基于混合加权法的“保水取热”地热井固井水泥浆体系配方研究

中深层“保水取热”地热井换热系统是通过内、外套管中流动的循环工质与固井材料、地层之间进行换热,达到取热目的,固井材料与地热井套管之间的传热作为井下换热系统的重要环节,其导热性能直接影响着地热井井下换热效率。针对现有地热井固井水泥导热系数低的问题,笔者从目前固井工艺出发,以G级HSR型油井水泥为基材,优选碳基材料天然鳞片石墨(NG)、立方碳化硅(β-SiC)、无机导热因子氧化铝(α-Al2O3)作为固井水泥添料,选取导热系数、抗压强度、流动度、水固比4个主控因素,通过系统实验,运用正交试验和混合加权法(AHP-CRITIC)确定了高导热固井水泥浆体系的最优配合比。结果表明:该配合比下水固比值设定为0.45,添料α-Al2O3、β-SiC和NG分别占固井水泥质量的3%、1%和8%,其固井水泥浆体系平均流动度为17.7 cm,导热系数可达2.176 W·(m·K)-1,与常用的G级HSR型固井材料相比,其导热系数可提高37.6%。该研究成果可为地热井固井工艺优化及热工计算提供技术参考。