环氧树脂在岩心钻探施工中护壁和堵漏可行性论文

1、环氧树脂在岩心钻探施工中护壁和堵漏可行性初探摘要根据环氧树脂固化的化学物理特性，考虑应用于岩心钻 探 中对于不稳定地层的漏失和坍塌的防治。关键词环氧树脂、稀释剂和固化剂、 初凝和终凝时间、化学试 验、 处理剂配方比例、试验数据和结论一、化学简介环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高 分 子化合物。除个别外，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分 子结 构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位 于分子 链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环 氧基团， 使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不 熔的具有三 向网状结构的高聚物。二、广泛应用

2、作为一种特殊的化学材料，环氧树脂广泛地应用在如下行业： （1） 汽车工业（与之配套的电泳漆和维修用漆均需环氧树脂，随着汽车工 业 的发展用量巨大）； （2）船舶海洋工业（船舶、码头设施、海上建 筑、 钻井平台、输油管道、海水养殖设施等等，需要大量的环氧涂料 用于防 腐、防海洋生物污染）； （ 3）电力工业（从发电、输变电到用 电都需 要环氧树脂，如绝缘材料、干式变压器、开关、互感器、水利、 水电工 程）； （ 4）电子工业（为我国四大支柱产业之一，仅澳化环氧一项，每年即需 2 万多吨）； （5）集装箱工业（我国己成为世界主要集 装箱 生产基地，占世界总量的 10? 15%,集装箱用环氧树脂涂料

3、每年 需 3? 4万吨）； （ 6） 食品罐工业（食品罐头、食品贮存容器制造业持续高速发展，也需要越来越多的环氧树脂） 。因此，随着国民经济的 纵深发展， 环氧树脂的开发应用存在着巨大的空间和潜在市场。三、主要化学和物理特性（1）力学性能高。环氧树脂具有很强的内聚力， 分子结构致密 , 所 以它的力学性能高于酚醛树脂和不饱和聚酯等通用型热固性树脂。（2）附着力强。环氧树脂固化系中含有活性极大的环氧基、 疑 基 以及瞇键、胺键、酯键等极性基团，赋 Y 环氧固化物对金属、陶瓷、 玻 璃、混凝士、木材等极性基材以优良的附着力。（3）固化收缩率小。一般为 1? 2%是热固性树脂中固化收缩率最 小的品种

4、之一（酚醛树脂为 8? 10%；不饱和聚酯树脂为 4? 6%；有机 硅 树脂为 4? 8%）。线胀系数也很小，一般为 6X10-5/ Co 所以固化后 体积 变化不大。（4）工艺性好。 环氧树脂固化时基木上不产生低分子挥发物， 所 以可低压成型或接触压成型。 能与各种固化剂配合制造无溶剂、 高 固体、 粉末涂料及水性涂料等环保型涂料。（5）优良的电绝缘性。 环氧树脂是热固性树脂中介电性能最好 的 品种之一。（6）稳定性好抗化学药品性优良。 不含碱、盐等杂质的环氧树 脂 不易变质。只要贮存得当（密封、不受潮、不遇高温），其贮存期 为 1 年。超期后，若检验合格仍可使用。 环氧固化物具有优良的化学

5、 稳定性， 其耐碱、酸、盐等多种介质腐蚀的性能优于不饱和聚酯树脂、 酚醛树脂 等热固性树脂。因此，环氧树脂大量用作防腐蚀底漆。又因 环氧树脂固 化物呈三维网状结构，能耐油类等的浸渍，大量应用于油 槽、油轮、飞 机的整体油箱内壁衬里等。（7）环氧固化物的耐热性一般为 80? 100Co 环氧树脂的耐热品 种可达 200C 或更高。四、固化步骤环氧树脂、 稀释剂、固化剂以及其他添加剂按一定比例混合搅拌 , 经 过胶状流体、初凝膏状、凝胶、固化而成固体，详细过程如下：（1）液体一操作时间操作时间（也是工作时间或使用期）是固化时间的一部分。混合 之 后，树脂、固化剂混合物仍然是液体， 可以按要求进行工

6、作及适合 应用。 为了保证可靠的粘接， 后续施工和定位工作应该在固化操作时 间内做好。（ 2） 凝胶一进入固化混合物开始进入固化相 （也称作熟化阶段） ，这时它开始凝胶或 “突 变”。这时的环氧没有长时间的工作可能，也将失去粘性。它将 变成硬 橡胶似的软凝胶物，你用大拇指将能压得动它。因为这时混合 物只是局 部固化，新使用的环氧树脂仍然能与它化学链接，因此该未 处理的表而 仍然可以进行粘接或反应。无论如何，接近固化的混合物 这些能力在减 小。（3）固体一最终固化环氧混合物达到固化变成固体阶段，这时能砂磨及整型。这时你 用 大拇指已压不动它，在这时环氧树脂约有 90%的最终反应强度，因 此可 以

7、除去固定夹件，将它放在室温下维持若干天使它继续固化。这 时新使 用的环氧树脂不能与它进行化学链接，因此该环氧表面必须适 当地进行 预处理如打磨，才能得到好的粘接机械强度。五、环氧胶粘剂在土木建筑上的主要用途（表 1）工程类别 粘接对象典型用途主要组成基础结构岩石一岩石金属一石或混凝土金属一混凝土金属一金属疏松岩层的补强、 基础加固、预埋螺栓、底脚等， 柱子、 桩头、接长、悬臂梁加粗、桥梁加固、路面设施敷设 环 氧 稀释剂一 改性胺环氧一填料一改性胺双酚 S 环氧一缩水甘油胺树脂一丁基橡胶一改性胺地而 瓷、花岗石一混凝土金属一混凝土砂石一混凝土PVC橡胶一金属耐腐蚀地坪制造中粘结构及勾缝；地面防

8、滑和美化、净化；地板的铺设 环氧一填料一改性胺环氧一聚硫橡胶一改性胺 丙烯酸酯一环氧共聚乳液 维修混凝土、钢筋、灰浆 堤坝、闸门、建筑物的裂缝、缺损、 起壳的修复，新旧水泥粘接环氧一糖醇一改性胺环氧一沥青一改性胺环氧一活性石灰一改性胺装璜 金属、玻璃、大理石、瓷砖有机玻璃、聚碳酸酯 墙面、 门而、 招牌、广告牌的安装和装潢 环氧一聚氯酯环氧一有机硅橡胶六、环氧树脂及其固化特性适合岩心钻探施工中护壁堵漏的需要（1）根据表（1）中第一项、第二项所列举的粘结对象和用途考 虑 应用于岩心钻探施工的护壁和堵漏工序中。（4）初凝时间和终凝时间通过组成试剂的配比调整可控。 特别 是 初凝时间可以控制在 13

9、 小时之内，为向孔内下入压注管、盛载管 等 等工序预留充足的时间；十几小时到二十几小时终凝时间可以快速 实现 护壁堵漏效果并且为后续的透孔和正常的钻探工作节约时间，提 高工作 效率。（5）为适应一般作业机台的设备材料的配备状况， 用岩心管改 造 为混合物盛载管，另行设计压注管，压注接头，压注活塞等，以便 压注 工作的顺利进行。此设计为申请技术专利项目，至于环氧树脂混 合物在 护壁堵漏中的具体用量、注意事项和具体的操作方法等，将在 后续论文 中介绍说明。木论文的重点在于试验混合物的配比和初凝时 间的测试。七、几组试验数据的对比和分析试验试剂：一公斤铁桶包装的 E-44 型环氧树脂，活性稀释剂和

10、乙二胺固化剂。实验仪器： 500g 电子托盘称、计算器、烧杯、量筒、普通温度计、玻璃棒、 300ml 纸杯、水盆、钢锯条等。室温25 、水温20 ,环氧树脂量100、稀释剂量12. 5,固 化剂用量不同，如表 ( 2)所示纸杯盛装混合物，混合搅拌后置于 水盆 中凝胶固化。(表 2)固化剂量 时间间隔状态描述时间间隔状态描述终凝样块 密度15 2小时 膏状物，适合压注 5小时 膏状物，不硬，可以压 注 1. 1018 1小时膏状物，适合压注 5小时已无流动性，初凝状态 1. 1522 1 小时内部结块发硬5小时 比较硬，己无法压注1.26 室温25 、水温20 ,环氧树脂量100、稀释剂量12.

11、 5,固 化剂用量不同，如表 ( 3)所示纸杯盛装混合物，混合搅拌后置于 水盆 中凝胶固化。(表 3)固化剂量 时间间隔状态描述时间间隔状态描述终凝样块 密度17.8 2小时膏状物，适合压注 5小时已无流动性，初凝状态1. 1518.6 1： 20膏状物，适合压注 5小时 已无流动性，初凝状态1. 1719. 7 1： 20已发硬，絮状物 5小时 比较硬，己无法压注1. 2123. 5 1小时内部结块发硬 5小时比较硬，己无法压注1.29室温28 、冰箱冷藏室710 ,环氧树脂量100、稀释 剂 量 12.5,固化剂用量不同，如表 ( 4)所示纸杯盛装混合物，混合 搅拌后 置于水盆中在冰箱冷藏

12、室内凝胶固化。(表 4)固化剂量 时间间隔状态描述时间间隔状态描述终凝样块 密度18 2小时凝胶状态，可以压注5小时无流动性，发硬1. 1520 2小时凝胶状态，可以压注5小时无流动性，发硬1. 2122 2小时 已发硬，不可压注 5小时 比较硬，己无法压注1.25室温28 、冰箱冷藏室710 ,环氧树脂量100、稀释剂量 10,固化剂用量不同，如表(5)所示纸杯盛装混合物，混合搅拌后置于水盆中在冰箱冷藏室内凝胶固化（表 5） 固化剂量时间间隔密度17.86 1：20 膏状物，适1. 1517.83 1： 10 膏状 物，适可以20.26 1：05 压注22.00 1：00 结块发硬不宜压注 2： 00 比较硬，己无法压注1. 151.25（5）上述试验主要关注的是初凝时间，以掌握具体操作中的压 注 时机；终凝时间记录不甚确切，不同试块的终凝时间大约在12-36 小时之间，基木可以满足施工需要。另有其它不成系列的试验未列入 木文， 但也提供了有益的启示。八、结论（1） 通过试验可以明确环氧树脂混合物的固化胶结时间可控。 这 是应用在岩心钻探施工护壁堵漏环节的基木保证。（2）在室温大气压力的平常条件下、 在较低温度的条件下试验 结 果均可满足预期要求。（3）初凝时间与稀释剂加量成正比， 与固化剂加量成反比； 试 块 的密度与固化剂加量成正比。这是简单的定性认识。暂无定量