[发明专利]一种节能型导热复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种节能型导热复合材料及其制备方法与应用，所述复合材料包括以下重量份数的原料：水泥336～600份、石墨0～24份、碳化硅0～180份、铁粉0～60份、萘系减水剂0～4.8份、水355～360份。所述方法包含以下步骤：将水泥、碳化硅、铁粉在磁力线方向与重力方向相反的均匀磁场环境中搅拌，得混合物一；向混合物一中加入萘系减水剂，混合均匀得到粉末状混合物；向水中缓缓加入混合物，搅拌至混合均匀；将水泥浆浇筑成型，标准养护箱中养护，得到节能型导热复合材料。所述应用为节能型导热复合材料在增强中深层地热井固井导热性能方面的应用。本发明能够避免金属颗粒与其他物料由于密度不同而出现的分层现象，有利于水泥粉末与导热粒子的混合均匀。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体为一种节能型导热复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

我国地热资源的开发利用有着广泛的应用前景，市场潜力巨大，然而怎样实现地热能的高效和持续利用，成为当前面临的主要问题。地热井作为开发地热资源中最为重要的一项工程步骤，从地面向下几千米来开采，索取热能，传输到地上，进行各种地热利用。而地热井成井有着非常复杂的工艺流程，工程项目一般时间很长，投入资金也很高，但这一阶段的工程关系到地热能开发利用的成败，因而，地热井成井质量的好坏对地热能的开发与高效利用有着至关重要的意义。

地热井的换热器埋入地下，通过循环介质(一般为水)在封闭地下埋管中流动，实现地下岩石与系统间的传热。地埋管换热器实现了地热资源的初步提取。固井则是地埋管换热器施工过程中的重要环节，所用到的固井材料是介于地埋管换热器的埋管与钻孔壁之间，用来增强埋管与周围岩土之间的换热，同时防止地下水各蓄水层之间的交叉污染。固井材料的选择以及正常的施工对于保证地埋管换热器的效率有着至关重要的意义，采用导热性能不良的固井材料会显著增加换热过程中的热阻，造成地热井井下换热效率低下，因而选择合适的固井材料对整个地热井取热性能起着重要的作用。

因此，在这种背景下，开发一种具有较高导热系数，又不会影响施工的地热井固井强化换热水泥基复合材料，势在必行。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种提高导热系数和换热效率的节能型导热复合材料，本发明的另一目的是提供一种物料混合均匀的节能型导热复合材料的制备方法，本发明的再一目的是提供一种节能型导热复合材料在中深层地热井固井中的应用。

技术方案：本发明所述的一种节能型导热复合材料，包括以下重量份数的原料：水泥336～600份、石墨0～24份、碳化硅0～180份、铁粉0～60份、萘系减水剂0～4.8份、水355～360份。

优选地，水泥基复合材料包括以下重量份数的原料：普通硅酸盐425#或普通硅酸盐525#或油井水泥336份至600份、石墨0份至24份、碳化硅0份至180份、铁粉0份至60份、萘系减水剂0份至4.8份、水360份。

优选地，水泥基复合材料包括以下重量份数的原料：普通硅酸盐425#水泥570份、石墨0份、碳化硅15份、铁粉15份、萘系减水剂4.8份，水360份。

其中，水泥为普通硅酸盐425#、普通硅酸盐525#和油井水泥中的任意一种。碳化硅平均粒度大于3000目，质量纯度大于98％，水分含量小于等于0.5％。铁粉平均粒度大于1000目，质量纯度大于99％，水分含量小于等于0.5％。碳化硅和铁粉为球形。石墨平均粒度大于3000目，质量纯度大于99％；水分含量小于等于0.5％。萘系减水剂为FDN粉体萘系磺酸钠。

上述节能型导热复合材料的制备方法，包含以下步骤：

步骤一，按化学计量比将水泥、碳化硅、铁粉在磁力线方向与重力方向相反的均匀磁场环境中搅拌至混合均匀，得混合物一；

步骤二，向步骤一混合均匀的混合物一中加入事先准备好的配方量的粉末状萘系减水剂，并再次混合均匀，得到粉末状混合物；