[发明专利]一种耐老化可钻复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐老化可钻复合材料，包括以下重量份的原料：环氧树脂100份，芳香族固化剂20‑100份，活性稀释剂5‑30份，抗氧剂0.1‑1份，硅烷偶联剂1‑10份，疏水改性剂1‑10份，增强纤维10‑50份，防护聚合物10份，无机纳米材料5‑10份，无水乙醇50‑100份；先将芳香族固化剂溶解于活性稀释剂中，然后加环氧树脂、硅烷偶联剂、疏水改性剂，再将其与增强纤维按一定工艺成型及固化，完成后制成复合材料工具，将防护聚合物和无机纳米材料分散到无水乙醇中制成涂层乙醇分散液，涂覆在复合材料工具表面，80℃烘干固化。本发明的可钻复合材料具有优异的力学性能、耐热老化性能、耐水性能，可用于油气开采过程中对老化性能、耐水性能、耐腐蚀性能要求较高的可钻复合材料工具的制备。

技术领域

本发明属于井下工具用材料技术领域，具体涉及一种耐老化可钻复合材料及其制备方法。

背景技术

由于复合材料具有易钻铣，碎屑比重低，易循环排出井筒等特点，同时具有可设计性，国内外都开始了将非金属复合材料应用于石油井下工具的技术研究，目前国外已经研制了比较成熟的复合材料井下工具，主要为桥塞。纤维复合材料的应用领域不断扩大，逐步应用于分层注水、分层采油、分层防砂等工艺，为保证工具长期、有效工作，对可钻复合材料长效性、耐腐蚀性等提出了更高的要求。

可钻复合材料在井下服役中不可避免地会受到温度、氧、水等多种介质的腐蚀和老化作用，使制品表面遭受破坏、造成树脂的降解等，从而导致宏观力学性能的退化。目前复合材料在海洋、航空航天以及一些民用领域应用较多，关于复合材料的腐蚀性能研究也都是在相关领域的使用条件下进行的，目前也形成了一些提高复合材料长效性能的方法：①改善树脂基体的种类及固化度；②增强材料、添加剂的种类及表面物性；③基体与基材的界面粘接性能；④耐腐蚀层的构成形式；⑤改进加工工艺。

复合材料在井下存在以下诸多问题：①树脂长期浸泡变形，膨胀；②材料在井下的表面腐蚀严重；③树脂与纤维浸泡后分离脱落。以上问题严重影响了复合材料井下工具的使用寿命和可靠性，因此亟需材料性能的提升。复合材料性能的提升直接影响井下工具的设计、可靠性，直接影响井下工具甚至整个工艺所能够达到的技术水平，提高复合材料的长效性可扩大工具的应用领域，实现规模化和产业化，对实现井下工具的非金属化、解决目前现场存在的问题具有极其重要的意义。

CN201710149125.4公开了一种提高可钻复合材料钻磨速度的方法，在制备可钻复合材料的过程中，引入膨胀剂，该膨胀剂均匀地分散在复合材料的基体材料中；无需通过更换增强纤维材料、牺牲复合材料的整体力学性能来提高复合材料的钻磨速度。具体应用时，可根据不同的井况调节引入的膨胀剂的种类和比例，具有更好的可调控性和适应性，可在通过优化钻磨工艺的基础上进一步提高复合材料的钻磨速率。

中国文献化学研究与应用（2016. 9,1294-1300）公开了聚酯纤维布混杂增强环氧树脂可钻复合材料的制备与性能研究，采用聚酯纤维布与碳纤维、Kevlar纤维分别混杂增强环氧树脂，制备满足油田开发的可钻桥塞用高性能复合材料。发现以液体芳胺替代固体芳胺，仍然能保持相近的玻璃化转变温度和力学强度；TDE用量30%，活性稀释剂的用量在10%，能保证树脂对纤维的充分浸润，达到较佳的力学性能；聚酯纤维与碳纤维、Kevlar纤维混杂增强的环氧树脂复合材料，拉伸模量和断裂强度随着碳纤维和Kevlar纤维含量的增加，聚酯纤维/碳纤维增强的复合材料表现出较低的断裂伸长率；经过室内钻磨实验测试，该环氧树脂复合材料钻磨速度快，能够实现工具的快速移除。

以上专利以及文献中的材料均在一定程度上能够提高钻磨速度，但均未考虑材料老化对复合材料性能的影响。

发明内容

针对现有可钻复合材料在防老化和长效性上的不足，本发明之一是提供一种可延缓井下可钻复合材料工具老化速率，延长使用寿命的耐老化可钻复合材料，其技术方案是：

一种耐老化可钻复合材料，所述耐老化可钻复合材料包括以下重量份的原料：

环氧树脂 100份；