CN1272399C - 深钻孔地应力测试高强水下胶及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深钻孔地应力测试高强水下胶及制备方法，它由甲苯二异氰酸酯TDI、蓖麻油、环氧丙烯酸树脂、苯乙烯、过氧化苯甲酰、二月桂酸二丁基锡、二甲基苯胺构成。首先将蓖麻油在常压下脱水；其次蓖麻油和甲苯二异氰酸酯在反应桶进行反应，并不停地搅拌一定时间；第三是反应后的物料让其降温，再加入蓖麻油和环氧丙烯酸树脂，苯乙烯混合即成水下胶的主剂；第四是将主剂放置一定时间；第五是将主剂与过氧化苯甲酰、二月桂酸二丁基锡、二甲基苯胺混合搅拌均匀后，便得到高强水下胶。本发明工艺简单，可操作性强，剪切强度高，耐化学性，主剂储存时间为半年。

Description

深钻孔地应力测试高强水下胶及制备方法

                           技术领域

本发明涉及一种水下粘结的非饱和改性丙烯酸树脂高强水下胶，适合深钻孔水下地应力解除法测试中直接将电阻应变丛粘贴在测孔岩壁上较为特殊的条件下的粘结胶，也可以作为水下固体粘结的粘结胶，同时还涉及水下胶的制备方法。

                           背景技术

常规的应变片粘结剂仅能适用于干燥环境中，对于在有水的钻孔中粘结应变片需要应用能在潮湿及水下固化的热固性结构胶，目前国内新开发的几种能在水下固化的环氧树脂类粘结剂，因其反应机理受到很大的局限。研制出一种属游离基型反应机理的新型丙烯酸脂水下胶结剂属SGA，既第二代丙烯酸脂水下胶结剂，它是以丙烯酸脂环氧为基体，分子结构中引入了一定量的含异氰酸酯基团的改性聚合物弹性体，以特种固化剂进行固化，因此就胶结剂本身的性能而言，综合了不饱和聚酯树脂，聚氨酯树脂等材料的多种优异性能，具有能在潮湿及水下固化，固化时间可调(几分钟～数十小时)，操作性能好，亦可低温固化(-20℃)，耐化学腐蚀及优异的物理力学性能等特点。

钻孔孔壁应变测量法的关键是直接将电阻丝应变丛粘贴在测孔岩壁上，其粘贴质量好坏直接影响测量成果的成败。深钻孔地应力测量是在含水的钻孔中将应变计粘贴在测孔内，因此对粘结剂提出了特殊的要求：①具有足够的粘结强度；②与水接触具有可溶性，并且不能有不良反应；③在初凝前粘度小、流动性大、可灌性高，从初凝到终凝时间短，整个固化时间从调制粘结剂到完全固化控制在2小时之内，在深钻孔套心应力解除地应力测量初期，粘结剂依靠进口。

目前国内的现有产品大多以环氧树脂和不饱和聚酯树脂能在水下固化的粘结剂，因其反应机理受到了很大的局限性，该类型的胶均不能满足深钻孔地应力测量的需要，主要表现在以下几个方面：(1)在水下粘结的强度不能满足要求；(2)与水接触具有不可溶性；(3)固化时间不好控制。

                         发明内容

本发明的目的在于提供一种深钻孔地应力测试高强水下胶，该胶具有绝缘作用，该胶中含有一定量与-OH反应活性较高的-NCO基团，因此在浸润过程中，水膜遭到破坏，缝隙中的水也参加到胶粘剂的固化反应中来，浸润及扩散得以顺利进行，另一方面，采用了耐水解的过氧化苯甲酰固化剂，从而达到能在水下固化，获得良好的粘结强度。剪切强度高，耐化学性。

本发明的另一个目的在于提供一种非饱和改性丙烯酸树脂高强水下胶的制备方法，工艺简单，方法易行。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：首先制备高强水下胶的主剂，主剂加入固化剂调制后，即可投入使用。为了检验本发明的高强水下胶与进口水下胶在水下的粘结效果，在室内进行了电阻应变丛的粘结对照试验，取一段外径为Φ62mm、内径为Φ36mm、长为500mm的岩心进行对照试验。对照试验过程如下：(1)在水下同时用两种胶水在内径为Φ36mm岩心两端孔中各自进行电阻丛的粘结；(2)胶水固化后，在岩心表面分级施加相同的围压，在施加围压之前，进行应变测试，然后每施加一级围压，读一次应变值。测试结果表明：两种水下胶水粘结的电阻应变丛的应变值的差异可以忽略不计。

为了检验本发明高强水下胶粘结电阻应变丛测试结果的准确性，在室内也进行了模拟试验，试验过程如下：用铝合金模拟上述岩心进行测试，首先对模拟岩心的铝合金进行弹性模量的测试。然后用水下胶粘结电阻应变丛进行测试，用电阻应变丛的测试结果，计算模拟岩心铝合金的弹性模量，计算结果表明，用水下胶粘结电阻应变丛测试所得的弹性模量与模拟岩心铝合金的弹性模量值十分接近。

本发明是通过以下原料制配的：它由甲苯二异氰酸酯TDI、蓖麻油、环氧丙烯酸树脂、苯乙烯、麝香草酚、过氧化苯甲酰、二月桂酸二丁基锡、二甲基苯胺均按一定比例构成。其中主剂的重量配比是：甲苯二异氰酸酯(TDI)55-78份，蓖麻油194-273份，环氧丙烯酸树脂1000-1750份，苯乙烯250～350份混合后，便得到高强水下胶的主剂。麝香草酚(15～20份)是阻凝剂，若高强水下胶主剂发现有初凝聚现象时加入麝香草酚，否则不加。

取以上高强水下胶的主剂与过氧化苯甲酰、二月桂酸二丁基锡、二甲基苯胺按一定比例调制即制得本发明高强水下胶，相应的重量配比为：以上主剂95-105份、过氧化苯甲酰0.8-1.2份、二月桂酸二丁基锡0.1-0.5份、二甲基苯胺0.05-0.1份，混合后，便得到高强水下胶。

工艺操作过程如下：

(1)、蓖麻油脱水：在常压条件下加温至118-122℃烘3.5-4.5小时；

(2)、在反应桶中分两次加入蓖麻油，第一次加入总量的96～137.2份蓖麻油，边搅拌边将甲苯二异氰酸酯(TDI)55-78加入到蓖麻油中，反应桶中的物料在混合反应过程中物料的温度会上升(70-90℃)，待反应桶中物料温度下降到70℃时，再将反应桶放到电炉上加温，并不断搅拌，反应温度控制在70℃～80℃，搅拌时间为1.5～2小时；

(3)、反应桶中合成好的物料让其自然降温到40℃；

(4)、反应桶中合成好的物料自然降温到40℃后，第二次加入98-135.8蓖麻油，蓖麻油边倒边搅拌；

(5)、在第(4)步完成后，接着加入环氧丙烯酸树脂1000-1750；

(6)、在第(5)步的物料中加入苯乙烯250-350，搅拌均匀即合成了高强水下胶的主剂；

(7)、将水下胶主剂放置1.5-2.5小时；

(8)、将主剂、过氧化苯甲酰、二月桂酸二丁基锡、二甲基苯胺入烧杯中，混合搅拌均匀后，便得到高强水下胶。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

解决了水下胶在粘结过程中钻孔壁上的水膜也能加入到了固化剂的固化反应，水下胶在粘结过程中的浸润和扩散能够顺利进行，同时又解决了水下胶粘结强度问题。根据固化剂加量的多少可以控制固化时间的长短，有利于各种环境下的测试要求。根据试验结果表明：本发明的产品与传统产品比较具有以下特点：具有能在潮湿及水下固化，固化时间可调(几分钟～数十小时)，操作性能好，亦可低温固化(-20℃)，耐化学腐蚀及优异的物理力学性能等特点。本发明工艺简单，可操作性强，剪切强度高，耐化学性，主剂储存时间在为半年。

本发明的高强水下胶的技术性能指标如下：

1.外观：棕黄半透明粘稠液；

2.粘度：1.3Pa·S(250C时旋转粘度剂测定)；

3.比重：10.71KN/m3；

4.酸度值：4.5；

5.储存期：在室温下密封条件下保存半年；

6.高强水下胶力学性能指标见下表。

      高强水下胶力学性能指标表

水下胶		抗剪强度MPa	抗压强度MPa
				室温(280C)	干粘结	11.7	4.09
水下粘结	13.5	3.8
			低温(-200C)		带霜粘结	9.17	--

                 具体实施方式

实施例1：

主剂原料                     用量为重量份

甲苯二异氰酸酯(TDI)          60或65或70或75或77.8或78

蓖麻油                       210或235或245或272.2或272.5

环氧丙烯酸树脂               1150或1350或1480或1600或1700或1730

苯乙烯                       255或260或275或288或295

在装有搅拌器、加热平台、温度计的反应桶中按下述步骤进行：

(1)、蓖麻油脱水：在常压条件下加温至118-122℃烘3.5～4.5小时；

(2)、在反应桶中放入105.5～137.2份蓖麻油，边搅拌边将甲苯二异氰酸酯(TDI)加入到蓖麻油中，反应桶中的物料在混合反应过程中物料的温度会上升，待反应桶中物料温度下降到70℃时，再将反应桶放到电炉上加温，并不断搅拌，反应温度控制在70℃～80℃，搅拌时间为1.5～2小时。

(3)、反应桶中合成好的物料让其自然降温到40℃。

(4)、反应桶中合成好的物料自然降温到40℃后，第二次加入104.5-135.8份蓖麻油，蓖麻油边倒边搅拌；

(5)、在第(4)步完成后，接着加入环氧丙烯酸树脂；

(6)、在第(5)步的物料中加入苯乙烯，搅拌均匀即合成了高强水下胶的主剂；

(7)、将水下胶主剂放置1.5-2.5小时；

(8)、准确称取以上主剂100份加入烧杯中、过氧化苯甲酰1份、二月桂酸二丁基锡0.3份、二甲基苯胺0.08份，混合搅拌均匀后，便得到高强水下胶。

实施例2：

原料                        用量为重量份

甲苯二异氰酸酯(TDI)         56或57或62或71或74或76

蓖麻油                      194或195或210或241或250或265或270

环氧丙烯酸树脂              1000或1010或1200或1305或1450或1550

苯乙烯                      265或278或285或300或320或345

在装有搅拌器、加热平台、温度计的反应桶中按下述步骤进行：

(1)、蓖麻油脱水：在常压条件下加温至118-122℃烘3.5～4.5小时；

(2)、在反应桶中放入96-137份蓖麻油，边搅拌边将甲苯二异氰酸酯TDI56-76加入到蓖麻油中，反应桶中的物料在混合反应过程中物料的温度会上升，待反应桶中物料温度下降到70℃时，再将反应桶放到电炉上加温，并不断搅拌，反应温度控制在70℃～80℃，搅拌时间为1.5～2小时。

(3)、反应桶中合成好的物料让其自然降温到40℃。

(4)、反应桶中合成好的物料自然降温到40℃后，再加入剩下的蓖麻油98-133，蓖麻油边倒边搅拌；

(5)、在第(4)步完成后，接着加入环氧丙烯酸树脂1000-1550；

(6)、在第(5)步的物料中加入苯乙烯265-345，搅拌均匀即合成了高强水下胶的主剂；

(7)、将水下胶主剂放置1.5-2.5小时；

(8)、准确称取以上主剂97或99或104份加入烧杯中、过氧化苯甲酰0.9或1.1份、二月桂酸二丁基锡0.28或0.4或0.45份、二甲基苯胺0.07或0.09份，混合搅拌均匀后，便得到高强水下胶。

Claims (3)

1、一种深钻孔地应力测试高强水下胶，它由以下重量份的原料制成：

原料                        重量份

甲苯二异氰酸酯              55-78

蓖麻油                      194-273

环氧丙烯酸树脂              1000-1750

苯乙烯                      250-350

混合制成主剂，然后取主剂与以下原料制备高强水下胶，其重量配比为：

原料                        重量份

主剂                        95-105

过氧化苯甲酰                0.8-1.2

二月桂酸二丁基锡            0.1-0.5

二甲基苯胺                  0.05-0.1。

2、根据权利要求1所述的一种深钻孔地应力测试高强水下胶，其特征是：

原料                        重量份

甲苯二异氰酸酯              56-57

蓖麻油                      194-196

环氧丙烯酸树脂              1150-1350

苯乙烯                      265-295

混合制成主剂，然后取主剂与以下原料制备高强水下胶，其重量配比为：

原料                        重量份

主剂                        100份

过氧化苯甲酰                1

二月桂酸二丁基锡            0.28

二甲基苯胺                  0.1。

3、一种用于实现权利要求1所述的深钻孔地应力测试高强水下胶的制备方法，它包括以下步骤：

(A)、蓖麻油脱水：在常压条件下加温至118-122℃烘3.5～4.5小时；

(B)、在反应桶中分两次加入蓖麻油，第一次加入总量的96-137.2份蓖麻油，边搅拌边将甲苯二异氰酸酯加入到蓖麻油中，反应桶中的物料在混合反应过程中物料的温度会上升，待反应桶中物料温度下降到70℃时，再将反应桶放到电炉上加温，并不断搅拌，反应温度控制在70℃～80℃，搅拌时间为1.5～2小时；

(C)、反应桶中合成好的物料让其自然降温到40℃；

(D)、反应桶中合成好的物料自然降温到40℃后，第二次加入98-135.8份蓖麻油，蓖麻油边倒边搅拌；

(E)、在第(D)步完成后，接着加入环氧丙烯酸树脂1000-1750；

(F)、在第(E)步的物料中加入苯乙烯250-350，搅拌均匀即合成了高强水下胶的主剂；

(G)、将水下胶主剂放置1.5-2.5小时；

(H)、将主剂、过氧化苯甲酰、二月桂酸二丁基锡、二甲基苯胺入烧杯中，混合搅拌均匀后，便得到高强水下胶。