用于石油測井儀器的高強度復(fù)合承壓外殼及其制備方法
【專利摘要】用于石油測井儀器的高強度復(fù)合承壓外殼，包括陶瓷層、設(shè)置在陶瓷層外側(cè)的復(fù)合外套耐高溫抗磨抗腐蝕保護層、設(shè)置在陶瓷層和復(fù)合外套耐高溫抗磨抗腐蝕保護層之間的過渡層；其制備方法包括以下步驟：1）選擇氧化鋯瓷或氧化硅作為陶瓷層的材料，耐高溫彈性體偶聯(lián)劑作為過渡層材料，高強玻璃纖維或玄武巖纖維或芳綸纖維浸漬耐高溫樹脂固化劑作為復(fù)合外套耐高溫抗磨抗腐蝕保護層材料；2）通過計算公式并通過試驗得出6-10毫米的陶瓷層加1-1.5毫米的過渡層加5-10毫米的抗磨抗腐蝕保護層可以滿足使用要求；3）制備陶瓷層;；4）在陶瓷層外側(cè)設(shè)置過渡層，5）在過渡層外側(cè)設(shè)置耐高溫抗磨抗腐蝕保護層；具有優(yōu)異的耐熱性，從而保證絕緣值不得降低。
【專利說明】用于石油測井儀器的高強度復(fù)合承壓外殼及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油測井儀器領(lǐng)域，具體涉及用于石油測井儀器的高強度復(fù)合承壓外殼及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]石油工業(yè)勘探開發(fā)中，在鉆井過程或鉆井完成后會有一個重要的工作內(nèi)容是對井下的原油情況進行判定分析，包括原油層深度、原油層厚度、原油量等物理的或化學(xué)的性能參數(shù)。這就需要石油測井儀器來完成這項工作。
[0003]眾所周知，感應(yīng)測井與電磁波測井儀器是常規(guī)石油測井儀器裝備的重要組成部分，這些儀器一般都由電子線路和探頭(電極系、線圈系)兩部分組成，儀器探頭屬機電一體化。在全世界測井界電極系目前大都采用油壓平衡技術(shù)；該技術(shù)重要特征是:1)借助皮囊或活塞形成的流體移動封隔與平衡；2)將井下幾千米環(huán)境壓力由高溫復(fù)合材料絕緣外殼內(nèi)硅油傳遞到浸油的各部件上；3)這種外殼目前結(jié)構(gòu)是高溫復(fù)合絕緣管材；4)非金屬的高溫復(fù)合絕緣管材是為了有利于電信號的傳輸不受干擾。這種技術(shù)要求全部構(gòu)件在油浸和井下高溫高壓條件下性能參數(shù)不超過設(shè)計容限，從而保證電子儀與機械部分正常工作，使儀器的完整性能穩(wěn)定可靠。采用油壓平衡技術(shù)的電極系雖已應(yīng)用幾十年，但其工藝復(fù)雜，油液容易滲漏，給制作和應(yīng)用維修都帶來諸多不便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供用于石油測井儀器的高強度復(fù)合承壓外殼及其制備方法，該高強度復(fù)合承壓外殼制造的石油測井儀器，在儀器不用罐充硅油的情況下，且能夠承受幾千米井下巨大壓力，即絕對承壓。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
用于石油測井儀器的高強度復(fù)合承壓外殼，包括陶瓷層、設(shè)置在陶瓷層外側(cè)的復(fù)合外套耐高溫抗磨抗腐蝕保護層、設(shè)置在陶瓷層和復(fù)合外套耐高溫抗磨抗腐蝕保護層之間的過渡層。
[0006]所述陶瓷層是由氧化鋯瓷或氧化硅瓷構(gòu)成。
[0007]所述陶瓷層厚度為6-10毫米。
[0008]所述過渡層為耐高溫彈性體偶聯(lián)劑構(gòu)成。
[0009]所述耐高溫彈性體偶聯(lián)劑是由KH550或者KH560和丁腈橡膠或氟橡膠或聚硫橡膠組成的復(fù)合彈性體。
[0010]所述過渡層厚度為1-1.5毫米。
[0011]所述復(fù)合外套耐高溫抗磨抗腐蝕保護層是由高強玻璃纖維或玄武巖纖維或芳綸纖維浸潰耐高溫樹脂固化劑纏繞而成。
[0012]所述復(fù)合外套耐高溫抗磨抗腐蝕保護層厚度為5-10毫米。
[0013]所述耐高溫樹脂為耐高溫環(huán)氧樹脂或乙烯基樹脂或聚氨酯樹脂。
[0014]用于石油測井儀器的高強度復(fù)合承壓外殼的制備方法，包括以下步驟:
1)選擇氧化鋯瓷或氧化硅作為陶瓷層的材料，耐高溫彈性體偶聯(lián)劑作為過渡層材料，高強玻璃纖維或玄武巖纖維或芳綸纖維浸潰耐高溫樹脂固化劑作為復(fù)合外套耐高溫抗磨抗腐蝕保護層材料；
2)通過計算公式δ=〔pXD〕/ (2X Σ / S〕
其中S為管厚度.P為設(shè)計壓力.D為管外徑.Σ為抗拉強度.S為安全系數(shù).并通過試驗得出6-10毫米的陶瓷層加1-1.5毫米的過渡層加5-10毫米的抗磨抗腐蝕保護層可以滿足使用要求；
3)制備陶瓷層，具體做法是:等靜壓成型，毛坯加工，方窯燒結(jié)，燒結(jié)溫度1700度，機械加工，裝配；
4)在陶瓷層外側(cè)設(shè)置過渡層，具體做法是:用由KH550或者KH560和丁腈橡膠或氟橡膠或聚硫橡膠組成的復(fù)合彈性體處理陶瓷表面形成過渡層；
5)在過渡層外側(cè)設(shè)置耐高溫抗磨抗腐蝕保護層，具體做法是:采用計算機輔層結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)，計算最優(yōu)的結(jié)構(gòu)層并建立數(shù)據(jù)模型，纖維張力:1.8-4.5N/股，纏繞角度:30-60度，層與層的結(jié)構(gòu)關(guān)系:兩層縱向纏繞加一層環(huán)向纏繞，選用高強度單纖維抗拉強度2800-3100MPa、高模量彈性模量8600_8900MPa的耐酸玻璃纖維或玄武巖纖維或芳綸纖維浸潰耐高溫樹脂固化劑，通過計算機控制的數(shù)控纏繞設(shè)備在事先通過計算和設(shè)計的數(shù)據(jù)模型纏繞而成。
[0015]油井的直徑一般在300毫米以內(nèi)。井的深度不盡相同，有幾百米，也有1000米-8000米，像海洋石油井的深度在萬米以上。測井儀器最大外圓直徑為110毫米以內(nèi)，儀器長度不超過5米。井下幾千米的地質(zhì)環(huán)境十分復(fù)雜。在三、四千米井下溫度175°C、壓力140MPa以上，越深的溫度和壓力指標越高。同時還伴有原油、天然氣、水、腐蝕氣體H2S、C02、SO2等。目前國際通用的石油測井儀器工況條件指標大致為三種:
1)150°C10MPa ；
2)175°C140MPa ；
3)240 °C 175MPa ；
本發(fā)明的高強度復(fù)合承壓外殼在這樣的條件下，具有優(yōu)異的耐熱性，從而保證絕緣值不得降低。機械拉伸強度不得衰減，膨脹延伸率不得有大的變化。在耐應(yīng)力腐蝕作用下外觀顏色無變化，材質(zhì)結(jié)構(gòu)不得松弛、裂變、開裂。確保測井過程中信號傳遞準確，穩(wěn)定可靠。井壁巖石堅硬，在提升測井儀器過程中，絕對承壓外殼的耐磨性亦同樣顯得十分重要。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的高溫承壓絕緣外殼的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]其中:1為陶瓷層；2為過渡層；3為保護層。

【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述。
[0019]參見圖1，用于石油測井儀器的高強度復(fù)合承壓外殼，包括陶瓷層、設(shè)置在陶瓷層外側(cè)的復(fù)合外套耐高溫抗磨抗腐蝕保護層、設(shè)置在陶瓷層和復(fù)合外套耐高溫抗磨抗腐蝕保護層之間的過渡層。
[0020](—)最內(nèi)層材料為陶瓷材料,一般選用氧化錯瓷或氮化娃瓷,其厚度一般為6-10毫米范圍內(nèi)。
[0021](二)中間過渡層為耐高溫彈性體偶聯(lián)劑，一般選用KH550或者KH560和丁腈橡膠或氟橡膠或聚硫橡膠組成的復(fù)合彈性體。厚度一般為1-1.5毫米。
[0022](三)最外層為耐高溫、耐磨、抗H2SXO2氣體腐蝕的復(fù)合材料。一般選用高強度、高模量耐酸玻璃纖維(ECR)或玄武巖纖維或芳綸纖維(Kevlar)浸潰耐高溫樹脂固化劑，通過計算機控制的數(shù)控纏繞設(shè)備在事先通過計算和設(shè)計的數(shù)據(jù)模型纏繞而成。纏繞的厚度一般為5-10毫米。樹脂一般選用耐高溫環(huán)氧樹脂或乙烯基樹脂或聚氨酯樹脂。
[0023]本發(fā)明的高強度復(fù)合承壓外殼制備方法如下:
1)選擇氧化鋯瓷或氧化硅作為陶瓷層的材料，耐高溫彈性體偶聯(lián)劑作為過渡層材料，高強玻璃纖維或玄武巖纖維或芳綸纖維浸潰耐高溫樹脂固化劑作為復(fù)合外套耐高溫抗磨抗腐蝕保護層材料；
2)通過計算公式δ=〔pXD〕/ (2X Σ / S〕
其中S為管厚度.P為設(shè)計壓力.D為管外徑.Σ為抗拉強度.S為安全系數(shù).并通過試驗得出6-10毫米的陶瓷層加1-1.5毫米的過渡層加5-10毫米的抗磨抗腐蝕保護層可以滿足使用要求；
3)制備陶瓷層，具體做法是:等靜壓成型，毛坯加工，方窯燒結(jié)(燒結(jié)溫度1700度)，機械加工，裝配。
[0024]4)在陶瓷層外側(cè)設(shè)置過渡層，具體做法是:用由KH550或者KH560和丁腈橡膠或氟橡膠或聚硫橡膠組成的復(fù)合彈性體處理陶瓷表面形成過渡層。
[0025]5)在過渡層外側(cè)設(shè)置耐高溫抗磨抗腐蝕保護層，具體做法是:采用計算機輔層結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)，計算最優(yōu)的結(jié)構(gòu)層并建立數(shù)據(jù)模型，纖維張力:1.8-4.5N/股，纏繞角度:30-60度，層與層的結(jié)構(gòu)關(guān)系:兩層縱向纏繞加一層環(huán)向纏繞，選用高強度單纖維抗拉強度2800-3100MPa、高模量彈性模量8600_8900MPa的耐酸玻璃纖維或玄武巖纖維或芳綸纖維浸潰耐高溫樹脂固化劑，通過計算機控制的數(shù)控纏繞設(shè)備在事先通過計算和設(shè)計的數(shù)據(jù)模型纏繞而成。
[0026]考慮到石油測井儀器越輕越好的技術(shù)要求(輕質(zhì)化方向發(fā)展)，盡可能減少使用密度較大的非金屬復(fù)合材料。
[0027]本發(fā)明的、以這種復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)制造的、能夠承受地下幾千米高溫、高壓力的絕緣外殼生產(chǎn)的石油測井儀器，從而徹底告別傳統(tǒng)采用灌充硅油來保證石油測井儀器的絕緣外殼不被地下強大壓力破壞的技術(shù)。解決了困擾石油測井儀器制造行業(yè)多少年來因石油測井儀器高溫高壓下油液易滲漏、工藝復(fù)雜和維修及不方便的技術(shù)難題。給廣大石油測井儀器的研發(fā)、設(shè)計、制造人員提供了更多的選擇空間和廣闊的想象力。
[0028]不用灌充硅油就可以制造石油測井儀器可以說是石油測井儀器制造行業(yè)的一次革命。
[0029]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.用于石油測井儀器的高強度復(fù)合承壓外殼，其特征在于，包括陶瓷層、設(shè)置在陶瓷層外側(cè)的復(fù)合外套耐高溫抗磨抗腐蝕保護層、設(shè)置在陶瓷層和復(fù)合外套耐高溫抗磨抗腐蝕保護層之間的過渡層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于石油測井儀器的高強度復(fù)合承壓外殼，其特征在于，所述陶瓷層是由氧化鋯瓷或氧化硅瓷構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于石油測井儀器的高強度復(fù)合承壓外殼，其特征在于，所述陶瓷層厚度為6-10毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于石油測井儀器的高強度復(fù)合承壓外殼，其特征在于，所述過渡層為耐高溫彈性體偶聯(lián)劑構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于石油測井儀器的高強度復(fù)合承壓外殼，其特征在于，所述耐高溫彈性體偶聯(lián)劑是由KH550或者KH560和丁腈橡膠或氟橡膠或聚硫橡膠組成的復(fù)合彈性體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的用于石油測井儀器的高強度復(fù)合承壓外殼，其特征在于，所述過渡層厚度為1-1.5毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于石油測井儀器的高強度復(fù)合承壓外殼，其特征在于，所述復(fù)合外套耐高溫抗磨抗腐蝕保護層是由高強玻璃纖維或玄武巖纖維或芳綸纖維浸潰耐高溫樹脂固化劑纏繞而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的用于石油測井儀器的高強度復(fù)合承壓外殼，其特征在于，所述復(fù)合外套耐高溫抗磨抗腐蝕保護層厚度為5-10毫米。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于石油測井儀器的高強度復(fù)合承壓外殼，其特征在于，所述耐高溫樹脂為耐高溫環(huán)氧樹脂或乙烯基樹脂或聚氨酯樹脂。
10.用于石油測井儀器的高強度復(fù)合承壓外殼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)選擇氧化鋯瓷或氧化硅作為陶瓷層的材料，耐高溫彈性體偶聯(lián)劑作為過渡層材料，高強玻璃纖維或玄武巖纖維或芳綸纖維浸潰耐高溫樹脂固化劑作為復(fù)合外套耐高溫抗磨抗腐蝕保護層材料； 2)通過計算公式δ=〔pXD〕/ (2X Σ / S〕 其中S為管厚度.P為設(shè)計壓力.D為管外徑.Σ為抗拉強度.S為安全系數(shù).并通過試驗得出6-10毫米的陶瓷層加1-1.5毫米的過渡層加5-10毫米的抗磨抗腐蝕保護層可以滿足使用要求； 3)制備陶瓷層，具體做法是:等靜壓成型，毛坯加工，方窯燒結(jié)(燒結(jié)溫度1700度)，機械加工，裝配； 4)在陶瓷層外側(cè)設(shè)置過渡層，具體做法是:用由KH550或者KH560和丁腈橡膠或氟橡膠或聚硫橡膠組成的復(fù)合彈性體處理陶瓷表面形成過渡層； 5)在過渡層外側(cè)設(shè)置耐高溫抗磨抗腐蝕保護層，具體做法是:采用計算機輔層結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)，計算最優(yōu)的結(jié)構(gòu)層并建立數(shù)據(jù)模型，纖維張力:1.8-4.5N/股，纏繞角度:30-60度，層與層的結(jié)構(gòu)關(guān)系:兩層縱向纏繞加一層環(huán)向纏繞，選用高強度單纖維抗拉強度2800-3100MPa、高模量彈性模量8600_8900MPa的耐酸玻璃纖維或玄武巖纖維或芳綸纖維浸潰耐高溫樹脂固化劑，通過計算機控制的數(shù)控纏繞設(shè)備在事先通過計算和設(shè)計的數(shù)據(jù)模型纏繞而成。
【文檔編號】E21B47/00GK104165049SQ201410385699
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】吳亞民 申請人:吳亞民