本发明涉及固井，特别涉及一种超高导热水泥浆及其制备方法和应用。
背景技术：
1、地热能源是绿色能源，该能源的高效开采和利用对于缓解能源资源紧张具有重要的意义。目前中深层地岩热利用钻完井作业来完成，其中固井是钻完井中不可或缺的一部分，固井主要是在井眼和套管环空之间注入水泥，一方面起到支撑套管的作用，另一方面也是形成地热井取热利用的可靠方式。
2、但是目前固井使用的水泥浆凝固后的导热系数仅有0.19～0.65w/(m·k)，比岩石的导热系数(1.6～3.6w/(m·k))小的多，造成较低的地热井产热率，而普通导热材料加入到水泥浆中，会造成浆体稳定性差，强度发生衰退，流动性变差，且导热能力仍不够高，无法满足地热井固井作业要求。比如张浩等(《地热井固井材料导热性能影响因素》)在水泥中加入天然鱗片石墨、铁粉和石英，其导热系数可达1.87w/(m·k)，但是水泥抗压强度降低；郭文等(《基于混合加权法的“保水取热”地热井固井水泥浆体系配方研究》)对地热井保温水泥进行了研究，采用天然鳞片石墨、碳化硅和氧化铝提高固井材料导热性能，但是其导热系数越高，水泥抗压强度降低越明显，无法满足普遍的强度需求。从上述研究来看，这些方法只是单纯的在水泥中加入导热材料对导热材料进行理论研究，对于水泥基材料及添加剂构成体系配方没有系统的研究，尤其是导热材料的加入对水泥浆性能产生影响，抗压强度降低，流动度也会降低，水泥浆性能不能满足固井的实际需求。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明目的在于提供一种超高导热水泥浆及其制备方法和应用。本发明提供的超高导热水泥浆不仅具有超高导热性能，而且具有良好的稳定性和流动性，水泥石抗压强度高，满足地热井固井的实际需求。
2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
3、本发明提供了一种超高导热水泥浆，包括以下质量份数的组分：g级水泥100份，水30～60份，分散剂0.2～1.5份，降失水剂0.5～6份，消泡剂0.1～5份，缓凝剂0.1～10份和导热材料0.8～20份；所述导热材料为纳米硅、石墨烯和硅烷偶联剂表面改性石墨的混合物，所述导热材料中纳米硅、石墨烯和硅烷偶联剂表面改性石墨的质量比为3:1:5。
4、优选地，所述硅烷偶联剂表面改性石墨的制备方法包括以下步骤：
5、将硅烷偶联剂溶于水中，得到硅烷偶联剂溶液；
6、将石墨和硅烷偶联剂溶液混合进行改性，干燥后得到所述硅烷偶联剂表面改性石墨。
7、优选地，所述硅烷偶联剂溶液的质量浓度为0.5～2.5％；所述硅烷偶联剂的质量为石墨质量的0.02～5％。
8、优选地，所述分散剂包括木质素磺酸盐、聚萘磺酸盐、聚苯乙烯磺酸盐和丙酮缩聚物中的一种或多种。
9、优选地，所述降失水剂包括羟乙基纤维素、丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物和n，n-二甲基丙烯酰胺-amps共聚物中的一种或多种。
10、优选地，所述消泡剂包括磷酸三丁酯、矿物油和thix-299硅聚醚中的一种或多种。
11、优选地，所述缓凝剂包括羟基乙叉二膦酸、氯化钠、三聚磷酸钠、硼酸钠和amps-衣康酸共聚物中的一种或多种。
12、优选地，所述缓凝剂为三聚磷酸钠、硼酸钠和amps-衣康酸共聚物的混合物，所述混合物中三聚磷酸钠与硼酸钠的质量比为2:1，所述三聚磷酸钠与硼酸钠的质量之和与amps-衣康酸共聚物的质量之比为1:3。
13、本发明提供了以上技术方案所述超高导热水泥浆的制备方法，包括以下步骤：
14、将g级水泥、导热材料、分散剂和降失水剂进行第一混合，得到第一混合物；
15、将水、消泡剂和缓凝剂进行第二混合，得到第二混合物；
16、将所述第一混合物和第二混合物进行第三混合，得到所述超高导热水泥浆。
17、本发明提供了以上技术方案所述超高导热水泥浆或以上技术方案所述制备方法制备得到的超高导热水泥浆在地热井固井中的应用。
18、本发明提供了一种超高导热水泥浆，包括以下质量份数的组分：g级水泥100份，水30～60份，分散剂0.2～1.5份，降失水剂0.5～6份，消泡剂0.1～5份，缓凝剂0.1～10份和导热材料0.8～20份；所述导热材料为纳米硅、石墨烯和硅烷偶联剂表面改性石墨的混合物，所述导热材料中纳米硅、石墨烯和硅烷偶联剂表面改性石墨的质量比为3:1:5。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
19、本发明将纳米硅、石墨烯和硅烷偶联剂表面改性石墨按一定比例复配作为导热材料加入到水泥中，能够在低加量的条件下显著提高水泥浆的导热性能；
20、硅烷偶联剂表面改性的石墨具有良好的水分散性和较低的表面能，能均匀分散于配浆水中，且易被水泥大分子浸润，提高了导热材料的分散程度和粘结力，改善其与水泥流动性的同时提高了其与水泥的胶结强度和导热性；
21、将纳米硅、石墨烯和硅烷偶联剂表面改性石墨按一定比例复配作为导热材料，其与水泥浆具有良好的配伍性，可以任意比例与水泥浆混合，却对水泥浆的安全稠化时间和流变性影响较小；且该导热材料具有填充作用，能有效填充水泥中的毛细孔及凝胶孔，使孔隙大大减小，水泥结构更为缜密，起到了增强韧性的效果，提高水泥石抗压强度；
22、本发明将上述导热材料与分散剂、降失水剂、消泡剂和缓凝剂以特定比例复配，整个水泥浆体系配伍性好，强度高，稳定性和导热性好，能够明显提高固井质量。
23、进一步地，本发明以三聚磷酸钠、硼酸钠和amps-衣康酸共聚物的混合物作为缓凝剂，其中三聚磷酸钠与硼酸钠按质量比2:1混合作为中低温无机磷酸盐缓凝剂，其与amps-衣康酸共聚物耐高温缓凝剂按1:3复配使用，使得水泥浆在低温和高温条件缓凝效果均好，明显提高水泥浆的抗温性和稠化时间的可调节性。
24、因此，本发明提供的超高导热水泥浆不仅具有超高导热性能，而且具有良好的稳定性和流动性，水泥石抗压强度高，满足地热井固井条件。实施例结果表明，本发明提供的超高导热水泥浆的导热系数为1.862～2.059w/m·k，水泥浆流动性好，失水量低于50ml，1.85g/cm3密度的水泥浆24h抗压强度大于22.8mpa。
1.一种超高导热水泥浆，其特征在于，包括以下质量份数的组分：g级水泥100份，水30～60份，分散剂0.2～1.5份，降失水剂0.5～6份，消泡剂0.1～5份，缓凝剂0.1～10份和导热材料0.8～20份；所述导热材料为纳米硅、石墨烯和硅烷偶联剂表面改性石墨的混合物，所述导热材料中纳米硅、石墨烯和硅烷偶联剂表面改性石墨的质量比为3:1:5。
2.根据权利要求1所述的超高导热水泥浆，其特征在于，所述硅烷偶联剂表面改性石墨的制备方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的超高导热水泥浆，其特征在于，所述硅烷偶联剂溶液的质量浓度为0.5～2.5％；所述硅烷偶联剂的质量为石墨质量的0.02～5％。
4.根据权利要求1所述的超高导热水泥浆，其特征在于，所述分散剂包括木质素磺酸盐、聚萘磺酸盐、聚苯乙烯磺酸盐和丙酮缩聚物中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的超高导热水泥浆，其特征在于，所述降失水剂包括羟乙基纤维素、丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物和n，n-二甲基丙烯酰胺-amps共聚物中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的超高导热水泥浆，其特征在于，所述消泡剂包括磷酸三丁酯、矿物油和thix-299硅聚醚中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的超高导热水泥浆，其特征在于，所述缓凝剂包括羟基乙叉二膦酸、氯化钠、三聚磷酸钠、硼酸钠和amps-衣康酸共聚物中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的超高导热水泥浆，其特征在于，所述缓凝剂为三聚磷酸钠、硼酸钠和amps-衣康酸共聚物的混合物，所述混合物中三聚磷酸钠与硼酸钠的质量比为2:1，所述三聚磷酸钠与硼酸钠的质量之和与amps-衣康酸共聚物的质量之比为1:3。
9.权利要求1～8任意一项所述超高导热水泥浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.权利要求1～8任意一项所述超高导热水泥浆或权利要求9所述制备方法制备得到的超高导热水泥浆在地热井固井中的应用。