CN108751870A - 一种地热开采高导热固井水泥材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地热开采高导热固井水泥材料，所述固井水泥材料包括：水、普通硅酸盐水泥(P.O42.5)、导热强化材料、JSS减水剂、氯化钠(NaCl)和三乙醇胺(TEA)；水灰比：水与普通硅酸盐水泥的重量比为：0.5‑0.7；以下按普通硅酸盐水泥的质量比计：导热强化材料质量比为10％；JSS减水剂质量比为：0.2‑0.4％；氯化钠(NaCl)质量比为：0.3‑1.3％；三乙醇胺(TEA)质量比为：0.01‑0.03％。本发明的优点在于：有利于减小水泥浆液密度，对要求使用低密度水泥浆液的情况效果良好；凝结时间缩短、沉降稳定性更好、抗压强度符合要求、导热性能大幅度提高。

Description

一种地热开采高导热固井水泥材料
技术领域
本发明涉及固井水泥浆技术领域，特别涉及一种地热开采高导热固井水泥材料。
背景技术
我国新能源开发力度逐渐加强，地热能作为新能源之一，不仅资源丰富，并且具有稳定性和连续性的优点，因此地热能开发也成为现今能源开发热点之一。按照地热能开采程序，固井水泥的导热性能将极大地影响到地热能的利用率。因此，提高生产层固井水泥的导热性能，研究一种具有高导热性能的新型固井水泥材料具有重要的现实意义。
目前国内外针对提高水泥导热性能的研究较少，有关建筑材料的导热性能研究主要围绕如何降低其导热系数，提高保温性能。少有的有关提高建筑材料导热性能的研究，其落脚点也多在于提高水泥砂浆或混凝土的导热系数，专门针对固井水泥提高其导热性能的研究甚少。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种地热开采高导热固井水泥材料，能有效的解决上述现有技术存在的问题。
为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种地热开采高导热固井水泥材料，所述固井水泥材料包括：
水、普通硅酸盐水泥(P.O42.5)、导热强化材料、JSS减水剂、氯化钠(NaCl)和三乙醇胺(TEA)；
水灰比：水与普通硅酸盐水泥的重量比为：0.5-0.7；
以下按普通硅酸盐水泥的质量比计；
导热强化材料质量比为10％；
JSS减水剂质量比为：0.2-0.4％；
氯化钠(NaCl)质量比为：0.3-1.3％；
三乙醇胺(TEA)质量比为：0.01-0.03％。
作为优选，导热强化材料为铁粉、钢纤维、325目石墨、600目石墨、碳纤维、碳化硅粉和短切玻璃纤维的其中一种。
作为优选，水与普通硅酸盐水泥的重量比为：0.6。
作为优选，导热强化材料为600目石墨。
作为优选，JSS减水剂质量比为：0.3％。
作为优选，氯化钠(NaCl)质量比为：0.3％。
作为优选，三乙醇胺(TEA)质量比为：0.02％。
与现有技术相比本发明的优点在于：有利于减小水泥浆液密度，对要求使用低密度水泥浆液的情况效果良好；凝结时间缩短、沉降稳定性更好、抗压强度符合要求、导热性能大幅度提高。
附图说明
图1为本发明实施例沉降稳定性对比示意图；
图1a为普通硅酸盐水泥在相同水灰比条件下的沉降稳定性示意图；
图1b为优化配方水泥浆沉降稳定性示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明做进一步详细说明。
一种地热开采高导热固井水泥材料，所述固井水泥材料包括：
水、普通硅酸盐水泥(P.O42.5)、导热强化材料、JSS减水剂、氯化钠(NaCl)和三乙醇胺(TEA)；
水灰比：水与普通硅酸盐水泥的重量比为：0.6；
以下按普通硅酸盐水泥的质量比计；
导热强化材料600目石墨，质量比为10％；
JSS减水剂质量比为：0.3％；
氯化钠(NaCl)质量比为：0.3％；
三乙醇胺(TEA)质量比为：0.02％。
地热开采高导热固井水泥材料实际效果如下：
密度
该实施例配方其密度为1.68g/cm3，而普通硅酸盐水泥浆液在流动度相同的条件下密度为1.77g/cm3，因此优化配方有利于减小水泥浆液密度，对要求使用低密度水泥浆液的情况效果良好。
流动度与可泵期
采用截锥圆模测量水泥浆液流动度，经测量，优化配方流动度为22.5cm，符合技术要求。
通过对可泵期测试，优化配方可泵期约为120min，而相同水灰比条件下普通硅酸盐水泥浆液的可泵期为155min，可见，优化配方的可泵期相对有所缩短。满足固井施工要求。
凝结时间
凝结时间采用水泥标准稠度测定仪测量，优化配方初凝时间为9h30min，终凝时间为10h20min，普通硅酸盐水泥在流动度相同的情况下的初凝时间为10h30min，终凝时间为11h45min，优化配方初终凝时间以及初终凝间隔时间相对于普通硅酸盐水泥均有所缩短。
沉降稳定性
水泥浆液沉降稳定性利用沉降管制样，样品硬化后分为若干份，依次测量每一份的密度，计算试样最上端和最下端密度差来判断沉降稳定性。
将实施例中的配方制成的试样分为五份，依次测量试样各部分密度与普通硅酸盐试样各部分密度比较，如图1所示。
由图1可知，优化配方水泥浆上下密度差仅为0.1g/cm3，远小于普通硅酸盐水泥，因此优化配方水泥沉降稳定性更好。
抗压强度
采用JES-300型压力试验机测量水泥石抗压强度。测得优化配方水泥石24h抗压强度为3.7MPa，大于普通硅酸盐水泥的24h抗压强度1.7MPa，后期强度继续增长，符合固井水泥技术要求。
导热性能
参照导热系数测试方法，采用TPMBE-300型平板导热仪对优化配方的导热系数进行测试，其导热系数测试结果为0.64W/M.K。相对于普通水泥的导热系数有了较大幅度的提高，提高幅度为39％。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种地热开采高导热固井水泥材料，其特征在于，所述固井水泥材料包括：水、普通硅酸盐水泥(P.O42.5)、导热强化材料、JSS减水剂、氯化钠(NaCl)和三乙醇胺(TEA)；
水灰比：水与普通硅酸盐水泥的重量比为：0.5-0.7；
以下按普通硅酸盐水泥的质量比计；
导热强化材料质量比为10％；
JSS减水剂质量比为：0.2-0.4％；
氯化钠质量比为：0.3-1.3％；
三乙醇胺质量比为：0.01-0.03％。
2.根据权利要求1所述的一种地热开采高导热固井水泥材料，其特征在于：水与普通硅酸盐水泥的重量比为：0.6。
3.根据权利要求1所述的一种地热开采高导热固井水泥材料，其特征在于：JSS减水剂质量比为：0.3％。
4.根据权利要求1所述的一种地热开采高导热固井水泥材料，其特征在于：氯化钠质量比为：0.3％。
5.根据权利要求1所述的一种地热开采高导热固井水泥材料，其特征在于：三乙醇胺质量比为：0.02％。
6.根据权利要求1至5所述的一种地热开采高导热固井水泥材料，其特征在于：导热强化材料为铁粉、钢纤维、325目石墨、600目石墨、碳纤维、碳化硅粉和短切玻璃纤维的其中一种。
7.根据权利要求6所述的一种地热开采高导热固井水泥材料，其特征在于：导热强化材料为600目石墨。
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