[发明专利]一种干热岩生产井保温固井水泥体系

说明书

本发明公开了一种干热岩生产井保温固井水泥体系，属于水泥浆体系技术领域，按重量百分比计由以下原料组成：低水化热水泥或低钙硅比水泥70‑88%；高温强度稳定剂10.5‑25%；保温材料1‑8%；高温增韧剂0.5‑4%，有效改善固井水泥环高温强度稳定性、高韧性和低热传导率。本发明中得到的固井水泥体系，能够满足干热岩生产井对固井水泥的高温强度稳定性、高韧性和低热传导率的性能要求。

技术领域

本发明涉及水泥浆体系技术领域，具体涉及一种干热岩生产井保温固井水泥体系。

背景技术

随着我国经济的快速发展，能源短缺和环境污染问题日益显著，对清洁型能源的需求急剧增加。地热资源作为一种清洁、环保、储量巨大的自然资源，被人类认为是一种重要的可开发资源。干热岩是地热资源中的一种，是一种没有水或蒸汽的热岩体，埋藏于距地表2-6km的深处，温度大约150-650℃。目前，干热岩主要用于发电，通过深井将水注入地下干热岩层中，使其渗透进入岩层的缝隙并吸收地热能量，水被加热至高温后进入生产井，取出的水、汽温度可达150-200℃，通过热交换及地面循环装置用于发电；冷却后的水再次通过高压泵注入地下热交换系统循环使用。

由于干热岩岩石具有低渗透的特性，通过深井注入的介质并不能自行到达生产井，需要通过人工方法在高温岩体中建造一个热储层，即增强型地热系统（EGS)。在增强型地热系统中，水被加热至高温后从生产井流出，由于高温水的温度高于井筒，水与井筒之间的热传递将导致水温降低，最终导致热水效用降低。为了避免被加热至高温的水介质的热量流失，要求完井系统具有良好的保温效果。此外，生产井的温度除了受到地层温度的影响，还面临高温水介质温度变化的影响。当高温水介质温度变化时，水泥环将面临由于温度变化导致的复杂热应力环境。

此外，水泥环还面临温度变化导致的复杂热应力环境。干热岩生产井在固井工作完成后，水泥环与地层的温度一致，自上而下井内温度随井深增加而升高。开始进行生产后，被干热岩层加热至高温的高温高压水从生产井流向地面，通过热传递把套管和水泥环加热至高温，由于套管与水泥环热膨胀系数的差异，水泥环在第一界面将面临来自轴向和周向的拉应力，同时面临径向的压应力。因此干热岩生产井固井水泥不仅要求具有良好的施工性能、高温强度稳定性，还需要有低导热系数、高韧性的要求。

目前对干热岩高温固井水泥浆体系的研究较少，在实施过程中仅关注了高温固井水泥的施工及耐高温性能。

CN201610053575.9介绍了一种干热岩用高温固井水泥浆，该水泥浆含有如下组分：油井G级水泥；以油井G级水泥的质量为100％计的：40-60％的强度处理剂；3-5％的缓凝剂；3-5％的减阻剂；3-5％的降失水剂；0.05-0.1％的消泡剂；63-72％的水。刘会斌等在文献《青海共和盆地干热岩GR1井超高温固井水泥浆技术》中介绍一种高温固井水泥浆体系，通过优选耐温降失水剂、高温大温差缓凝剂及高温强度稳定剂，水泥浆可以满足循环温度为200℃的固井要求。

在高温油气井固井领域中对高温固井水泥有一定的研究成果，但研究范围限于改善高温强度稳定性和韧性。CN201110403225.8 介绍了一种高温高密度韧性固井水泥浆，具体组成为H级油井水泥100份、硅石粉30-40份、GM加重剂80-120份、悬浮剂0.6-0.8份、高温降失水剂4-6份、分散剂4.0-5.0份；消泡剂0.1份、NaCl5.0-6.0份、胶乳3份、水57.35-59.72份。该水泥浆抗温达到160℃，通过加入胶乳来改善水泥石高温韧性。CN201710179424.2介绍了一种高强度高韧性耐高温固井水泥浆体系及其制备方法，具体组分为油井水泥、粗石英砂、细石英砂、纳米二氧化硅、降失水剂、分散剂和水，通过加入纳米二氧化硅改善水泥石的韧性。

由于干热岩生产井要求固井水泥环具有高温强度稳定性、高韧性和低热传导率，上述固井水泥体系均不能有效满足干热岩生产井固井水泥的性能要求。

发明内容