合理提高固井水泥的導熱系數(shù)對地熱井的高效、穩(wěn)定運行有著至關重要的作用。針對現(xiàn)有地熱井固井水泥導熱系數(shù)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(shù)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(shù)值模擬的方法,研究了填充材料的體積分數(shù)、顆粒的形狀、粒徑對固井水泥基材料導熱系數(shù)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(shù)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(shù)的上限;隨著填充材料體積分數(shù)的增大,水泥基材料的導熱系數(shù)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(shù)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(shù)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(jù)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(shù)。根據(jù)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(lián)模型的基礎上建立水泥基復合材料的導熱系數(shù)預測模型。1.1.1凈漿導熱系數(shù)

圖3摻加不同粒徑氧化鋁粉末時復合材料的導熱系數(shù)

圖3為填料粒徑變化時固井復合材料的導熱系數(shù)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(shù)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(shù)為1.152W/(m·K),填充納米氧化鋁的固井復合材料的導熱系數(shù)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(shù)2.1.3導熱系數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)較小的石英粉填充后水泥基材料的導熱系數(shù)較....

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