[发明专利]一种用于固井的导热水泥浆的制备方法

说明书

本发明涉及一种用于固井的导热水泥浆的制备方法，依次包括如下步骤：S1、将1‑丁烷磺酸钠、十二烷基二苯醚二磺酸钠和聚乙烯吡咯烷酮混合均匀后得到外加剂；S2、将所述外加剂溶于去离子水中并搅拌，得到分散剂溶液；S3、所述分散剂溶液中加入石墨并搅拌，得到石墨分散液；S4、将水泥与去离子水在浆杯中搅拌，得到水泥浆；S5、将石墨分散液、水泥浆混合搅拌，得到导热水泥浆。本发明通过添加由1‑丁烷磺酸钠、十二烷基二苯醚二磺酸钠和聚乙烯吡咯烷酮所复配的外加剂来改性石墨，再将石墨分散液加入水泥浆中，混合而成导热水泥浆，能够有效提高水泥石的导热系数，显著提高水泥石的导热性能，具有广阔的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及一种用于固井的导热水泥浆的制备方法，属于油气井固井领域。

背景技术

地热能作为一种可再生清洁能源而倍受关注。我国地热资源的开发利用正处于快速发展阶段，地热井是用于地热蒸气和地热水的钻井，地热井固井材料是在钻孔完成且下完管套之后，向钻孔中泵入的封孔材料，它介于钻孔壁与地热井外套管之间，是将地热能传递给套管换热器以及管内的流体的传热介质。因此，该固井材料不仅可以解决地热井与地层接触不密实问题，填补套管与井壁之间的环形空间，进而增强套管与周围岩石的换热，还能防止地面水通过钻孔向地下渗透污染地下水。

地热资源的开采率与地热井固井材料的导热性能息息相关，但常用的普通固井水泥石的导热系数较低，为了提高地热井的开采效率，通常在制备水泥浆时加入高导热系数的材料。用于填充固井材料的导热粒子主要可分为碳材料、金属材料和无机导热粒子三大类。大多数碳单质具有良好的导热性，如金刚石、石墨、碳纤维以及石墨烯等；导热金属材料因含大量自由电子而导热性一般较好，主要有金、银、铜、铝、铁及合金等；无机导热粒子主要有氧化铝、氮化铝、氮化硅、氮化硼、碳化硅、氧化镁等。

由于石墨导热系数高，且不与水泥发生化学反应，因此在水泥中加入石墨可以显著提高水泥石的导热性能。通过研究石墨对油井水泥导热系数的影响，得出石墨-水泥的复合配方。通过测试可知，为提高水泥石导热系数，提高石墨加量是必由之路，但过多加入石墨不仅会影响浆体性能给固井过程带来一系列问题，甚至无法满足水泥浆的工程施工要求，还会降低固井材料的强度，从而导致地热井使用寿命缩短。如何提高石墨在水泥浆中的分散性以及石墨与水泥材料界面胶结等一系列问题便成为研究重点，本发明通过将外加剂掺入石墨中制备导热水泥浆，从而提高固井水泥的强度，保证固井水泥浆拥有较好的导热性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于固井的导热水泥浆的制备方法，该方法原理可靠，操作简便，通过添加由1-丁烷磺酸钠、十二烷基二苯醚二磺酸钠和聚乙烯吡咯烷酮所复配的外加剂来改性石墨，再将石墨分散液加入水泥浆中，混合而成导热水泥浆，石墨的高导热性能占主导地位，可有效提高水泥石的导热系数，显著提高水泥石的导热性能，具有广阔的市场应用前景。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种用于固井的导热水泥浆的制备方法，依次包括如下步骤：

S1、将1-丁烷磺酸钠、十二烷基二苯醚二磺酸钠和聚乙烯吡咯烷酮混合均匀后得到外加剂；

S2、将所述外加剂溶于去离子水中并搅拌，得到分散剂溶液；

S3、所述分散剂溶液中加入石墨并搅拌，得到石墨分散液；

S4、将水泥与去离子水在浆杯中搅拌，得到水泥浆；

S5、将石墨分散液、水泥浆混合搅拌，得到导热水泥浆。

进一步地，所述步骤S1中，1-丁烷磺酸钠、十二烷基二苯醚二磺酸钠和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为40～80：20～60：5～20。

进一步地，所述步骤S2中，去离子水和外加剂的质量比为2000～2500：1～5。