核方法测井用热中子屏蔽体材料及其生产工艺

摘要

本发明涉及一种核方法测井用热中子屏蔽体材料及其生产工艺，所述热中子屏蔽体材料由橡胶和屏蔽材料混合制得，其中屏蔽材料的质量占比不高于75％；所述橡胶为氟橡胶；所述屏蔽材料为碳化硼。本发明涉及的屏蔽体材料由橡胶材料与热中子吸收材料共混制得，采用橡胶模压硫化的成型工艺，获得的屏蔽体不仅具有吸收热中子的功能，同时具有橡胶材料的韧性和抗冲击性；该材料还具有橡胶材料能够模压成型异形结构的优点以及可以二次加工的特点，能充分匹配测井仪器中子信号发射与接收部件的形状与尺寸，利用本发明材料可模压硫化成型复杂制品，满足石油测井的实际使用需求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种中子屏蔽材料，具体涉及一种核方法测井用热中子屏蔽体材料及其生产工艺。

背景技术

目前的石油测井行业中，核方法测井所用的热中子屏蔽材料是在陶瓷基材中复合中子吸收材料制备而成的。但是这种材料存在明显的技术问题，需要烧结成型，成型后的尺寸稳定性差，不易二次加工，并且很难成型形状较为复杂的制品。同时，制得的产品由于陶瓷本身强度虽高但不耐冲击的特性，使得使用过程中极易发生损坏，寿命短、不耐用。

因此，提供一种具有较好韧性和抗冲击性，同时可以加工成较复杂形状的核方法测井用热中子屏蔽体，成为本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种核方法测井用热中子屏蔽体材料及其生产工艺，由橡胶和热中子吸收材料共混获得，具有较好的韧性和抗冲击性，克服现有陶瓷基材料易损坏、寿命短的技术缺陷。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

核方法测井用热中子屏蔽体材料，其特征在于：

所述热中子屏蔽体材料的生产原料包括橡胶和屏蔽材料，其中屏蔽材料的质量占比不高于75％。

所述橡胶为氟橡胶。

所述屏蔽材料为碳化硼。

所述热中子屏蔽体材料的生产原料包括以下质量份的组分：

氟橡胶 100份；

活性氧化镁 3-6份；

氢氧化钙 3-15份；

喷雾炭黑 3-30份；

硫化体系 0-6份；

碳化硼 30-75份。

所述硫化体系包括以下质量份的组分：

5#磷 0-2份；

3#硫化剂 0-2份；

双酚A 0-2份。

如所述的核方法测井用热中子屏蔽体材料的生产工艺，其特征在于：

以氟橡胶和碳化硼为原料，基于橡胶模压硫化成型工艺制得热中子屏蔽体。

所述生产工艺具体包括以下步骤：

步骤1：在开炼机上按照氟橡胶、活性氧化镁、氢氧化钙、喷雾炭黑、硫化体系、碳化硼的加料顺序进行混炼，混炼过程保证辊温不高于45℃，制得屏蔽混炼胶；

步骤2：将混炼制得的材料停放24小时后进行硫化成型作业，将材料装入模压成型模具，在平板硫化机上以温度150-160℃、压力5-10MPA、及时间 30-45min的条件下模压硫化成型制得热中子屏蔽体。

如所述的生产工艺制得的热中子屏蔽体，其特征在于：

所述热中子屏蔽体由所述热中子屏蔽体材料制得，呈圆柱体形，外壁具有轴向的条形导槽。

所述热中子屏蔽体外壁的条形导槽设置有两道，两道条形导槽的槽底为弧面，并在横截面上共圆；

两道条形导槽宽度相同，间隔90度设置。

所述热中子屏蔽体外壁的条形导槽设置有两道，一道条形导槽的槽底为弧面，另一道条形导槽的槽底为平面；

槽底为弧面的条形导槽的宽度大于槽底为平面的条形导槽的宽度，两道条形导槽间隔180度设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明涉及的屏蔽体材料由橡胶材料与热中子吸收材料共混制得，采用橡胶模压硫化的成型工艺，获得的屏蔽体不仅具有吸收热中子的功能，同时具有橡胶材料的韧性和抗冲击性。

另外，该材料还具有橡胶材料能够模压成型异形结构的优点以及可以二次加工的特点，能充分匹配测井仪器中子信号发射与接收部件的形状与尺寸，利用本发明材料可模压硫化成型复杂制品，满足石油测井的实际使用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1是利用本发明的材料制得的热中子屏蔽体截面图(实施例1)。

图2是利用本发明的材料制得的热中子屏蔽体立面图(实施例1)。

图3是利用本发明的材料制得的热中子屏蔽体截面图(实施例2)。

图4是利用本发明的材料制得的热中子屏蔽体立面图(实施例2)。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

本发明提供的一种核方法测井用热中子屏蔽体材料，其生产原料包括橡胶和屏蔽材料，所述橡胶为氟橡胶，所述屏蔽材料的质量占比不高于75％，在使用中可按实际所需的屏蔽效能，根据具体屏蔽体的设计尺寸来调整中子屏蔽材料在整体材料中所占比例，可以在30％-75％之间按设计需要调整。

屏蔽体在实际使用工况中需具有耐230℃高温、耐油、耐磨、较好的力学性能以及与屏蔽材料相容性好的特点，因此选用碳化硼作为屏蔽材料，碳化硼选用粉料，优选400目。各类含硼或锂材料的粉料均可作为中子吸收材料，综合考虑经济性，屏蔽效果择优选择碳化硼，具体粒径为400目时中子吸收材料与橡胶基材相容性最优具有良好的力学性能。

基于上述核方法测井用热中子屏蔽体材料的生产工艺为：以氟橡胶和碳化硼为原料，基于橡胶模压硫化成型工艺制得热中子屏蔽体。具体包括以下步骤：

首先准备所述热中子屏蔽体材料的生产原料，包括以下质量份的组分：

氟橡胶 100份；

活性氧化镁 3-6份；

氢氧化钙 3-15份；

喷雾炭黑 3-30份；

硫化体系 0-6份；

碳化硼 30-75份。

所述硫化体系包括以下质量份的组分：

5#磷 0-2份；

3#硫化剂 0-2份；

双酚A 0-2份。

步骤1：在开炼机上按照氟橡胶、活性氧化镁、氢氧化钙、喷雾炭黑、硫化体系、碳化硼的加料顺序进行混炼，混炼过程保证辊温不高于45℃，制得屏蔽混炼胶；

步骤2：将混炼制得的材料停放24小时后进行硫化成型作业，将材料装入模压成型模具，在平板硫化机上以温度150-160℃、压力5-10MPA、及时间 30-45min的条件下模压硫化成型制得热中子屏蔽体。

通过上述工艺可以加工成形状较复杂的测井用热中子屏蔽体，可作为测井仪器(即中子探测器)的关键构件。混炼胶中的橡胶部分为屏蔽体提供韧性并起到快中子慢化的作用，作为填料的屏蔽材料起到吸收屏蔽功能，具体屏蔽效能可通过屏蔽材料的添加比例来调整。

如图1和图2的实施例1所示，热中子屏蔽体呈圆柱体形，外壁具有轴向的条形导槽，条形导槽设置有两道，两道条形导槽的槽底为弧面，并在横截面上共圆；两道条形导槽宽度相同，间隔90度设置。

如图3和图4的实施例2所示，热中子屏蔽体呈圆柱体形，外壁具有轴向的条形导槽，条形导槽设置有两道，一道条形导槽的槽底为弧面，另一道条形导槽的槽底为平面；槽底为弧面的条形导槽的宽度大于槽底为平面的条形导槽的宽度，两道条形导槽间隔180度设置。

由于本发明涉及的材料原料和工艺方法能进行复杂制品的制造，为充分匹配测井仪器中子信号发射与接收部件的形状与尺寸，可根据具体需求对热中子屏蔽体的构造进行改变和调整，获得异形构件，且可进行二次加工，如切削等。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。