地热井地热水泥的概念

  为使地热发电站长期安全地运行，固井时，地热井内的井壁和管套之间的环形空间必须均匀地填充固井水泥，水泥浆应良好地硬化，并长期保持所规定的强度。

 

  目前地热水泥还没有相当于 API(美国石油协会)油井水泥的标准。现在用于地热井的固井水泥主要是按照 API 标准生产的 A 级或者 G 级水泥。以下按照API 标准 10A 将水泥分为以下几个级别，对于各类水泥都规定了温度范围和应用条件：

 

  A级—温度至76.7℃，无特殊性能要求。

 

  B级—温度至76.7℃，属中热水泥，分为中抗硫酸盐（MSR）和高抗硫酸盐（HSR）型。

 

  C级—温度至76.7℃，属早强水泥，分为普通、中抗硫酸盐和高抗硫酸盐型。

 

  D级—温度在76.7℃~127℃，用于中温中压条件，分为中抗硫酸盐和高抗硫酸盐型。

 

  E级—温度在76.7℃~143℃，用于高温高压条件，分为中抗硫酸盐和高抗硫酸盐型。

 

  F级—温度在76.7℃~160℃，用于超高温高压条件，分为中抗硫酸盐和高抗硫酸盐型。

 

  G，H级—温度在0℃~93℃，为基本油井水泥，分为中抗硫酸盐和高抗硫酸盐型。加入促凝剂和缓凝剂，能适应较大范围的温度条件。

 

  J级—温度在49℃~160℃，仅有普通型。

 

  J 级水泥温度应用范围小于 160℃，而对于应用于高温地热井的水泥来说，需要经受 200℃以上的地热温度。在这一温度下进行水泥注浆时，会发生凝结时间变短及水泥石硬化后强度衰退等问题，而且水泥会受道酸性热水的侵蚀，因此不能单纯地使用包括油井水泥在内的普通波特兰水泥，必须与在高温下具有缓凝作用的缓凝剂配合使用或加入硅粉等热稳定剂。

 

  与高温油气井不同，地热水泥中主要添加硅粉（粒度约为15?m）而不是硅砂（粒度范围175~200?m），也不使用粉煤灰作为低密度水泥的减轻材料。一般的硅酸盐水泥加入35%~40%（BWOC，占水泥质量的百分比，以下同上）的硅粉，可延长固井水泥环的使用寿命，防止高温下水泥强度衰退和孔隙度增大。水泥的强度衰退可通过抗压强度的降低和渗透率的增加来测量，如图2-1所示，高渗透率水泥随着孔隙的增多，容易渗入地层腐蚀性流体，会进一步降低强度，这种情况在150~300℃高温地热井中经常出现，向硅酸盐水泥中加入硅粉可有效防止此问题的发生.