CN102651250B - 一种石油测井仪器用复合绝缘材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种石油测井仪器用复合绝缘材料及其制备方法和应用。现有技术石油测井仪器橡胶保护套寿命短，严重影响测井工作效率和经济效益。为克服现有技术存在的不足，本发明提供的技术方案是：一种石油测井仪器用复合绝缘材料，按质量比，该材料由60~70份的非金属纤维，7~9份酚醛环氧树脂，7~9份氰酸脂树脂，12~16份甲基纳迪克酸酐，4~6份针状硅灰石组成，所述非金属纤维的单丝直径为9-13um。本发明使用寿命长，大大提高了测井工作效率和经济效益。

Description

一种石油测井仪器用复合绝缘材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种石油测井仪器用复合绝缘材料及其制备方法和应用。

背景技术

     传统XMAC石油测井仪器由橡胶内胆皮囊，晶体收发电子元件，两端带有内、外螺纹的金属窗口骨架，及橡胶外套保护皮囊组成。金属窗口骨架的主要作用是承载连接上下多种其他测井仪器的机械力。其多个金属窗口的作用是为了信号快速有效传递，骨架外的橡胶外套保护皮囊的作用是为了保护不被井壁岩石、碎屑划破受损及泥浆中含有的砾石进入窗口影响信号传输。内胆皮囊内有许多重要的接收或发射信号的电子晶体元件。采用橡胶材料做内胆皮囊是因为橡胶材料的弹性特点和它对声波信号传输的幅度衰减较小。同样采用橡胶做外套保护皮囊也是基于它对信号传递影响较小。一支测井仪器上有40多个发射或接收信号的电子晶体元件。一个信号发射或接收晶体价格在1.2万元左右。橡胶内胆皮囊价格在4000元左右，橡胶外套保护皮囊价格在3500元左右。

在XNAC测井仪器测井工作时，仪器在地下约2000m-6000m上下往复工作1-3小时，收集地下地层相关信息数据。其中橡胶外套保护皮囊不间断和井壁岩碎屑摩擦接触。地下2000-6000m工况条件下十分复杂，除高温（﹥150℃）、高压（100MPa-175MPa）及油、汽、水外，伴有腐蚀性有害气体（H2S,CO2）。这些有害气体在温度，压力共同作用下，致使橡胶老化十分严重，加之井壁划刮擦摩损，橡胶保护套寿命大大缩短。有时，在一口测井任务不能完成就发生仪器不能正常工作的现象。重新安装一个新的橡胶外套保护皮囊，需要把整串十几米长的多种系列仪器提升到井上，需要4-5小时时间。可以说是费工、费时、费料。严重影响测井工作效率和经济效益。

发明内容

本发明提供一种石油测井仪器用复合绝缘材料及其制备方法和应用，以克服现有技术石油测井仪器橡胶保护套寿命短，严重影响测井工作效率和经济效益的问题。

为克服现有技术存在的不足，本发明提供的技术方案是：一种石油测井仪器用复合绝缘材料，按质量比，该材料由60~70份的非金属纤维，7~9份酚醛环氧树脂，7~9份氰酸脂树脂，12~16份甲基纳迪克酸酐，4~6份针状硅灰石组成，所述非金属纤维的单丝直径为9-13um。

上述非金属纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维或陶瓷纤维。

上述石油测井仪器用复合绝缘材料的制备方法，所述方法为：

第一步:配置胶料

称取7~9份酚醛环氧树脂，7~9份氰酸脂树脂，混合后加热到40度后充分搅拌均匀，再加入12~16份甲基纳迪克酸酐搅拌30分钟，再加入4~6份针状硅灰石搅拌30分钟，然后将它们在保温30-40度的状态下静置1小时，胶料配置完成；

第二步:制作复合绝缘保护外壳材料

取60~70份的玻璃纤维或玄武岩纤维或陶瓷纤维或其他非金属纤维，要求单丝直径9-13um,150度烘烤2小时，排除潮气后放在数控缠绕机的纱架上，把预先配好的胶料导入数控缠绕机胶槽中，选择和橡胶保护外套皮囊内径同样尺寸的管芯模具安装在数控缠绕机上，将非金属纤维缠绕在模具上，缠绕壁厚较橡胶保护外套厚3-5毫米，完成后，在红外线烘箱内固化，依次在100℃固化1小时、在120℃固化2小时、在150℃固化3小时、在175℃固化2小时、在200℃固化2小时，最后自然降到常温，至此复合绝缘保护外壳材料制备完成。

上述石油测井仪器用复合绝缘材料用于制作XMAC声波测井仪器保护外套。

上述复合绝缘材料用于制作XMAC声波测井仪器保护外套的方法为：取上述制做的管材，以能完全遮挡声波仪器金属窗口为距离长度尺寸，将外径加工到和橡胶外套同样的尺寸，两端铣槽，配置上防止串动的管箍挡环，然后按照金属窗口位置，在复合绝缘外壳上均匀钻上直径为3毫米的小孔，小孔的纵横间距为8毫米或10毫米，这样，复合绝缘保护外套制做完成。

本发明相对于现有技术，具有如下优点和效果：

1.    本发明制做的复合绝缘保护外套耐高温，耐腐蚀，对声波信号的传递衰减干扰小，耐磨损性能远优异于橡胶材料。可以说不但减少了材料损耗和延长了测井仪器使用寿命，而且节约了因长期橡胶外套损坏而更换耽误的时间。具体指标：耐温大于175°C,耐压力大于140MPa,绝缘值大于500MΩ.测井数量大于10口完好。

2.    按中国国内目前测井装备的XMAC测井仪器数量和测井频率来算，若大批量在国内各油田测井队推广，每年直接节约在1000万元人民币，间接经济效益也不可低估。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种石油测井仪器用复合绝缘材料，按质量比，该材料由60~70份的非金属纤维，7~9份酚醛环氧树脂，7~9份氰酸脂树脂，12~16份甲基纳迪克酸酐，4~6份针状硅灰石组成，所述非金属纤维的单丝直径为9-13um。上述非金属纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维或陶瓷纤维。

上述石油测井仪器用复合绝缘材料的制备方法，所述方法为：

第一步:配置胶料

称取7~9份酚醛环氧树脂，7~9份氰酸脂树脂，混合后加热到40度后充分搅拌均匀，再加入12~16份甲基纳迪克酸酐搅拌30分钟，再加入4~6份针状硅灰石搅拌30分钟，然后将它们在保温30-40度的状态下静置1小时，胶料配置完成；

第二步:制作复合绝缘保护外壳材料

取60~70份的玻璃纤维或玄武岩纤维或陶瓷纤维或其他非金属纤维，要求单丝直径9-13um,150度烘烤2小时，排除潮气后放在数控缠绕机的纱架上，把预先配好的胶料导入数控缠绕机胶槽中，选择和橡胶保护外套皮囊内径同样尺寸的管芯模具安装在数控缠绕机上，将非金属纤维缠绕在模具上，缠绕壁厚较橡胶保护外套厚3-5毫米，完成后，在红外线烘箱内固化，依次在100℃固化1小时、在120℃固化2小时、在150℃固化3小时、在175℃固化2小时、在200℃固化2小时，最后自然降到常温，至此复合绝缘保护外壳材料制备完成。

上述石油测井仪器用复合绝缘材料用于制作XMAC声波测井仪器保护外套。其制作方法为：取上述制做的管材，以能完全遮挡声波仪器金属窗口为距离长度尺寸，将外径加工到和橡胶外套同样的尺寸，两端铣槽，配置上防止串动的管箍挡环，最重要的是要按照金属窗口位置在复合绝缘外壳上均匀钻上直径为3毫米的小孔，小孔的纵横间距为8毫米或10毫米，这样，复合绝缘保护外套制做完成。

实施例1：一种石油测井仪器用复合绝缘材料，按质量比，该材料由65份的非金属纤维，8份酚醛环氧树脂，8份氰酸脂树脂，14份甲基纳迪克酸酐，5份针状硅灰石组成，所述非金属纤维的单丝直径为9-13um。上述非金属纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维或陶瓷纤维。

上述石油测井仪器用复合绝缘材料的制备方法，所述方法为：

第一步:配置胶料

称取8份酚醛环氧树脂，8份氰酸脂树脂，混合后加热到40度后充分搅拌均匀，再加入14份甲基纳迪克酸酐搅拌30分钟，再加入5份针状硅灰石搅拌30分钟，然后将它们在保温30-40度的状态下静置1小时，胶料配置完成；

第二步:制作复合绝缘保护外壳材料

取65份的玻璃纤维或玄武岩纤维或陶瓷纤维或其他非金属纤维，要求单丝直径9-13um,150度烘烤2小时，排除潮气后放在数控缠绕机的纱架上，把预先配好的胶料导入数控缠绕机胶槽中，选择和橡胶保护外套皮囊内径同样尺寸的管芯模具安装在数控缠绕机上，将非金属纤维缠绕在模具上，缠绕壁厚较橡胶保护外套厚3-5毫米，完成后，在红外线烘箱内固化，依次在100℃固化1小时、在120℃固化2小时、在150℃固化3小时、在175℃固化2小时、在200℃固化2小时，最后自然降到常温，至此复合绝缘保护外壳材料制备完成。

上述石油测井仪器用复合绝缘材料用于制作XMAC声波测井仪器保护外套。

上述复合绝缘材料用于制作XMAC声波测井仪器保护外套的方法为：取上述制做的管材，以能完全遮挡声波仪器金属窗口为距离长度尺寸，将外径加工到和橡胶外套同样的尺寸，两端铣槽，配置上防止串动的管箍挡环，然后按照金属窗口位置，在复合绝缘外壳上均匀钻上直径为3毫米的小孔，小孔的纵横间距为8毫米或10毫米，这样，复合绝缘保护外套制做完成。

实施例2：一种石油测井仪器用复合绝缘材料，按质量比，该材料由60份的非金属纤维，7份酚醛环氧树脂，7份氰酸脂树脂，12份甲基纳迪克酸酐，4份针状硅灰石组成，所述非金属纤维的单丝直径为9-13um。上述非金属纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维或陶瓷纤维。

上述石油测井仪器用复合绝缘材料的制备方法，所述方法为：

第一步:配置胶料

称取7份酚醛环氧树脂，7份氰酸脂树脂，混合后加热到40度后充分搅拌均匀，再加入12份甲基纳迪克酸酐搅拌30分钟，再加入4份针状硅灰石搅拌30分钟，然后将它们在保温30-40度的状态下静置1小时，胶料配置完成；

第二步:制作复合绝缘保护外壳材料

取60份的玻璃纤维或玄武岩纤维或陶瓷纤维或其他非金属纤维，要求单丝直径9-13um,150度烘烤2小时，排除潮气后放在数控缠绕机的纱架上，把预先配好的胶料导入数控缠绕机胶槽中，选择和橡胶保护外套皮囊内径同样尺寸的管芯模具安装在数控缠绕机上，将非金属纤维缠绕在模具上，缠绕壁厚较橡胶保护外套厚3-5毫米，完成后，在红外线烘箱内固化，依次在100℃固化1小时、在120℃固化2小时、在150℃固化3小时、在175℃固化2小时、在200℃固化2小时，最后自然降到常温，至此复合绝缘保护外壳材料制备完成。

上述石油测井仪器用复合绝缘材料用于制作XMAC声波测井仪器保护外套。

上述复合绝缘材料用于制作XMAC声波测井仪器保护外套的方法为：取上述制做的管材，以能完全遮挡声波仪器金属窗口为距离长度尺寸，将外径加工到和橡胶外套同样的尺寸，两端铣槽，配置上防止串动的管箍挡环，然后按照金属窗口位置，在复合绝缘外壳上均匀钻上直径为3毫米的小孔，小孔的纵横间距为8毫米或10毫米，这样，复合绝缘保护外套制做完成。

实施例3：一种石油测井仪器用复合绝缘材料，按质量比，该材料由70份的非金属纤维， 9份酚醛环氧树脂， 9份氰酸脂树脂，16份甲基纳迪克酸酐，6份针状硅灰石组成，所述非金属纤维的单丝直径为9-13um。上述非金属纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维或陶瓷纤维。

上述石油测井仪器用复合绝缘材料的制备方法，所述方法为：

第一步:配置胶料

称取9份酚醛环氧树脂，9份氰酸脂树脂，混合后加热到40度后充分搅拌均匀，再加入16份甲基纳迪克酸酐搅拌30分钟，再加入6份针状硅灰石搅拌30分钟，然后将它们在保温30-40度的状态下静置1小时，胶料配置完成；

第二步:制作复合绝缘保护外壳材料

取70份的玻璃纤维或玄武岩纤维或陶瓷纤维或其他非金属纤维，要求单丝直径9-13um,150度烘烤2小时，排除潮气后放在数控缠绕机的纱架上，把预先配好的胶料导入数控缠绕机胶槽中，选择和橡胶保护外套皮囊内径同样尺寸的管芯模具安装在数控缠绕机上，将非金属纤维缠绕在模具上，缠绕壁厚较橡胶保护外套厚3-5毫米，完成后，在红外线烘箱内固化，依次在100℃固化1小时、在120℃固化2小时、在150℃固化3小时、在175℃固化2小时、在200℃固化2小时，最后自然降到常温，至此复合绝缘保护外壳材料制备完成。

上述石油测井仪器用复合绝缘材料用于制作XMAC声波测井仪器保护外套。其制作方法为：取上述制做的管材，以能完全遮挡声波仪器金属窗口为距离长度尺寸，将外径加工到和橡胶外套同样的尺寸，两端铣槽，配置上防止串动的管箍挡环，最重要的是要按照金属窗口位置在复合绝缘外壳上均匀钻上直径为3毫米的小孔，小孔的纵横间距为8毫米或10毫米，这样，复合绝缘保护外套制做完成。

以下为对本发明一种石油测井仪器用复合绝缘材料的性能实验方法和实验结果：

1.耐腐蚀性实验：

耐腐蚀性试验按GB/T 3857-2005 玻璃纤维增强热固性塑料耐化学介质性能试验方法进行。

1）试样制备

从高温承压复合管材沿轴向取厚度6.5mm±0.1mm标准试样3支。    

2）试验程序

① 测定浸泡前试样的特性。

a.外观，  b.几何尺寸。

② 将试样浸没在盛有1N浓度硝酸的玻璃容器中，溶剂高出试样上端50mm，记录试验开始时间，保持试验100h，玻璃容器应加盖存放以保持化学介质的浓度和组成。

③ 时间到后按下列步骤操作:

a.观察试验化学介质是否有颜色变化，有无沉淀物生产

b.观察试样表面是否有裂纹、失光、腐蚀、气泡、软化等缺陷。

c.将试样用自来水冲洗干净后，再用滤纸吸干表面水分，测量试样几何尺寸。

3）试验判定

试样浸泡100h小时后，试验表面没有裂纹、气泡、腐蚀等，几何尺寸应无明显变化。      

2.耐温性实验：

耐温性实验按GB/T 9979-2005 纤维增强塑料高低温力学性能试验方法进行，试验后性能测试符合表1的要求。

耐温性试验程序如下：

a)    将标准试样两端固定高温导线与500V摇表接通，放置于烘箱。

b)    分别从室温升至150℃、175℃、200℃、240℃恒温1小时测量绝缘值。

在下表的温度条件下，恒温1小时，产品的绝缘和外观性能符合表1要求。

3.高温高压试验

高温高压试验按照SY/T 5102 规定的方法、按175℃、140Mpa指标进行试验，试验后表面没有裂纹、气泡、腐蚀等，几何尺寸应无明显变化。试验后材料能承受车、铣、刨、磨及螺纹等机械加工，且加工后的表面不脱层、掉渣、裂纹皱折等。表面粗糙度易达到技术规定。

Claims (5)

1.一种石油测井仪器用复合绝缘材料，其特征在于：该材料按质量比，由60~70份的非金属纤维，7~9份酚醛环氧树脂，7~9份氰酸脂树脂，12~16份甲基纳迪克酸酐，4~6份针状硅灰石组成，所述非金属纤维的单丝直径为9-13um。

2.根据权利要求1所述一种石油测井仪器用复合绝缘材料，其特征在于：上述非金属纤维为玻璃纤维或玄武岩纤维或陶瓷纤维。

3.一种制备权利要求1或2所述一种石油测井仪器用复合绝缘材料的制备方法，所述方法为：

第一步:配置胶料

称取7~9份酚醛环氧树脂，7~9份氰酸脂树脂，混合后加热到40度后充分搅拌均匀，再加入12~16份甲基纳迪克酸酐搅拌30分钟，再加入4~6份针状硅灰石搅拌30分钟，然后将它们在保温30-40度的状态下静置1小时，胶料配置完成；

第二步:制作复合绝缘保护外壳材料

取60~70份的玻璃纤维或玄武岩纤维或陶瓷纤维或其他非金属纤维，要求单丝直径9-13um,150度烘烤2小时，排除潮气后放在数控缠绕机的纱架上，把预先配好的胶料导入数控缠绕机胶槽中，选择和橡胶保护外套皮囊内径同样尺寸的管芯模具安装在数控缠绕机上，将非金属纤维缠绕在模具上，缠绕壁厚较橡胶保护外套厚3-5毫米，完成后，在红外线烘箱内固化，依次在100℃固化1小时、在120℃固化2小时、在150℃固化3小时、在175℃固化2小时、在200℃固化2小时，最后自然降到常温，至此复合绝缘保护外壳材料制备完成。

4.根据权利要求1或2所述一种石油测井仪器用复合绝缘材料用于制作XMAC声波测井仪器保护外套。

5.根据权利要求4所述一种石油测井仪器用复合绝缘材料用于制作XMAC声波测井仪器保护外套的制作方法为：取权利要求3所述方法制作的管材，以能完全遮挡声波仪器金属窗口为距离长度尺寸，将外径加工到和橡胶保护外套同样的尺寸，两端铣槽，配置上防止串动的管箍挡环，然后按照金属窗口位置，在复合绝缘保护外壳上均匀钻上直径为3毫米的小孔，小孔的纵横间距为8毫米或10毫米，这样，复合绝缘保护外套制作完成。