[发明专利]一种干热岩注水井高温固井水泥体系

说明书

本发明公开了一种干热岩注水井高温固井水泥体系，属于水泥浆体系技术领域，包括：低水化热水泥或低钙硅比水泥：75‑88%；高温强度增强剂：11‑24%；高温增韧剂：0.1‑0.5%；导热掺料：0.5‑2%，本发明中通过利用低水化热水泥及低钙硅比水泥，加入高温外掺料及高导热材料后，有效改善了固井水泥的高温强度稳定性、韧性和导热性能，同时具有良好的工作性能，能够满足干热岩注水井固井工程的性能要求。

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注水井高温固井水泥体系。

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。

干热岩作为一种新型绿色能源，其资源开发正处于起步阶段，关于干热岩开发的相关工艺均无相关国家或行业标准，也还没有干热岩高温固井材料的相关标准，适用于干热岩高温固井材料也正在研究阶段。

目前，仅固井水泥的耐高温性能有相关标准（-SYT 6466-2000 《油井水泥石抗高温性能评价方法》，已作废），要求水泥在315℃养护3d后的强度须大于之前抗压强度的85%，也就是允许衰退。目前而言，高温固井水泥抗压强度衰退率小于5%即可满足要求成为行业共识，高温固井水泥强度不衰退即超过现行标准要求；在高韧性方面，有抗折强度、抗拉强度、劈裂强度、泊松比、单轴弹性模量、三轴弹性模量等众多指标，针对不同情况有不同的评判方法。因此目前还没有相关标准要求或改善指标为可作为干热岩注水井高温固井水泥的对比；在热导率方面，也还没有关于固井水泥热导率的标准，相关研究也很少，更没有高温固井水泥热导率的相关研究

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)。增强型地热系统是通过水力压力、裂缝支撑的方法，在干热岩中形成一层热交换层。在生产实施过程中，注水井将面临高温、高应力的复杂力学环境，此外要求水泥环具有良好的导热性能，将地层热量快速传递到热交换介质。故干热岩注水井高温度的固井水泥需要有高温强度稳定性、高韧性、高导热性等复合性能的需求。

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 介绍了一种干热岩注水井高温固井水泥体系，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、NaCl 5.0-6.0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。