本發(fā)明涉及復(fù)合固井材料導(dǎo)熱性能技術(shù)，具體涉及一種氧化石墨烯復(fù)合固井材料導(dǎo)熱性能測試方法。

背景技術(shù)：

1、一種氧化石墨烯復(fù)合固井材料導(dǎo)熱性能測試方法，是通過設(shè)置不同的氧化石墨烯配比和成型養(yǎng)護條件，制備一系列復(fù)合固井材料樣本；基于地?zé)峋臒崃鞴恬詈详P(guān)系，構(gòu)建非穩(wěn)態(tài)傳熱模型，以模擬材料在中深層地?zé)峋畻l件下的傳熱過程；同時在變溫變壓養(yǎng)護條件下，分析氧化石墨烯的外摻量、取向分布和水固比對材料導(dǎo)熱性能的影響，并建立對應(yīng)的導(dǎo)熱性能模型。最后，將樣本數(shù)據(jù)代入模型，量化分析不同條件下材料的熱阻效應(yīng)，以優(yōu)化材料導(dǎo)熱性能。

2、市面上的氧化石墨烯復(fù)合固井材料導(dǎo)熱性能測試方法通常包括實驗測試和數(shù)值模擬兩種手段。實驗測試方面，常見的方法包括熱傳導(dǎo)測試儀，通過測量材料在不同溫度、壓力條件下的熱傳導(dǎo)系數(shù)來評估其導(dǎo)熱性能。同時，也會對樣本在模擬固井環(huán)境下的熱響應(yīng)進行測量，進一步驗證材料在實際應(yīng)用中的傳熱特性。數(shù)值模擬方面，研究者常構(gòu)建多場耦合傳熱模型，結(jié)合材料的物理特性，對材料的導(dǎo)熱性能進行預(yù)測和優(yōu)化。這些測試方法能夠提供氧化石墨烯復(fù)合固井材料在不同工況下的導(dǎo)熱特性，為材料的優(yōu)化設(shè)計和工程應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了完善現(xiàn)有的固井材料導(dǎo)熱性能測試方法，提供一種氧化石墨烯復(fù)合固井材料導(dǎo)熱性能測試方法，通過不同配比和養(yǎng)護條件，系統(tǒng)分析材料的導(dǎo)熱性能，提供完整的數(shù)據(jù)支持。利用熱流固耦合模型，模擬復(fù)雜環(huán)境下的傳熱行為，更接近實際應(yīng)用。量化各因素對導(dǎo)熱性能的影響，幫助優(yōu)化設(shè)計。結(jié)合實驗與模型，定量分析熱阻效應(yīng)，提供優(yōu)化方案。

2、為達到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種氧化石墨烯復(fù)合固井材料導(dǎo)熱性能測試方法，其特征在于，包括：

4、基于不同的配比設(shè)置和成型養(yǎng)護條件，獲取不同種類的氧化石墨烯復(fù)合固井材料樣本；

5、基于中深層地?zé)峋畟鳠徇^程及其多場耦合關(guān)系，構(gòu)建地?zé)峋疅崃鞴恬詈系姆欠€(wěn)態(tài)傳熱模型，并定量分析氧化石墨烯復(fù)合固井材料的熱阻效應(yīng)；

6、基于變溫變壓養(yǎng)護條件下氧化石墨烯的外摻量、取向分布、水固比對導(dǎo)熱性能的影響，建立導(dǎo)熱性能模型；

7、將不同種類樣本的參數(shù)數(shù)據(jù)代入導(dǎo)熱性能模型中，分析不同條件下氧化石墨烯復(fù)合固井材料的導(dǎo)熱性能。

8、優(yōu)選的，所述基于不同的配比設(shè)置和成型養(yǎng)護條件，獲取不同種類的氧化石墨烯復(fù)合固井材料樣本具體包括：

9、基于氧化石墨烯的層數(shù)、氧化石墨烯的含量、水泥的類型、分散劑的類型選擇不同原材料；

10、基于模具形狀、成型過程、養(yǎng)護溫度對氧化石墨烯復(fù)合固井材料進行樣本分類。

11、優(yōu)選的，所述基于中深層地?zé)峋畟鳠徇^程及其多場耦合關(guān)系，構(gòu)建地?zé)峋疅崃鞴恬詈系姆欠€(wěn)態(tài)傳熱模型，并定量分析氧化石墨烯復(fù)合固井材料的熱阻效應(yīng)具體包括：

12、所述中深層地?zé)峋畟鳠徇^程及其多場耦合關(guān)系具體包括：

13、地層的熱傳導(dǎo)，影響溫度場的分布；

14、固井材料的熱導(dǎo)率及其熱阻效應(yīng)，影響熱量通過井壁的傳導(dǎo)；

15、井筒內(nèi)流體的熱對流與傳導(dǎo)，決定熱量的提取能力；

16、基于中深層地?zé)峋畟鳠徇^程及其多場耦合關(guān)系，推導(dǎo)控制方程、邊界條件與初始條件，構(gòu)建地?zé)峋疅崃鞴恬詈系姆欠€(wěn)態(tài)傳熱模型；

17、通過引入固井材料的熱阻rc，定量分析氧化石墨烯復(fù)合固井材料的熱阻效應(yīng)，熱阻公式為其中l(wèi)c為固井材料厚度，kc為固井材料導(dǎo)熱系數(shù)，ac為固井材料的橫截面積，δt為變化溫度。

18、優(yōu)選的，所述基于中深層地?zé)峋畟鳠徇^程及其多場耦合關(guān)系，推導(dǎo)控制方程、邊界條件與初始條件，構(gòu)建地?zé)峋疅崃鞴恬詈系姆欠€(wěn)態(tài)傳熱模型具體包括：

19、地層內(nèi)的溫度分布由熱傳導(dǎo)主導(dǎo)，其控制方程為：

20、

21、其中，ρs為地層密度，cs為地層比熱容，ks為地層熱導(dǎo)率，ts為地層溫度，t為時間；

22、氧化石墨烯復(fù)合固井材料的熱傳導(dǎo)過程需要考慮其導(dǎo)熱性能，熱傳導(dǎo)方程為：

23、

24、其中，ρc為固井材料密度，cc為固井材料比熱容，kc為固井材料熱導(dǎo)率，tc為固井材料溫度，t為時間；

25、井筒流體的溫度變化既與流體的熱對流有關(guān)，也與熱導(dǎo)性相關(guān)。流體的傳熱方程為：

26、

27、其中，ρf為流體密度，cf為流體比熱容，v為流體速度，kf為流體熱導(dǎo)率，tf為流體溫度；

28、所述邊界條件與初始條件具體為：

29、地層外邊界：地表溫度t∞為已知常數(shù)；

30、固井材料外表面與地層接觸時，滿足熱流的連續(xù)性：

31、井筒流體入口溫度tin作為已知條件，出口溫度tout可通過溫度梯度推算；

32、t＝0時刻，地層、固井材料、井筒流體的溫度分布為已知。

33、優(yōu)選的，所述基于變溫變壓養(yǎng)護條件下氧化石墨烯的外摻量、取向分布、水固比對導(dǎo)熱性能的影響，建立導(dǎo)熱性能模型具體包括：

34、基于經(jīng)典混合物模型有效介質(zhì)理論，獲取氧化石墨烯的外摻量對復(fù)合固井材料導(dǎo)熱性能的影響度，有效介質(zhì)理論公式為：

35、

36、其中，kcom是復(fù)合固井材料的導(dǎo)熱率，kbase是基體材料(水泥)的導(dǎo)熱率，kgo是氧化石墨烯的導(dǎo)熱率，是氧化石墨烯的體積分?jǐn)?shù)，計算公式為：

37、

38、該公式假設(shè)氧化石墨烯與基體材料均勻混合，且兩者之間沒有明顯的界面效應(yīng)；

39、基于已知的氧化石墨烯的取向分布，通過修正模型獲取取向分布對復(fù)合固井材料導(dǎo)熱性能的影響度，修正模型為：

40、

41、其中，α是與氧化石墨烯排列程度相關(guān)系數(shù)，θ是養(yǎng)護石墨烯的取向角度，是氧化石墨烯的體積分?jǐn)?shù)；

42、基于修正公式，獲取水固比對復(fù)合固井材料導(dǎo)熱性能的影響度，修正公式為：

43、

44、其中，k0是基礎(chǔ)導(dǎo)熱率，α是水固比與導(dǎo)熱率之間的經(jīng)驗常數(shù)，w/s是水固比；

45、基于arrhenius型模型，獲取溫度對復(fù)合固井材料導(dǎo)熱性能的影響度，arrhenius型模型公式為：

46、

47、其中，eα是活化能，表示溫度對導(dǎo)熱率影響的敏感程度，r是氣體常數(shù)，t是絕對溫度；

48、壓力的影響可以通過引入材料的密度修正因子來表達：

49、kcom(p)＝kbase·(1+βp)

50、其中，β是與材料壓縮相關(guān)的常數(shù)，p是施加的壓力；

51、基于所有影響因素，得到完整的導(dǎo)熱性能模型：

52、

53、優(yōu)選的，所述將不同種類樣本的參數(shù)數(shù)據(jù)代入導(dǎo)熱性能模型中，分析不同條件下氧化石墨烯復(fù)合固井材料的導(dǎo)熱性能具體包括：

54、基于每個樣本代入導(dǎo)熱性能模型進行導(dǎo)熱率的計算，獲取每個樣本在不同溫度、壓力和氧化石墨烯含量下的導(dǎo)熱性能；

55、基于獲取的各樣本在各條件下的導(dǎo)熱性能，通過對氧化石墨烯的外摻量、取向分布、水固比進行適當(dāng)調(diào)整，優(yōu)化導(dǎo)熱性能模型。

56、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于：

57、本發(fā)明提出一種氧化石墨烯復(fù)合固井材料導(dǎo)熱性能測試方法，通過結(jié)合不同的配比設(shè)置和成型養(yǎng)護條件，能夠系統(tǒng)地分析氧化石墨烯復(fù)合固井材料在多種實際條件下的導(dǎo)熱性能，為材料設(shè)計提供全面的實驗數(shù)據(jù)支持?；诘?zé)峋臒崃鞴恬詈戏欠€(wěn)態(tài)傳熱模型，能夠更準(zhǔn)確地模擬和預(yù)測材料在復(fù)雜環(huán)境下的傳熱行為，提供更接近實際應(yīng)用的分析結(jié)果。通過量化氧化石墨烯外摻量、取向分布和水固比對導(dǎo)熱性能的影響，建立精準(zhǔn)的導(dǎo)熱性能模型，能夠深入理解各因素對材料導(dǎo)熱性的作用，為優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。利用模型計算和實驗數(shù)據(jù)的結(jié)合，能夠定量評估材料的熱阻效應(yīng)，為設(shè)計具有優(yōu)異導(dǎo)熱性能的復(fù)合固井材料提供具體的優(yōu)化方案。