温等离子体改性而成，膨胀体积为600ml/g、平均粒径≤74μm。
8.根据权利要求1所述的适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系，其特征在于，所述高温稳定剂为黏土矿物；所述高温分散剂为醛酮缩合物；所述高温降失水剂为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸类聚合物；所述高温缓凝剂为AMPS类聚合物；所述消泡剂为磷酸三丁酯。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系的制备方法，其特征在于，包括：步骤1、将G级油井水泥、硅质材料、蛇纹岩、耐温导热材料、高温稳定剂及高温分散剂按照各重量百分比混合均匀得到粉料；步骤2、将高温降失水剂、高温缓凝剂和消泡剂按各重量百分比称取并与水混合得到混合液体；步骤3、将粉料和混合液体按照GB/T19139标准制备水泥浆，即得所述适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系。
10.根据权利要求9所述的适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系的制备方法，其特征在于，所述导热强化材料的制备包括：步骤a、将二硅化钼、二硼化钨、二硼化锆、二硼化钛按各质量比置于球磨机中混合30min形成混合物A；步骤b、将混合物A置于浓度为6wt.％的正硅酸乙酯乙醇溶液中，机械搅拌并超声分散20min后放入60℃恒温水浴锅中搅拌，充分反应10h；步骤c、将反应结束后的产物在1200r/min的转速下离心分离5min并用无水乙醇重复清洗3次，真空干燥24h，即得所述导热强化材料。
...【技术特征摘要】
1.适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系，其特征在于，包括按重量百分比计的以下原料：
2.根据权利要求1所述的适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系，其特征在于，所述硅质材料为200目石英砂、800目石英砂和1200目石英砂按质量比1:2:1混合而成，硅质材料sio2含量≥95wt.％。
3.根据权利要求1所述的适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系，其特征在于，所述蛇纹岩mgo含量≥40.0wt.％，sio2含量≥40.0wt.％，平均粒径325目。
4.根据权利要求1所述的适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系，其特征在于，所述耐温导热材料是由导热强化材料、增强材料和聚醚酰亚胺按质量比(8-12):(6-9):(2-3)混合后得到的混合物。
5.根据权利要求4所述的适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系，其特征在于，所述导热强化材料为二硅化钼、二硼化钨、二硼化锆、二硼化钛按质量比5:2:2:1混合后再经改性所形成的混合物；
6.根据权利要求4所述的适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系，其特征在于，所述增强材料由石墨石英片岩、红柱石、改性膨胀石墨按质量比6:1:3混合而成；所述聚醚酰亚胺经破碎、磨细后的平均粒径≤45μm。
7.根据权利要求6所述的适用于地热井的耐温高导热固井水泥浆体系，其特征在于，所述石墨石英片岩为鳞片状，石墨含量为15wt.％～20wt.％、二氧化硅含量为50wt.％～60wt.％、云母含量10wt.％～20wt.％；石墨石英片岩经破碎、磨细后的平均粒径≤4...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵峰，曾雪玲，龙丹，古安林，魏雪琦，王佳，
申请(专利权)人：嘉华特种水泥股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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