填料水泥导热性能实验及对U型地热井取热影响的数值模拟研究_中国煤炭行业知识服务平台

填料水泥导热性能实验及对U型地热井取热影响的数值模拟研究

作者

齐治虎姬玉平王迪徐影李亚辉刘文强刘均荣
单位

河南豫中地质勘查工程有限公司中国石油大学（华东）石油工程学院河南省地质研究院
摘要

地层与井筒之间的导热性能是以热传导为主的U型地热井技术取得成功应用的关键因素之一。针对U型地热井如何提升固井水泥的导热性能问题，采用室内实验和数值模拟方法研究了导热填料对固井水泥导热性能和取热效果的影响。研究结果表明，石墨相比于实验所用其他填料而言具有更好的提升固井水泥导热性能的潜力；随着石墨掺入比例的增加，固井水泥的导热系数近似线性增加，而抗压强度近似线性下降；高掺入比例的石墨固井水泥能显著提高工作介质在U型井水平段入口处的温度，但由于U型井换热主要发生在较长的水平段上，从长期运行来看过高的掺入比例并不能显著提高取热效果，建议固井材料中石墨掺入比例控制在10%左右。研究结果对U型地热井固井水泥导热填料类型筛选和掺入参数确定具有重要意义。
关键词

U型地热井固井水泥导热性能室内实验数值模拟取热效果
基金项目(Foundation)

国家自然科学基金面上项目(52174048)；河南省自然资源厅科技攻关项目(2021-1)；
文章目录

1 高导热固井水泥实验
1.1 实验材料
1.2 实验步骤
(1)水泥浆配制。
(2)水泥块制备。
(3)水泥块导热系数测试。
(4)水泥块抗压强度测试。
1.3 实验方案
1.4 实验结果与分析
(1)导热填料对水泥块导热系数的影响。
(2)石墨掺量对水泥块导热系数与抗压强度的影响。
(3)石墨目数对水泥块导热系数的影响。
2 填料水泥对U型地热井取热效果的影响
2.1 概念模型与网格划分
2.2 数学模型
2.3 数值模拟过程及模型参数
2.4 初始条件和边界条件
2.5 结果分析与讨论
3 结论