【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及復合固井材料導熱性能技術，具體涉及一種氧化石墨烯復合固井材料導熱性能測試方法。
技術介紹
1、一種氧化石墨烯復合固井材料導熱性能測試方法，是通過設置不同的氧化石墨烯配比和成型養護條件，制備一系列復合固井材料樣本；基于地熱井的熱流固耦合關系，構建非穩態傳熱模型，以模擬材料在中深層地熱井條件下的傳熱過程；同時在變溫變壓養護條件下，分析氧化石墨烯的外摻量、取向分布和水固比對材料導熱性能的影響，并建立對應的導熱性能模型。最后，將樣本數據代入模型，量化分析不同條件下材料的熱阻效應，以優化材料導熱性能。
2、市面上的氧化石墨烯復合固井材料導熱性能測試方法通常包括實驗測試和數值模擬兩種手段。實驗測試方面，常見的方法包括熱傳導測試儀，通過測量材料在不同溫度、壓力條件下的熱傳導系數來評估其導熱性能。同時，也會對樣本在模擬固井環境下的熱響應進行測量，進一步驗證材料在實際應用中的傳熱特性。數值模擬方面，研究者常構建多場耦合傳熱模型，結合材料的物理特性，對材料的導熱性能進行預測和優化。這些測試方法能夠提供氧化石墨烯復合固井材料在不同工況下的導熱特性，為材料的優化設計和工程應用提供科學依據。
技術實現思路
1、為了完善現有的固井材料導熱性能測試方法，提供一種氧化石墨烯復合固井材料導熱性能測試方法，通過不同配比和養護條件，系統分析材料的導熱性能，提供完整的數據支持。利用熱流固耦合模型，模擬復雜環境下的傳熱行為，更接近實際應用。量化各因素對導熱性能的影響，幫助優化設計。結合實驗與模型，
2、為達到以上目的，本專利技術采用的技術方案為：
3、一種氧化石墨烯復合固井材料導熱性能測試方法，其特征在于，包括：
4、基于不同的配比設置和成型養護條件，獲取不同種類的氧化石墨烯復合固井材料樣本；
5、基于中深層地熱井傳熱過程及其多場耦合關系，構建地熱井熱流固耦合的非穩態傳熱模型，并定量分析氧化石墨烯復合固井材料的熱阻效應；
6、基于變溫變壓養護條件下氧化石墨烯的外摻量、取向分布、水固比對導熱性能的影響，建立導熱性能模型；
7、將不同種類樣本的參數數據代入導熱性能模型中，分析不同條件下氧化石墨烯復合固井材料的導熱性能。
8、優選的，所述基于不同的配比設置和成型養護條件，獲取不同種類的氧化石墨烯復合固井材料樣本具體包括：
9、基于氧化石墨烯的層數、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、養護溫度對氧化石墨烯復合固井材料進行樣本分類。
11、優選的，所述基于中深層地熱井傳熱過程及其多場耦合關系，構建地熱井熱流固耦合的非穩態傳熱模型，并定量分析氧化石墨烯復合固井材料的熱阻效應具體包括：
12、所述中深層地熱井傳熱過程及其多場耦合關系具體包括：
13、地層的熱傳導，影響溫度場的分布；
14、固井材料的熱導率及其熱阻效應，影響熱量通過井壁的傳導；
15、井筒內流體的熱對流與傳導，決定熱量的提取能力；
16、基于中深層地熱井傳熱過程及其多場耦合關系，推導控制方程、邊界條件與初始條件，構建地熱井熱流固耦合的非穩態傳熱模型；
17、通過引入固井材料的熱阻rc，定量分析氧化石墨烯復合固井材料的熱阻效應，熱阻公式為其中lc為固井材料厚度，kc為固井材料導熱系數，ac為固井材料的橫截面積，δt為變化溫度。
18、優選的，所述基于中深層地熱井傳熱過程及其多場耦合關系，推導控制方程、邊界條件與初始條件，構建地熱井熱流固耦合的非穩態傳熱模型具體包括：
19、地層內的溫度分布由熱傳導主導，其控制方程為：
20、
21、其中，ρs為地層密度，cs為地層比熱容，ks為地層熱導率，ts為地層溫度，t為時間；
22、氧化石墨烯復合固井材料的熱傳導過程需要考慮其導熱性能，熱傳導方程為：
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，也與熱導性相關。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；
30、固井材料外表面與地層接觸時，滿足熱流的連續性：
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、優選的，所述基于變溫變壓養護條件下氧化石墨烯的外摻量、取向分布、水固比對導熱性能的影響，建立導熱性能模型具體包括：
34、基于經典混合物模型有效介質理論，獲取氧化石墨烯的外摻量對復合固井材料導熱性能的影響度，有效介質理論公式為：
35、
36、其中，kcom是復合固井材料的導熱率，kbase是基體材料(水泥)的導熱率，kgo是氧化石墨烯的導熱率，是氧化石墨烯的體積分數，計算公式為：
37、
38、該公式假設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；
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合固井材料導熱性能的影響度，修正模型為：
40、
41、其中，α是與氧化石墨烯排列程度相關系數，θ是養護石墨烯的取向角度，是氧化石墨烯的體積分數；
42、基于修正公式，獲取水固比對復合固井材料導熱性能的影響度，修正公式為：
43、
44、其中，k0是基礎導熱率，α是水固比與導熱率之間的經驗常數，w/s是水固比；
45、基于arrhenius型模型，獲取溫度對復合固井材料導熱性能的影響度，arrhenius型模型公式為：
46、
47、其中，eα是活化能，表示溫度對導熱率影響的敏感程度，r是氣體常數，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是與材料壓縮相關的常數，p是施加的壓力；
51、基于所有影響因素，得到完整的導熱性能模型：
52、
53、優選的，所述將不同種類樣本的參數數據代入導熱性能模型中，分析不同條件下氧化石墨烯復合固井材料的導熱性能具體包括：
54、基于每個樣本代入導熱性能模型進行導熱率的計算，獲取每個樣本在不同溫度、壓力和氧化石墨烯含量下的導熱性能；
55、基于獲取的各樣本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種氧化石墨烯復合固井材料導熱性能測試方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種氧化石墨烯復合固井材料導熱性能測試方法，其特征在于，所述基于不同的配比設置和成型養護條件，獲取不同種類的氧化石墨烯復合固井材料樣本具體包括：
3.根據權利要求1所述的一種氧化石墨烯復合固井材料導熱性能測試方法，其特征在于，所述基于中深層地熱井傳熱過程及其多場耦合關系，構建地熱井熱流固耦合的非穩態傳熱模型，并定量分析氧化石墨烯復合固井材料的熱阻效應具體包括：
4.根據權利要求3所述的一種氧化石墨烯復合固井材料導熱性能測試方法，其特征在于，所述基于中深層地熱井傳熱過程及其多場耦合關系，推導控制方程、邊界條件與初始條件，構建地熱井熱流固耦合的非穩態傳熱模型具體包括：
5.根據權利要求1所述的一種氧化石墨烯復合固井材料導熱性能測試方法，其特征在于，所述基于變溫變壓養護條件下氧化石墨烯的外摻量、取向分布、水固比對導熱性能的影響，建立導熱性能模型具體包括：
6.根據權利要求1所述的一種氧化石墨烯復合固井材料導熱性能測試方法，其特征在于，所
...【技術特征摘要】
1.一種氧化石墨烯復合固井材料導熱性能測試方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種氧化石墨烯復合固井材料導熱性能測試方法，其特征在于，所述基于不同的配比設置和成型養護條件，獲取不同種類的氧化石墨烯復合固井材料樣本具體包括：
3.根據權利要求1所述的一種氧化石墨烯復合固井材料導熱性能測試方法，其特征在于，所述基于中深層地熱井傳熱過程及其多場耦合關系，構建地熱井熱流固耦合的非穩態傳熱模型，并定量分析氧化石墨烯復合固井材料的熱阻效應具體包括：
4.根據權利要求3所述的一種氧化石墨烯復合固井材料導熱性...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊毅，李義康，曹靖，袁克闊，韓永亮，王義杰，
申請(專利權)人：西京學院，
類型：發明
國別省市：
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