【摘 要】
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河北雄县中低温地热资源丰富,出水温度一般在40℃-80℃,地下深处与地表温差较大,热能输送到地面过程中存在较大能量损失。该区块主要产层为基岩,且泥岩夹层较厚,含有一定量CO2等腐蚀性气体,易与水泥水化产物Ca（OH）2反应造成水泥石腐蚀,导致水泥石抗压强度降低、孔隙增多、渗透率增大等。这对固井水泥浆的保温及耐腐蚀性能提出了较高要求。针对该关键问题,结合河北当前地热井固完井技术现状,本文通过室内研究
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河北雄县中低温地热资源丰富,出水温度一般在40℃-80℃,地下深处与地表温差较大,热能输送到地面过程中存在较大能量损失。该区块主要产层为基岩,且泥岩夹层较厚,含有一定量CO2等腐蚀性气体,易与水泥水化产物Ca（OH）2反应造成水泥石腐蚀,导致水泥石抗压强度降低、孔隙增多、渗透率增大等。这对固井水泥浆的保温及耐腐蚀性能提出了较高要求。针对该关键问题,结合河北当前地热井固完井技术现状,本文通过室内研究,构建了耐腐蚀保温水泥浆体系,并进行现场实验应用。利用微硅颗粒粒径小,可填充到水泥颗粒的空隙中提高水泥石密实度,且能与水泥水化产物反应生成凝胶的特性,提高水泥石强度及抗渗耐腐蚀能力;利用高岭土可以与水泥水化产物Ca（OH）2反应生成类似于胶凝性的水化产物的特性,提高水泥石密实度,增强水泥石耐腐蚀能力。基于上述原理,优化了耐腐蚀水泥材料体系。利用机械充气法对水泥浆进行发泡,提高水泥浆保温能力,系统探讨了泡沫对水泥浆强度、渗透性、流变性等性能影响,优化耐腐蚀泡沫水泥浆体系。在此基础上,构建形成耐腐蚀保温水泥浆体系。室内实验表明:微硅和偏高岭土在一定程度上都可以促进水泥的早期水化,提高水泥石强度,基浆配方为水泥+6%偏高岭土+16%微硅时,水泥石24h、110℃下抗压强度为28.4MP,CO2腐蚀28d后渗透率为0.0028m D,耐腐蚀性强,抗渗性好;对基浆充气发泡后,泡沫水泥浆稳定性好,流动性能满足现场施工要求;水泥石抗压强度较高,韧性好且弹性模量低,当体系密度为1.1g·cm-3时,渗透率可达0.088m D,抗渗性能优异;当水泥浆密度小于1.5g·cm-3时,保温性能较好;形成了耐腐蚀保温水泥浆体系:水泥+6%偏高岭土+16%微硅+50%水+1.4%降失水剂+0.3%减阻剂+1%稳泡剂,其浆体稳定性好,水泥石抗压强度高,当密度高于1.2g·cm-3时48h抗压强度为5.7 MPa,腐蚀养护7d强度衰退0.5MPa,耐腐蚀性强,且渗透率低,当密度为1.2g·cm-3时导热系数为0.068W·（m·K）-1,保温性能好。通过河北容城和雄县地热井现场固井应用表明,当使用密度1.5g·cm-3水泥浆体施工时,保温效果较明显,出水温度比早期其它工艺的热水井提高2℃左右,有效减小了过程热耗。为河北雄县中低温地热资源开发利用提供了技术支撑。
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