地热井固井材料导热性能影响因素

固井材料导热性能是影响地热井取热效果的因素之一。为提升地热井固井材料导热系数,采用正交试验,借助层次分析-指标重复性相关（AHP-CRITIC）混合加权法和极差分析,进行固井材料导热性能研究。结果表明：添加天然鳞片石墨、铁粉和石英砂均可提高固井材料导热系数,其中石墨对导热系数的提升作用最为显著,铁粉次之,石英砂最小;石墨掺量和水固比分别是影响固井材料综合性能的主次要因素;随着石墨掺量递增,其导热系数递增、48 h抗压强度和流动度均递减;得出高导热固井材料的优选配合比为：水固比值0.44,石墨、铁粉和石英砂掺量分别占水泥质量的7.5%、3%、2%,其导热系数可达1.87 W/（m·K）,较常规固井材料提高约70%。研究成果可为地热能高效开发利用提供参考。     

多孔矿物介质对有机相变材料导热性能的影响

通过对制备的基于膨胀多孔石墨和硅藻土两种多孔矿物介质与硬脂酸丁酯有机相变材料的相变蓄热复合材料,采用调制差示扫描量热方法(MDSC)测试复合材料的导热系数,并借助层状复合材料热传导模型分析多孔矿物介质内部结构特征对复合材料的导热性能的影响,其结果表明,采用膨胀多孔石墨制备的相变蓄热复合材料具有明显的层状结构,其压制方向的导热系数更接近层状复合材料热传导模型c轴方向导热系数预测结果;采用硅藻土制备的相变蓄热复合材料的导热系数符合层状复合材料热传导模型的a-b平面方向导热系数预测结果,说明该复合材料内部结构具有非常好的连通性。多孔矿物介质对相变材料导热系数的增强效果不仅受多孔矿物介质导热系数的影响,还会受到复合材料内部结构特征的明显影响,在热传导方向上形成连通性结构有利于增强效果,而形成与热传导方向垂直的层状结构则不利于导热系数的增强,即使多孔矿物介质具有很高的导热系数。     

基于紧密堆积理论的低密度固井水泥浆设计

合理的颗粒级配是提高固井水泥环内部密实度、早期力学强度和界面胶结能力的关键。基于此,本文从几种典型的连续颗粒级配的紧密堆积理论中优选出DFE进行固井水泥浆体系设计,并通过大量实验首次确定了适宜G级油井水泥基深水固井水泥浆体系设计的n值最优范围：0.33~0.40。结合激光粒度分析仪实测结果,在粒径≤3.38 μm、3.38~70.70 μm、≥70.70 μm三个范围内依次采用纳米CaCO₃（nano CaCO₃,以下简称“NC”）、G级油井水泥和漂珠,并按DFE（n=0.33~0.40）体积分布曲线进行混配。在此基础上,提出一种密度为1.50 g/cm³的低成本低温早强三元固相级配水泥浆体系,并与漂珠二元固相水泥浆体系和NC二元固相水泥浆体系的性能进行对比。研究结果表明：该三元体系水泥石的抗压强度、抗折强度和二界面胶结强度相比于漂珠二元体系和NC二元体系分别提高了7%~21.1%、13.4%~51.9%和41.4%~122.2%。三元体系的固井水泥石在垂向上的最大密度差为0.022 g/cm³。基于DFE设计的三元体系具有良好的流变性、稳定性和力学性能。DFE对于多元固井水泥浆体系的设计和应用具有一定的指导意义,在保证低密度的前提下能够有效地提高固井水泥石的早期强度和综合性能。     

地热井固井水泥石传热性能研究现状及展望

固井水泥石传热性能是影响井筒热传递能力的重要因素。本文主要介绍了目前固井水泥石导热系数的主要研究手段,以及在此基础上取得的一些认识,例如外加高导热材料、水泥石微观结构和含水率与导热系数之间的关系。同时还指出了现有研究手段的统一和拓展、研究内容的系统化还有待进一步加强和改善。在分析建筑保温水泥和岩石等多孔材料研究经验的基础上,提出水泥石导热系数的研究不仅需要统一实验手段和推广使用数值模拟的方法,还要考虑水泥石养护条件、内部水分的动态变化和外加保温材料等因素对水泥石导热系数的影响。系统规范的研究手段和内容可有效提高研究的准确性、高效性和全面性,显著增加对水泥石热传导性能的认识,以期为后续的研究提供一定的借鉴。     

含水率和添加剂对膨润土导热性能影响的研究

膨润土的热学性能是评价膨润土作为高放废物深地质处置库缓冲/回填材料的重要参数。高庙子膨润土矿床初步确定为我国缓冲/回填材料的供应基地,本研究以石英砂作为添加剂,通过实验获得了高庙子膨润土在不同含水率和不同砂含量时所对应的导热系数。结果表明,在相同压实条件下,导热系数随着含水率、石英砂含量的增加而增加。     

地热井暂堵型水泥基透水材料的试验研究

地热开采过程中,考虑到水源补给,地热井一般布置在破碎带或构造带上,在钻井过程中利用水泥进行堵漏,但在钻井完毕后为提高产能必须进行解堵。而常规水泥在对地层封堵后需要恢复储层渗透性时,只能通过采取酸化解堵措施,且解堵恢复能力差。如果利用地热开发过程中的温度变化制得可降解暂堵水泥体系,简化地热资源的勘探开发过程,有利于降低钻井成本和风险。本文利用G级油井水泥、砂石、增强剂和水溶性纤维制备温敏型暂堵高透水水泥基材料。通过测试材料的抗压强度、孔隙度、密度、凝结时间,以评价其降解效果及基本性能。结果显示,水溶性纤维的加入使水泥抗压强度明显降低,而增强剂可以稍微改善这一缺陷,90 ℃水浴养护后孔隙度明显高于对照组,并且随着时间的推移,孔隙度不断提升,为水泥基暂堵透水材料成功研制奠定了基础,增强剂和纤维都会减少水泥的凝结时间,纤维降低凝结时间的效果更为明显。该材料的研制将简化地热资源的勘探开发过程,有利于降低钻井成本和风险。     

本溪市东风湖地热井施工和固井技术

辽宁省本溪市东风湖地热井勘查施工项目,设计井深2000 m,要求终孔口径100 mm。钻井深度较深,终孔孔径较大;地层复杂,破碎、漏失严重,溶洞发育等,施工难度很大。着重介绍了该井施工工艺,主要包括异径钻头钻进、钻杆折断事故处理、前置钻头扩孔、固井工艺技术、扫塞通孔等,为类似工程提供借鉴。     

简易尾管固井技术在地热井中的应用

介绍了一种简易的尾管固井法在地热井施工中的工作原理、使用方法、步骤及效果等。     

砂?重晶石粉填料导热性能与传热机制研究

地埋管地源热泵是浅层地热能利用的一种主要形式,回填材料的热物性尤其导热系数是影响热泵系统换热效率的关键。以砂和重晶石粉作为研究对象,探究不同重晶石粉掺比(体积分数)以及不同饱和度样品导热系数的变化规律;并基于体视镜、核磁共振分析等宏细观实验,揭示重晶石粉对回填材料导热系数提高的机制;最后,通过数值模拟手段研究该回填材料导热性能对换热效率的影响。研究表明:重晶石粉对回填材料导热系数的影响显著,掺比20%重晶石粉对回填材料导热系数提高的效果最好,最高可使导热系数提高52.09%;水的含量对导热系数影响也很显著,样品饱水后导热系数明显增加,相比干燥样品提高了4~5倍;重晶石粉对回填材料导热系数的提高主要由包裹效应和填隙效应引起,包裹效应为重晶石粉将砂颗粒表面包裹,而填隙效应则是重晶石粉将砂颗粒之间的孔隙填充;数值模拟结果证明重晶石粉提高回填材料导热系数进而提高地源热泵换热效率的可行性。研究成果为地源热泵回填材料的选择提供了参考。      

环空流动壁面剪应力对固井质量的影响

应用壁面剪应力固井解决了委内瑞拉Caracoles油田固井实践中存在的顶替效率问题。壁面剪应力固井的主要观点是：水泥浆在环空流动的壁面剪应力达到15Pa时，可以保证CBL、VDL和SBT三项胶结测井结果合格;水泥浆在环空流动的壁面剪应力达到30Pa时，可以保证CBL、VDL和SBT三项胶结测井结果优质。高的壁面剪应力可以通过紊流获得，也可以通过提高水泥浆粘切力获得。     

潍坊市浅层地热能利用的岩土原位热传导试验

鉴于地下岩土的复杂性和多样性,在确定地下岩土热物性参数时宜尽量采用现场测试的方法.现场原位热传导试验是实施地源热泵工程的关键环节,是合理开发浅层地热能的基础.本文介绍了现场原位热传导试验的原理和方法,并以潍坊城区的实际工程为例,获得了当地土壤原始温度、导热系数及地下换热量参考值,可为设计人员结合建筑结构、空调负荷特点等优化她源热泵工程提供基础数据.     

两淮煤田煤系岩石热导率特征及其对地温场的影响

随着煤炭开采深度的增大,矿井高温问题日益突出,因此必须对矿区的地温场特征进行研究。基于安徽淮北和淮南煤田煤系所测定的127块岩石样品的热导率数据,结合区内前人的研究成果,全面报道两淮煤田岩石热导率参数及其特征,并分析热导率对现今地温场的影响。结果表明：两淮煤田煤系岩石热导率变化范围为0.37~4.36 W/(m·K),平均值为2.54 W/(m·K);热导率与岩性、埋藏深度、地层时代和密度等密切相关,砂岩的热导率普遍大于泥岩和煤,热导率和深度、密度均表现为正相关关系;岩石导热性的差异对区内地温场的影响较大,导热性差的松散层和煤层往往会造成地温异常,且上覆松散层愈厚其地温愈高。     

北京平原区第四系热物性参数特征及对浅层地热能开采的影响因素分析

【研究目的】 岩土热物性是影响浅层地热能资源评价及利用的重要参数。【研究方法】 在北京平原区各冲洪积扇采集了695件第四系岩土样品进行热物性及土工参数测试,分析了热物性参数特征及其对浅层地热能开采的影响。【研究结果】 北京平原区第四系岩土热导率平均值为1.465~2.022 W/(m·K),热扩散率平均值为0.450×10^-6~0.841×10^-6 m²/s,比热容平均值为2.323~3.080 MJ/(m³·K),热导率（λ）与热扩散率（κ）值存在一定的线性关系,相关方程为λ =1.6973κ + 0.6127。第四纪松散沉积物颗粒越细,热导率值越低;含水率0~5%范围内,热导率随含水率增加迅速增大,含水率5%~20%范围内,热导率增加变缓并趋于稳定,含水率20%~40%范围内,热导率随含水量增大而降低;在天然状态下,热导率随着密度的增加而增大,随着孔隙比的增加而降低;样品温度在0~40 ℃范围内,热导率随温度升高呈先减小后增大的趋势,20 ℃时热导率最低。【结论】 第四系热物性参数随地质条件变化而变化,热物性参数大小会影响浅层地热能储存、采集和扩散能力,热导率、热扩散率及比热容越大,岩土蓄热和导热能力越强。     

岩土体综合导热系数影响因素研究

为缓解中国能源消耗与经济发展的矛盾,高效调整国家能源结构,开发利用绿色的地热能已是大势所趋。通过室内测试法和现场热响应试验,研究了不同岩土体的导热系数特征值及其影响因素。研究结果表明: 岩土体导热系数与天然含水率和孔隙率呈负相关,与天然重度和干燥重度呈正相关; 导热系数受干燥重度和孔隙率影响程度较大,受天然含水率和天然重度影响程度较小。通过比较不同加热功率和单、双U地埋管换热器的现场热响应试验测定的各类岩土体导热系数的差异可知,大功率(6 000 W)情况下岩土体综合导热系数比小功率(4 000 W)时大10%~30%; 在相同功率条件下,同一场地内双U地埋管换热器导热系数比单U地埋管大30%左右,使用双U地埋管换热器可有效减少成孔深度及个数。通过系统分析岩土体导热系数的影响因素,为地热能的勘查评价提供数据和理论支持,旨在促进区域地热能开发利用,为构建环境友好型社会服务。     

保温水泥在中低温地热井中的应用及建议

中低温地热资源开采过程中井口水温较储层温度明显降低,资源浪费严重.本文提出在固井过程中引入保温水泥的方法,以期提升井口水温和地热资源利用效率.选用多层圆筒传热模型,模拟计算了保温水泥在不同使用条件下的保温效果.结果表明,保温水泥的使用能明显提高热水达到抽水泵的温度,且井径越大、井底温度越高、井深越大、使用开次越多,保温...     

基于叠加法的陕西省典型地貌单元岩土导热系数分析

近年来,浅层地热能受到广泛关注,但由于在开发利用过程中对地层导热性能分析不足,现有开发利用项目失败率较高.为解决这一问题,对陕西省不同地貌单元已开展的46组热响应试验结果进行整理,以线热源模型为基础,采用叠加法对陕西省典型地貌单元的导热系数进行了分析统计.结果 表明:山间盆地、沙漠高原和断陷盆地3种地貌单元的导热能力依次减小;在同一地貌单元中,第四系黄土覆盖层越厚,钻孔的导热能力越差;黄土塬地区导热系数大小差距较大,可进一步深入研究该地貌单元内导热系数的影响因素.通过对不同地貌单元岩土导热系数分布特征的研究,提出了各地区浅层地热能开发利用的相关建议,从而为进一步高效、高质开发浅层地热能提供思路和技术支持.     

鲁东招远地热田地热通量及地热成因研究

鲁东地热区在地质构造单元上位于沂沭断裂带昌邑—大店断裂以东,地热资源丰富。本文采集了鲁东地热区招远地热田内一眼2000m深地热井（DRZK01）中的40块岩芯样品进行岩石热导率、岩石生热率测试及分析,结合测温资料及收集资料对该区地热通量构成及分层热流进行了分析研究;采集区内典型地热流体样品进行水化学分析并采用合适的地热温标估算了该区热储温度;综合研究成果建立了该区地热成因概念模型。研究结果显示,该区岩石热导率数值较高,测量值在2.8~5.7W/（m·K）之间,普遍高于上地壳平均热导率,地温梯度较高,为31.8℃/km;利用热导率和地温梯度计算的地热通量102mW/m2中热传导分量为（73.2±6.18）mW/m2,对流分量为（28.76±6.18）mW/m2,其中热传导分量中地壳热流为22.5mW/m2,地幔热流为（50.74±6.18）mW/m2,二者比值为1:1.98～1:2.52,为“热幔冷壳”型热结构。石英温标计算热储平均温度为128.6℃,热循环深度约3634m。研究结果丰富了该区地热系统理论并为该区地热资源开发利用提供一定的理论支撑。     

鲁东招远地热田地热通量及地热成因研究

鲁东地热区在地质构造单元上位于沂沭断裂带昌邑—大店断裂以东,地热资源丰富.本文采集了鲁东地热区招远地热田内一眼2000 m深地热井(DRZK01)中的40块岩芯样品进行岩石热导率、岩石生热率测试及分析,结合测温资料及收集资料对该区地热通量构成及分层热流进行了分析研究;采集区内典型地热流体样品进行水化学分析并采用合适的地...