合理提高固井水泥的導熱系數對地熱井的高效、穩(wěn)定運行有著至關重要的作用。針對現有地熱井固井水泥導熱系數低的問題,首先基于前人研究成果,建立了中深層地熱井固井水泥導熱系數模型,然后研究了石英粉、氧化鋁粉對固井水泥基材料導熱性能的增強效果。最后采用數值模擬的方法,研究了填充材料的體積分數、顆粒的形狀、粒徑對固井水泥基材料導熱系數的影響。結果表明:添加石英粉和氧化鋁粉后,固井水泥基材料的導熱系數都有不同程度的提高,所建模型確立了固井復合水泥基材料導熱系數的上限;隨著填充材料體積分數的增大,水泥基材料的導熱系數不斷增大;球形填充顆粒要比正方體填充顆粒的效果差;外摻粒徑小的顆粒有助于提高水泥基材料的導熱性能,此外,填料粒徑之間的合理搭配可使得相同填料比例達到不同的導熱系數增強效果;當填充材料的顆粒形狀相同或當填充材料顆粒粒徑不同時,水泥基材料導熱系數的增強效果還與填料的分布方式有關。

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【部分圖文】：

圖1基體-夾雜體系

根據趙海濤等研究中模型的實驗結果,該模型可以較好地預測硬化水泥凈漿的導熱系數。根據式(3),本工作將水泥基材料看作多相復合材料,即水泥基、填充材料和兩者之間的過渡區(qū),在式(3)和串聯模型的基礎上建立水泥基復合材料的導熱系數預測模型。1.1.1凈漿導熱系數

圖3摻加不同粒徑氧化鋁粉末時復合材料的導熱系數

圖3為填料粒徑變化時固井復合材料的導熱系數值。由圖3可知,控制填料總比例M為15%時,全部填充納米氧化鋁后,固井復合材料的導熱系數為1.211W/(m·K);全部填充微米氧化鋁后,固井復合材料的導熱系數為1.152W/(m·K),填充納米氧化鋁的固井復合材料的導熱系數比填充微....

圖4模型預測值與實驗值對比

圖3摻加不同粒徑氧化鋁粉末時復合材料的導熱系數2.1.3導熱系數預測分析

圖5不同填充比例下不同填充物對水泥基材料導熱系數的影響(電子版為彩圖)

由圖5可以看出:隨著填充材料填充體積的不斷增大,水泥基材料的導熱系數也不斷提升。當填充比例由0%增大為5%時,水泥基材料的導熱系數明顯提高,當繼續(xù)增大填充材料比例時,水泥基材料的導熱系數繼續(xù)增大。相對于其他導熱填料填充的水泥基材料,導熱系數較小的石英粉填充后水泥基材料的導熱系數較....

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