中深层地热井固井导热水泥导热系数研究

来源期刊：材料导报2020年第20期

论文作者：方姚 张勇 冉真真

文章页码：20028 - 40085

关键词：导热水泥;强化传热;模型;粉体;数值模拟;

摘    要：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。