中深层地热井固井导热水泥导热系数研究

发布时间：2024-06-08 05:11

　　合理提高固井水泥的导热系数对地热井的高效、稳定运行有着至关重要的作用。针对现有地热井固井水泥导热系数低的问题,首先基于前人研究成果,建立了中深层地热井固井水泥导热系数模型,然后研究了石英粉、氧化铝粉对固井水泥基材料导热性能的增强效果。最后采用数值模拟的方法,研究了填充材料的体积分数、颗粒的形状、粒径对固井水泥基材料导热系数的影响。结果表明:添加石英粉和氧化铝粉后,固井水泥基材料的导热系数都有不同程度的提高,所建模型确立了固井复合水泥基材料导热系数的上限;随着填充材料体积分数的增大,水泥基材料的导热系数不断增大;球形填充颗粒要比正方体填充颗粒的效果差;外掺粒径小的颗粒有助于提高水泥基材料的导热性能,此外,填料粒径之间的合理搭配可使得相同填料比例达到不同的导热系数增强效果;当填充材料的颗粒形状相同或当填充材料颗粒粒径不同时,水泥基材料导热系数的增强效果还与填料的分布方式有关。

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【部分图文】：

图1基体-夹杂体系

根据赵海涛等研究中模型的实验结果,该模型可以较好地预测硬化水泥净浆的导热系数。根据式(3),本工作将水泥基材料看作多相复合材料,即水泥基、填充材料和两者之间的过渡区,在式(3)和串联模型的基础上建立水泥基复合材料的导热系数预测模型。1.1.1净浆导热系数

图3掺加不同粒径氧化铝粉末时复合材料的导热系数

图3为填料粒径变化时固井复合材料的导热系数值。由图3可知,控制填料总比例M为15%时,全部填充纳米氧化铝后,固井复合材料的导热系数为1.211W/(m·K);全部填充微米氧化铝后,固井复合材料的导热系数为1.152W/(m·K),填充纳米氧化铝的固井复合材料的导热系数比填充微....

图4模型预测值与实验值对比

图3掺加不同粒径氧化铝粉末时复合材料的导热系数2.1.3导热系数预测分析

图5不同填充比例下不同填充物对水泥基材料导热系数的影响(电子版为彩图)

由图5可以看出:随着填充材料填充体积的不断增大,水泥基材料的导热系数也不断提升。当填充比例由0%增大为5%时,水泥基材料的导热系数明显提高,当继续增大填充材料比例时,水泥基材料的导热系数继续增大。相对于其他导热填料填充的水泥基材料,导热系数较小的石英粉填充后水泥基材料的导热系数较....

本文编号：3991507