CN101935186A - 石油测井仪器专用复合绝缘体组合物及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油测井仪器专用复合绝缘体组合物及制备方法。该组合物由玻璃维纤，玄武岩纤维，树脂，固化剂，促进剂组成，制备方法包括卷制绝缘体坯料，将卷制好的绝缘体坯料装入模腔的外模内，胶料配置，将配制好的胶料倒入胶料混合罐，将抽过真空的胶料放入压力釜中完成真空浸胶，再通过加热固化，二次加工，性能检测即成产品。采用真空浸胶工艺，整个浸胶过程在真空下进行，产品密度大，气密性高，电绝缘性能优异，无衰减现象，玻璃钢绝缘管在井下高温、酸性(H₂S.SO₂)介质中具有长期抗腐蚀能力，具有耐高温240℃、承压170Mpa以上，耐酸碱，成本低，工艺简单，绝缘性能好的优点，广泛用于高温、高压下作仪器仪表的绝缘体。

Description

石油测井仪器专用复合绝缘体组合物及制备方法 

技术领域

本发明涉及耐高温、承压复合绝缘体。具体涉及石油测井仪器专用高温240℃以上，且承压170Mpa的石油测井仪器专用复合绝缘体组合物及制备方法。 

背景技术

目前，在我国石油测井仪器所用的高温承压复合绝缘体，按使用环境条件，温度等级分为180℃以下和200℃以上。耐温175℃，承压140MPa的高温承压绝缘体已经在西安永兴科技发展有限公司研制成功，专利号为：ZL200710018681.4。 

然而，随着钻井勘探的深度不断增加，勘探开发的难度越来越大，对高性能测井装备的需求日趋迫切。测井成套装备迅速向高可靠、集成化、阵列化、成像化和深探测方向发展。特别是随着深井、超深井、大位移斜井、水平井的不断增加，对测井仪器装备耐高温承压性能的要求越来越高。这一需求推动了测井装备制造和相关配套基础材料的发展。日前世界上三大石油测井公司斯伦贝谢、哈里伯顿、阿特拉斯都开发出了200℃、170MPa的测井仪器。 

研制开发一种耐温240℃、承压170MPa并且在油井下伴有油、气、水、腐蚀性气体H₂S、CO₂环境下，绝缘值≥200MΩ，符合测井仪器要求的复合绝缘体(管材、棒材)意义重大。 

绝缘材料与其他材料的不同之处，除了有力学性能、热性能、化学性能、耐环境性能要求之外，主要是具有一定的电性能。而温度对绝缘材料的电性能和机械性能极为敏感。大多数情况下存在当温度升高时，绝缘材料的基本性能都恶化的缺陷(绝缘电阻、击导强度、介质损耗、拉伸强度、弯曲强度都降低)。 

发明内容

本发明的目的是提供一种耐温240℃以上，承压170MPa、耐酸碱、成本低、绝缘性能优异的石油测井仪器专用复合绝缘体组合物。 

本发明的另一目的是提供复合绝缘体组合物制备方法。 

为了克服现有技术的不足，本发明的技术方案是这样解决的：一种石油测井仪器专用复合绝缘体组合物的特殊之处在于按质量比，该组合物至少由20份S2玻璃维纤，20份2400TEX玄武岩纤维，24份～30份树脂，30份～35份固化剂，0.3份～0.6份促进剂组成，所述树脂为F51酚醛环氧树脂和双马树脂，所述固化剂为MNA-甲基纳迪克酸酐，所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑。 

所述绝缘体组合物按质量比，该组合物至少由20份S2玻璃维纤，20份2400TEX玄武岩纤维，25份～29份树脂，30份～34份固化剂，0.35份～0.55份促进剂组成，所述树脂为F51酚醛环氧树脂或双马树脂，所述固化剂为MNA-甲基纳迪克酸酐，所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑。 

所述绝缘体组合物按质量比，该组合物至少由20份S2玻璃维纤，20份2400TEX玄武岩纤维，26份～28份树脂，31份～33份固化剂，0.4份～0.5份促进剂组成，所述树脂为F51酚醛环氧树脂或双马树脂，所述固化剂为MNA-甲基纳迪克酸酐，所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑。 

所述绝缘体组合物按质量比，该组合物至少由20份S2玻璃维纤，20份2400TEX玄武岩纤维，27.09份树脂，32.5份固化剂，0.41份促进剂组成，所述树脂为F51酚醛环氧树脂或双马树脂，所述固化剂为MNA-甲基纳迪克酸酐，所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑。 

一种石油测井仪器专用复合绝缘体的制备方法，按下述步骤进行： 

(1)卷制绝缘体坯料，按客户要求管材直径选取芯模，将芯模放入烘箱中预热至60℃，再在芯模上外涂硅脂脱模剂，然后放在数控缠绕机模具架上，给缠绕机纱架上安装10团S2玻璃纤维和10团2400TEX玄武岩纤维，缠绕至所 需绝缘体管材的外径尺寸，进行交叉缠绕，往复缠绕角为25°～45°，在最外一层表面包裹一层热收缩带； 

(2)将卷制好的绝缘体坯料装入模腔的外模内，外成型模为配合对模，上下两模块配合后用橡胶衬垫密封，并用活动夹具固定，将固定好的外模放入模子腔内，连接好管路，并开启外模加热至115℃～120℃，温度到达后，再开启抽真空系统，抽掉模具内的空气，真空度为0.3-0.5MPa，抽真空时间1.5小时～2.5小时； 

(3)胶料配制： 

①、按制做产品的重量计算胶料含量，用100份F51酚醛环氧树脂，倒入反应釜内，将反应釜加热至150℃，再倒入70份双马树脂搅拌2.0小时～2.5小时，自然冷却至40℃后即为改性双马酚醛环氧树脂； 

②、按质量配比：改性双马酚醛环氧树脂∶MNA甲基纳迪克酸酐∶2-乙基-4-甲基咪唑＝95份～110份∶110份～130份∶1份～2.5份； 

③、配比添加次序为：改性双马酚醛环氧树脂加入固化剂MNA酸酐，搅拌均匀后再加入促进剂咪唑，再搅拌均匀，静置20分钟； 

(4)将配制好的胶料倒入胶料混合罐，先关闭胶料混合罐下的放胶阀门，开启真空泵，抽掉胶料混合罐中的气隙，保证真空度为0.5-0.8MPa之间； 

(5)将抽过真空的胶料放入压力釜中，关闭放胶阀门，开启压力釜电源，给施加正压力5MPa，然后开进胶阀门，再开出胶阀门，待胶料填充整个膜腔时，回胶罐也有胶液向外涌洒时，再依次关闭出胶阀门、进胶阀门和压力釜电源，这时真空浸胶完成； 

(6)通过加热电阻丝加热固化，固化温度分三段，第一段为80℃--110℃加热0.5-1.5小时；第二段为110℃--130℃加热1.5-2.5小时；第三段为165℃--185℃加热2.5-3.5小时，待芯模温度自然冷却至40℃； 

(7)取出固化好的带芯模的绝缘体，脱去内、外芯模，这时高温承压的 毛坯绝缘体制作完成； 

(8)二次加工，去掉外包收缩带，按所需长度定尺； 

(9)、性能检测 

检测指标：将试样放入在240℃的温度和170MPa条件下，并维持该条件2小时，待卸压并温度降至90℃时测定绝缘值≥200MΩ即判定为合格产品。 

本发明与现有技术相比，采用本发明制备方法生产的玻璃钢绝缘筒(管)有以下特点： 

(1)、采用真空浸胶工艺，整个浸胶过程在真空下进行，从而保证产品密度大，(≥2.1g/cm³)气密性高，电绝缘性能优异。 

(2)、石油测井用耐高温高压玻璃钢绝缘筒(管)各项性能指标等于或超过国内标准。 

(3)、采用耐高温胶料生产(≥240℃)，在170Mpa条件下，测试各项性能指标，几乎无衰减现象，完全满足使用要求。 

(4)、玻璃钢绝缘管在井下高温、酸性(H₂S.SO₂)介质中具有长期抗腐蚀能力。 

(6)、能够承受车、铣、钻、螺纹等机械加工，例：M48螺纹承受力大于100k； 

(7)、具有耐高温240℃以上，承压170Mpa以上，耐酸碱，成本低，工艺简单，绝缘性能好的优点，广泛用于在高温、高压条件下作仪器仪表的绝缘体。 

技术指标 

1、密度：≥2.1g/cm³

2、吸水率：≤0.01％ 

3、拉伸强度：≥500Mpa 

4、抗弯强度：≥400Mpa 

5、抗剪强度：≥32Mpa 

6、抗压强度：≥200Mpa 

7、体积电阻系数：常态T≥1×10⁶MΩ·m 

180℃±2℃≥1×10⁴MΩ·m 

浸水后≥1×10⁴MΩ·m 

8、表面电阻系数：常态T≥1×10⁶MΩ 

180℃±2℃≥1×10⁴MΩ 

9、马丁化耐热性≥240℃ 

10、应力腐蚀＞1000h。 

附图说明

图1为本发明生产流程结构示意图； 

图2为图1的模具和坯料结构放大示意图。 

附图标注说明： 

1-树脂混合罐；2-压力釜；3-封闭模的支架；4-模子；5-转胶线路及阀门；6-阀门缓冲室；7-灌注头；8-转胶线路热外套；9-真空管路；10-压缩空气线路；11-热电阻丝；12-注胶阀门及管件；14-溢胶阀门及管件。 

具体实施方式

附图为本发明的生产流程实施例。 

下面结合附图和实施例对发明内容作进一步说明： 

实施例1 

参照图1、图2所示，一种权利要求1所述石油测井仪器专用复合绝缘体的制备方法，按下述步骤进行： 

(1)卷制绝缘体坯料，按客户要求管材直径选取芯模，将芯模放入烘箱中预热至60℃，再在芯模上外涂硅脂脱模剂，然后放在数控缠绕机模具架上，给缠绕机纱架上安装10团S2玻璃纤维和10团2400TEX玄武岩纤维，缠绕至所需绝缘体管材的外径尺寸，进行交叉缠绕，往复缠绕角为25°--45°，在最外一层表面包裹一层热收缩带； 

(2)将卷制好的绝缘体坯料装入模腔的外模内，外成型模为配合对模，上下两模块配合后用橡胶衬垫密封，并用活动夹具固定，将固定好的外模放入模 子4腔内，模子4腔内壁上连接加热电阻丝11，模子4与封闭模的支架3连接，支架3一端与灌注头7连接，转胶线路管上分别连接有热外套8和进胶阀门12该管一端插入在压力釜2中，另一端与灌注头7入口连接，灌注头7出口通过阀门与坯料相通，胶料混合罐1、压力釜2、阀门缓冲室6上均连接有真空管路9，真空管路9与真空泵连接，压力釜2连接有压缩空气管路及压缩机10。 

(3)胶料配置： 

①、按制做产品的重量计算胶料含量，用100份F51酚醛环氧树脂，倒入反应釜2，将反应釜2加热至150℃，再倒入70份双马树脂搅拌2.0小时～2.5小时，自然冷却至40℃后即为改性双马酚醛环氧树脂； 

②、按质量配比：改性双马酚醛环氧树脂∶MNA甲基纳迪克酸酐∶2-乙基-4-甲基咪唑＝95份～110份∶110份～130份∶1份～2.5份； 

③、配比添加次序为：改性双马酚醛环氧树脂加入固化剂MNA酸酐，搅拌均匀后再加入促进剂咪唑，再搅拌均匀，静置20分钟； 

(4)将配制好的胶料倒入胶料混合罐1，先关闭胶料混合罐1下的放胶阀门5，开启真空泵9，抽掉胶料混合罐1中的气隙，保证真空度为0.5-0.8MPa之间； 

(5)将抽过真空的胶料放入压力釜2中，关闭放胶阀门5，开启压力釜电源，给施加正压力5MPa，然后开进胶阀门，再开出胶阀门，待胶料填充整个膜腔时，回胶罐也有胶液向外涌洒时，再依次关闭出胶阀门、进胶阀门和压力釜电源，这时真空浸胶完成； 

(6)通过加热电阻丝11加热固化，固化温度分三段，第一段为80℃--110℃加热0.5-1.5小时；第二段为110℃--130℃加热1.5-2.5小时；第三段为165℃--185℃加热2.5-3.5小时，待芯模温度自然冷却至40℃； 

(7)取出固化好的带芯模的绝缘体，脱去内、外芯模，这时高温承压的毛坯绝缘体制作完成； 

(8)二次加工，去掉外包收缩带，按所需长度定尺； 

(9)、性能检测 

检测指标：将试样放入在240℃的温度和170MPa条件下，并维持该条件2小时，待卸压并温度降至90℃时测定绝缘值≥200MΩ即判定为合格产品。 

实施例2 

石油测井仪器专用复合绝缘体组合物按质量比，该组合物至少由20份S2玻璃维纤，20份2400TEX玄武岩纤维，24份～30份树脂，30份～35份固化剂，0.3份～0.6份促进剂组成，所述树脂为F51酚醛环氧树脂和双马树脂，所述固化剂为MNA-甲基纳迪克酸酐，所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑，复合绝缘体的制备方法同实施例1。 

实施例3 

石油测井仪器专用复合绝缘体组合物按质量比，该组合物至少由20份S2玻璃维纤，20份2400TEX玄武岩纤维，25份～29份树脂，30份～34份固化剂，0.35份～0.55份促进剂组成，所述树脂为F51酚醛环氧树脂或双马树脂，所述固化剂为MNA-甲基纳迪克酸酐，所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑，复合绝缘体的制备方法同实施例1。 

实施例4 

石油测井仪器专用复合绝缘体组合物按质量比，该组合物至少由20份S2玻璃维纤，20份2400TEX玄武岩纤维，26份～28份树脂，31份～33份固化剂，0.4份～0.5份促进剂组成，所述树脂为F51酚醛环氧树脂或双马树脂，所述固化剂为MNA-甲基纳迪克酸酐，所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑，组合物的制备方法同实施例1。 

实施例5 

石油测井仪器专用复合绝缘体组合物按质量比，该组合物至少由20份S2玻璃维纤，20份2400TEX玄武岩纤维，27.09份树脂，32.5份固化剂，0.41 份促进剂组成，所述树脂为F51酚醛环氧树脂或双马树脂，所述固化剂为MNA-甲基纳迪克酸酐，所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑，复合绝缘体的制备方法同实施例1。 

综上所述，本发明是采用真空浸胶工艺，整个浸胶过程在真空下进行，因此，绝缘体坯料的孔隙被胶料填实，卷制好的绝缘体坯料与树脂胶料形成一个整体结构，再通过不同阶段不同温度的固化，使绝缘体符合石油测井用耐高温高压玻璃钢绝缘筒(管)的要求，其耐高温在240℃和170MPa条件下，绝缘体不变形，电阻绝缘值不下降，各项机械性能优于现有技术，广泛用于在高温、高压条件下作仪器仪表的绝缘体。 

Claims (5)

1.一种石油测井仪器专用复合绝缘体组合物，其特征在于按质量比，该组合物至少由20份S2玻璃维纤，20份2400TEX玄武岩纤维，24份～30份树脂，30份～35份固化剂，0.3份～0.6份促进剂组成，所述树脂为F51酚醛环氧树脂和双马树脂，所述固化剂为MNA-甲基纳迪克酸酐，所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑。

2.根据权利要求1所述石油测井仪器专用复合绝缘体组合物，其特征在于所述绝缘体组合物按质量比，该组合物至少由20份S2玻璃维纤，20份2400TEX玄武岩纤维，25份～29份树脂，30份～34份固化剂，0.35份～0.55份促进剂组成，所述树脂为F51酚醛环氧树脂或双马树脂，所述固化剂为MNA-甲基纳迪克酸酐，所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑。

3.根据权利要求1或2所述石油测井仪器专用复合绝缘体组合物，其特征在于所述绝缘体组合物按质量比，该组合物至少由20份S2玻璃维纤，20份2400TEX玄武岩纤维，26份～28份树脂，31份～33份固化剂，0.4份～0.5份促进剂组成，所述树脂为F51酚醛环氧树脂或双马树脂，所述固化剂为MNA-甲基纳迪克酸酐，所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑。

4.根据权利要求3所述石油测井仪器专用复合绝缘体组合物，其特征在于所述绝缘体组合物按质量比，该组合物至少由20份S2玻璃维纤，20份2400TEX玄武岩纤维，27.09份树脂，32.5份固化剂，0.41份促进剂组成，所述树脂为F51酚醛环氧树脂或双马树脂，所述固化剂为MNA-甲基纳迪克酸酐，所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑。

5.一种权利要求1所述石油测井仪器专用复合绝缘体的制备方法，按下述步骤进行：

(1)卷制绝缘体坯料，按客户要求管材直径选取芯模，将芯模放入烘箱中预热至60℃，再在芯模上外涂硅脂脱模剂，然后放在数控缠绕机模具架上，给缠绕机纱架上安装10团S2玻璃纤维和10团2400TEX玄武岩纤维，缠绕至所需绝缘体管材的外径尺寸，进行交叉缠绕，往复缠绕角为25°～45°，在最外一层表面包裹一层热收缩带；

(2)将卷制好的绝缘体坯料装入模腔的外模内，外成型模为配合对模，上下两模块配合后用橡胶衬垫密封，并用活动夹具固定，将固定好的外模放入模子(4)腔内，连接好管路，并开启外模加热至115℃～120℃，温度到达后，再开启抽真空(9)系统，抽掉模具内的空气，真空度为0.3-0.5MPa，抽真空时间1.5小时～2.5小时；

(3)胶料配置：

①、按制做产品的重量计算胶料含量，将100份F51酚醛环氧树脂，倒入反应釜2内，将反应釜2加热至150℃，再倒入70份双马树脂搅拌2.0小时～2.5小时，自然冷却至40℃后即为改性双马酚醛环氧树脂；

②、按质量配比：改性双马酚醛环氧树脂∶MNA甲基纳迪克酸酐∶2-乙基-4-甲基咪唑＝95份～110份∶110份～130份∶1份～2.5份；

③、配比添加次序为：改性双马酚醛环氧树脂加入固化剂MNA酸酐，搅拌均匀后再加入促进剂咪唑，再搅拌均匀，静置20分钟；

(4)将配制好的胶料倒入胶料混合罐1，先关闭胶料混合罐1下的放胶阀门5，开启真空泵9，抽掉胶料混合罐1中的气隙，保证真空度为0.5-0.8MPa之间；

(5)将抽过真空的胶料放入压力釜2中，关闭放胶阀门5，开启压力釜电源，给施加正压力5MPa，然后开进胶阀门，再开出胶阀门，待胶料填充整个膜腔时，回胶罐也有胶液向外涌洒时，再依次关闭出胶阀门、进胶阀门和压力釜电源，这时真空浸胶完成；

(6)通过加热电阻丝11加热固化，固化温度分三段，第一段为80℃--110℃加热0.5-1.5小时；第二段为110℃--130℃加热1.5-2.5小时；第三段为165℃--185℃加热2.5-3.5小时，待芯模温度自然冷却至40℃；

(7)取出固化好的带芯模的绝缘体，脱去内、外芯模，这时高温承压的毛坯绝缘体制作完成；

(8)二次加工，去掉外包收缩带，按所需长度定尺；

(9)、性能检测

检测指标：将试样放入在240℃的温度和170MPa条件下，并维持该条件2小时，待卸压并温度降至90℃时测定绝缘值≥200MΩ即判定为合格产品。

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