一种固井导热材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种固井导热材料及其制备方法，涉及固井材料技术领域。本发明专利技术提供的固井导热材料，包括纳米硅、石墨烯和硅烷偶联剂表面改性石墨；所述硅烷偶联剂表面改性石墨、纳米硅和石墨烯的质量比为(1～180)：(1～80)：(1～16)。在本发明专利技术中，所述纳米硅、石墨烯和硅烷偶联剂表面改性石墨复配组成导热材料，具有高导热系数；并且，所述导热材料在水泥浆中能够均匀分散且与水泥及水泥浆添加剂均具有良好的配伍性，保证导热水泥浆的稳定流动性；此外，所述导热材料与水泥胶结好，能够改善水泥环的胶结质量，提高水泥石强度。提高水泥石强度。

【技术实现步骤摘要】
一种固井导热材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及固井
，特别涉及一种固井导热材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]地热能作为一种可再生清洁能源，具有分布广、成本低、用途多元以及可直接利用等优点，目前在建筑供热领域备受关注。地热井成井作为取热系统的最关键环节，其质量关系着如何高效的利用地热资源。而固井是钻井过程中的重要环节，即向地热井套管和孔壁环空间隙注入固井水泥材料，一方面用来保护和支撑井内的套管；另一方面用来增强地热井换热器与岩土之间的换热，同时又能防止井下蓄水层的交叉污染。因此，对地热井而言，如何正确的选择固井材料来提高固井水泥的导热系数对于强化井下换热有着至关重要的作用。已有研究显示，传统的固井材料即固井水泥，其导热系数较低导致实际运行的换热效率不高，不良的固井材料甚至成为井下换热系统的热阻碍，如何提高其导热系数成为固井导热材料的核心问题。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种固井导热材料及其制备方法。本专利技术提供的固井导热材料具有高导热系数，导热性能优异。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种固井导热材料，包括纳米硅、石墨烯和硅烷偶联剂表面改性石墨；所述硅烷偶联剂表面改性石墨、纳米硅和石墨烯的质量比为(1～180)：(1～80)：(1～16)。
[0006]优选地，所述硅烷偶联剂表面改性石墨、纳米硅和石墨烯的质量比为(4～6)：3：1。
[0007]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：
[0008]将硅烷偶联剂溶于水中，得到硅烷偶联剂溶液；
[0009]将石墨和所述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。
[0010]优选地，所述硅烷偶联剂包括乙烯基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、3
‑
三乙氧基甲硅烷基
‑1‑
丙胺、乙烯基三乙氧基硅烷、丁二烯基三乙氧基硅烷和3
‑
(2,3
‑
环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；所述硅烷偶联剂溶液的质量浓度为0.5～2.5％。
[0011]优选地，所述石墨包括天然鳞片石墨、土状石墨和人造石墨中的一种或多种，所述石墨的粒径为1～90μm。
[0012]优选地，所述硅烷偶联剂的质量为石墨质量的0.02～5％。
[0013]优选地，所述改性的温度为25～60℃，时间为12～24h。
[0014]优选地，所述纳米硅包括二氧化硅和/晶体硅，所述纳米硅的粒径为1～20nm。
[0015]优选地，所述石墨烯包括单层石墨烯、双层石墨烯和少层石墨烯中的一种或多种。
[0016]本专利技术提供了以上技术方案所述固井导热材料的制备方法，包括以下步骤：
[0017]将所述纳米硅、石墨烯和硅烷偶联剂表面改性石墨混合，得到固井导热材料。
[0018]本专利技术提供了一种固井导热材料，包括纳米硅、石墨烯和硅烷偶联剂表面改性石墨；所述硅烷偶联剂表面改性石墨、纳米硅和石墨烯的质量比为(1～180)：(1～80)：(1～16)。在本专利技术中，所述硅烷偶联剂表面改性石墨具有较低的表面能，易被水泥大分子浸润，提高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导热材料的导热性，所述纳米硅颗粒可以吸附于石墨烯和石墨的表面，提供了坚实的骨架支撑以及较强的机械应力，提高了其与水泥的胶结强度和导热材料的稳定性。本专利技术以所述纳米硅、石墨烯和硅烷偶联剂表面改性石墨复配组成导热材料，具有高导热系数；并且，所述导热材料在水泥浆中能够均匀分散且与水泥及水泥浆添加剂均具有良好的配伍性，保证导热水泥浆的稳定流动性；此外，所述导热材料与水泥胶结好，能够改善水泥环的胶结质量，提高水泥石强度。
[0019]实施例结果表明，将本专利技术提供的固井导热材料加入到水泥中，导热系数为1.891～2.011W/m
·
k；水泥浆流变性基本变化不大，且流动性很好；水泥环Ⅰ界面胶结强度平均值为3.01～3.45MPa，Ⅱ界面胶结强度平均值为1.29～1.43MPa。
具体实施方式
[0020]本专利技术提供了一种固井导热材料，包括纳米硅、石墨烯和硅烷偶联剂表面改性石墨；所述硅烷偶联剂表面改性石墨、纳米硅和石墨烯的质量比为(1～180)：(1～80)：(1～16)。
[0021]在本专利技术中，若无特别说明，所涉及原材料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
[0022]本专利技术提供的固井导热材料包括硅烷偶联剂表面改性石墨。在本专利技术中，所述硅烷偶联剂表面改性石墨的制备方法优选包括以下步骤：
[0023]将硅烷偶联剂溶于水中，得到硅烷偶联剂溶液；
[0024]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。
[0025]在本专利技术中，所述硅烷偶联剂优选包括乙烯基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、3
‑
三乙氧基甲硅烷基
‑1‑
丙胺、乙烯基三乙氧基硅烷、丁二烯基三乙氧基硅烷和3
‑
(2,3
‑
环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种，更优选为乙烯基硅烷和3
‑
三乙氧基甲硅烷基
‑1‑
丙胺的混合物，所述混合物中乙烯基硅烷和3
‑
三乙氧基甲硅烷基
‑1‑
丙胺的质量比优选为3:2。在本专利技术中，所述硅烷偶联剂溶液的质量浓度优选为0.5～2.5％，更优选为0.5～1％。在本专利技术中，所述石墨优选包括天然鳞片石墨、土状石墨和人造石墨中的一种或多种，所述石墨的粒径优选为1～90μm。在本专利技术中，所述石墨优选以石墨分散液的形式加入，所述石墨烯分散液优选将石墨超声分散于水中而得到，所述超声分散前优选将石墨用乙醇和去离子水多次洗涤。在本专利技术中，所述硅烷偶联剂的质量优选为石墨质量的0.02～5％，更优选为3.5～4.5％。在本专利技术中，所述改性的温度优选为25～60℃，时间优选为12～24h，所述改性优选在搅拌的条件下进行；所述改性后，优选将所得改性液冷却至室温后进行抽滤，将固相产物进行干燥，得到硅烷偶联剂表面改性石墨；所述干燥的温度优选为70～118℃，时间优选为15min～24h，具体以干燥至恒重为准。
[0026]在本专利技术中，石墨经过硅烷偶联剂表面改性后具有较低的表面能，易被水泥大分子浸润，从而能够提高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其
与水泥的胶结强度。
[0027]本专利技术提供的固井导热材料包括纳米硅；所述纳米硅优选包括二氧化硅和/晶体硅，所述纳米硅的粒径优选为1～20nm。在本专利技术中，所述纳米硅颗粒可以吸附于石墨烯和石墨的表面，提高了水泥的胶结强度和导热材料的稳定性。
[0028]本专利技术提供的固井导热材料包括石墨烯；所述石墨烯优选包括单层石墨烯、双层石墨烯和少层石墨烯中的一种或多种。在本专利技术中，所述石墨烯电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固井导热材料，其特征在于，包括纳米硅、石墨烯和硅烷偶联剂表面改性石墨；所述硅烷偶联剂表面改性石墨、纳米硅和石墨烯的质量比为(1～180)：(1～80)：(1～16)。2.根据权利要求1所述的固井导热材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂表面改性石墨、纳米硅和石墨烯的质量比为(4～6)：3：1。3.根据权利要求1所述的固井导热材料，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：将硅烷偶联剂溶于水中，得到硅烷偶联剂溶液；将石墨和所述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。4.根据权利要求3所述的固井导热材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括乙烯基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、3
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三乙氧基甲硅烷基
‑1‑
丙胺、乙烯基三乙氧基硅烷、丁二烯基三乙氧基硅烷和3
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(2,3
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环氧丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓亮，许明标，胡顺，杨晓榕，张树凯，彭石峰，
申请(专利权)人：荆州嘉华科技有限公司，
类型：发明
国别省市：