石墨增强地热井固井材料的导热优化研究

本文主要探讨了地热井固井材料的导热性能对其取热效率的影响，以及如何通过科学方法优化这一关键参数。研究者们针对地热井固井材料的导热系数提升问题，采用了正交试验设计，这是一种在多因素多水平实验设计中常用的方法，旨在系统地研究各因素对结果的影响程度。 在研究过程中，他们运用了层次分析—指标重复性相关(AHP-CRITIC)混合加权法，这是一种多目标决策分析工具，它能够将专家意见量化并赋予不同因素不同的权重，从而更准确地评估导热性能的关键驱动因素。这种方法有助于确定石墨、铁粉和石英砂这三种添加剂对导热系数提升的相对贡献，结果显示石墨的效果最为显著，其次是铁粉，石英砂的效果最不明显。 极差分析则被用来分析各个变量间的差异，帮助识别出影响最大的变量。研究发现，石墨掺量和水固比是影响固井材料综合性能的两个重要因素，其中石墨掺量作为主要因素，直接影响导热系数，而水固比作为次要因素，也对整体性能有所影响。随着石墨掺量的增加，固井材料的导热系数会相应提升，但同时48小时抗压强度和流动度可能会有所下降，这是一个需要在性能和耐久性之间寻找平衡的问题。 最后，经过优化的高导热固井材料配方建议为：水固比值为0.44，石墨、铁粉和石英砂的掺量分别为水泥质量的7.5%、3%和2%。这种新型固井材料的导热系数可以达到1.87 W/(m·K)，相比常规固井材料有大约70%的提升。这一成果对于地热能源的高效开发具有重要的实践意义，因为它提高了地热井的热量提取效率，有利于减少资源浪费并降低运行成本。 总结来说，本研究通过严谨的试验设计和数据分析，深入剖析了地热井固井材料的导热性能优化策略，为地热能的可持续利用提供了科学依据和技术指导。