一种适用于中深层井下换热的保温固井材料及其制备方法与流程

本发明属于中深层井下换热固井，尤其涉及一种适用于中深层井下换热的保温固井材料及其制备方法。

背景技术：

1、地热能泛指地球能够释放的热能，是绿色、清洁能源，火山喷发、地表温泉、高温或中温的地下水都表明地球内部蕴含有巨大的热能。地热能储存于地下，不受气候条件的影响，既可作为基本负荷能，也可作为峰值负荷能使用，具有成本低、占地少、稳定性好等特点，相对于其他可再生能源更有发展潜力。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。

2、固井是通过设备、技术及固井工作液将井内下入的套管串与地层或外层套管之间的环形空间进行有效封固，包括下套管和注水泥。它是每开次钻井工程的最后一次作业，是钻完井作业过程中不可缺少的一个重要环节，也是衔接钻井和采油的关键工程，固井的主要目的是保护和支撑油气水井内的套管，封隔油、气和水等地层。常用固井方法有注水泥固井及mtc固井。

3、中深层“取热不取水”地热井固井，就是将水泥浆注入井壁与外管之问的环状空间的施工过程。目的是利用水泥浆的凝固封固环形空间，支撑和保护外管，防止地层流体对套管的腐蚀、阻止地层流体相互窜漏、保护产层，要求井下整个系统密闭不与地层发生流体交换，固井质量的好坏直接关系到地热井的寿命和地热资源的保护，必须充分考虑固井作业的全方面、全过程、所有环节。

4、长期以来，中深层“取热不取水”地热井固井基本延用油井水泥浆固井技术，油井固井技术经过多年研究、引进和实践，已经形成系列化的水泥、掺料、外加剂，建立了适用于各种类型油井固井的水泥浆体系和工艺技术，有别于油井水泥浆固井的是：地热井固井形成的水泥环是地热井换热器的组成部分，变温层段和部分散热恒温层段固井水泥导热系数直接影响着整个系统的换热效率。油田现有的固井用水泥材料，保温性能不良，按照地热能开采程序，固井水泥的保温性能将极大地影响到地热能的利用率。因此，提高变温层段和部分散热恒温层段固井水泥的保温性能，研究一种具有保温性能的新型固井材料具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适合中深层井下换热的保温固井材料及其制备方法，主要解决用于中深层井下换热的地热井保温段的固井保温问题。此保温固井材料能有效的提高中深层“取热不取水”能效，有效减少回水热量的散失，提升换热器热交换效率。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种适用于中深层井下换热的保温固井材料，该保温固井材料包括：水泥、粉煤灰、矿渣棉、超塑化剂、早强剂、分散剂、水。

4、进一步的，保温固井材料按质量百分比包括以下组分：水泥30-50％，粉煤灰20-30％，矿渣棉1-5％，超塑化剂0.6-1％，早强剂1-3％，分散剂0.2-0.5％，水20-40％。

5、根据本发明的一个实施例，所述水泥为g级hsr高抗硫酸盐型油井水泥。

6、根据本发明的一个实施例，所述粉煤灰为c类粉煤灰。

7、根据本发明的一个实施例，所述矿渣棉为钢铁高炉渣矿渣制成的短纤维。

8、根据本发明，所述超塑化剂为萘磺酸盐甲醛缩聚物、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物、多环芳烃磺酸盐甲醛缩聚物、对胺基苯磺酸甲醛缩聚物、磺化酮醛缩聚物中的一种。

9、根据本发明，所述早强剂为亚硝酸盐、铬酸盐中的一种。

10、根据本发明，所述分散剂为焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠中的一种。

11、根据本发明，所述水为自来水即可。

12、一种适用于中深层井下换热的保温固井材料的制备方法，包括以下步骤：

13、步骤一：按顺序分别加入水泥、粉煤灰、矿渣棉、超塑化剂、早强剂、分散剂、水，搅拌至混合均匀，得到均匀的混合物材料；

14、步骤二：将搅拌均匀后的混合物注模成型，自然条件下，24h后脱模。

15、本发明与现有技术相比的有益效果是：

16、本发明配方设计科学合理，水泥为主料，然后添加粉煤灰，其材料主体本身导热性能差。通过矿渣棉的引入，大大提高了保温材料的保温性能，超塑化剂、早强剂、分散剂可以促进水泥的水化进程，使水泥水化更充分，水化产物更多，有效减少未水化的水泥颗粒，使得保温固井材料整体结构更密实，大大提高了固井材料的保温性能和结构强度，从而有效地提高地热井的换热效率，产生明显的社会效益和经济效益。

技术特征：

1.一种适用于中深层井下换热的保温固井材料，其特征在于，按质量百分比包括以下组分：水泥30-50％，粉煤灰20-30％，矿渣棉1-5％，超塑化剂0.6-1％，早强剂1-3％，分散剂0.2-0.5％，水20-40％。

2.如权利要求1所述的一种适用于中深层井下换热的保温固井材料，其特征在于，所述水泥为g级hsr高抗硫酸盐型油井水泥。

3.如权利要求1所述的一种适用于中深层井下换热的保温固井材料，其特征在于，所述粉煤灰为c类粉煤灰。

4.如权利要求1所述的一种适用于中深层井下换热的保温固井材料，其特征在于，所述矿渣棉为钢铁高炉渣矿渣制成的短纤维。

5.如权利要求1所述的一种适用于中深层井下换热的保温固井材料，其特征在于，所述超塑化剂为萘磺酸盐甲醛缩聚物、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物、多环芳烃磺酸盐甲醛缩聚物、对胺基苯磺酸甲醛缩聚物、磺化酮醛缩聚物中的一种。

6.如权利要求1所述的一种适用于中深层井下换热的保温固井材料，其特征在于，所述早强剂为亚硝酸盐、铬酸盐中的一种。

7.如权利要求1所述的一种适用于中深层井下换热的保温固井材料，其特征在于，所述分散剂为焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠中的一种。

8.一种适用于中深层井下换热的保温固井材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明属于中深层井下换热固井技术领域，公开了一种适用于中深层井下换热的保温固井材料及其制备方法，保温固井材料按质量百分比包括以下组分：水泥30‑50％，粉煤灰20‑30％，矿渣棉1‑5％，超塑化剂0.6‑1％，早强剂1‑3％，分散剂0.2‑0.5％，水20‑40％。本发明配方设计科学合理，水泥为主料，然后添加粉煤灰，其材料主体本身导热性能差。通过矿渣棉的引入，大大提高了保温材料的保温性能，超塑化剂、早强剂、分散剂可以促进水泥的水化进程，使水泥水化更充分，水化产物更多，有效减少未水化的水泥颗粒，使得保温固井材料整体结构更密实，大大提高了固井材料的保温性能和结构强度，从而有效地提高地热井的换热效率，产生明显的社会效益和经济效益。技术研发人员：张洪宝,张磊,邵建欣,赵海龙,刘鑫,马永超,刘铭,王雷,满安静,熊耀华,洪波,董颖鑫受保护的技术使用者：辽河石油勘探局有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/19