CN101975038B

CN101975038B - 泥岩冷却气取岩样的装置及其取岩样的方法

Info

Publication number: CN101975038B
Application number: CN 201010500263
Authority: CN
Inventors: 李玮; 闫铁; 毕雪亮; 梁颖
Original assignee: Northeast Petroleum University
Current assignee: Northeast Petroleum University
Priority date: 2010-10-09
Filing date: 2010-10-09
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2030-10-09
Also published as: CN101975038A

Abstract

本发明涉及的是泥岩冷却气取岩样的装置及其取岩样的方法，其中的泥岩冷却气取岩样的装置属于岩石力学试样制备工具，这种泥岩冷却气取岩样的装置的夹持装置安装底座上，金刚石取样钻头安装在取样装置的下端，它的吹气装置、制冷装置和喷嘴连接成一体，透明罩体将夹持装置和喷嘴扣在里边，喷嘴位于金刚石取样钻头与泥岩试样接触点上方，透明罩体上表面有孔，金刚石钻头能通过该孔自由进出透明罩体，透明罩体安装有排气装置；夹持装置为能够夹持小尺寸物体的夹持器，夹持器的内壁有一层5mm-10mm橡胶垫层。本发明既能有效地清洁泥岩碎屑和粉尘，又能冷却金刚石取样钻头防止其烧毁，也避免了泥岩试样局部应力集中现象，取心成功率高。

Description

泥岩冷却气取岩样的装置及其取岩样的方法

一、技术领域：

本发明涉及的是主要应用在岩石力学工程、岩土力学工程、石油工程及采矿工程等领域中的岩石力学试样制备工具，具体涉及的是泥岩冷却气取岩样的装置及其取岩样的方法。

二、背景技术：

为了解地表及地下深层岩石的物理力学性质，学者们每年要进行大量岩石力学实验。当前岩石物理力学测试使用的试样尺寸多为φ25mm*50mm或φ50mm*100mm。由于地层取心尺寸的限制，石油工程中测试深部地层岩石的力学性质，常用φ25*50mm的岩石试样。当前，泥岩成功取样是岩石力学界公认的取样难题。由于泥岩是由泥质及黏士固化而成的一种沉积岩，其层理明显，胶结交弱，硬度低，脆性好，遇水水化解体，造成泥岩取样不能用水冷却钻头及清洁岩屑，其次干取试样时易中途层理断裂或松散，难于钻取完整，成功率极低。如发明名称为：小型岩样取样器，专利号为01251367.9的中国实用新型专利，由底座、夹具、钻削机构、支架组成，夹具设置在底座上，并与底座形成前后方向的滑动连接，钻削机构设置在支架的一侧，并位于夹具的上方。它工作时，将样品放在夹具上夹紧，转动底座确定取样点，使钻头对准要取样品，开启电机使钻头旋转，将水箱内的水滴到钻头与样品接触的部位上，直到岩样钻削工作完成。由于这种小型岩样取样器需要将水滴到岩样上，它也不能用于泥岩的取样上。

现有技术中进行泥岩取样主要是干取，即不对钻头进行冷却直接钻取岩石试样。该技术取样成功率低，灰尘大，且容易烧毁钻头，造成泥岩地层岩石力学参数测试成为一个难题，极大地限制了现场工程进度和提高施工成本。

三、发明内容：

本发明的一个目的是提供泥岩冷却气取岩样的装置，它用于解决现有技术泥岩取心成功率低和成本高的问题；本发明的另一个日的是提供这种泥岩冷却气取岩样的装置取岩样的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种泥岩冷却气取岩样的装置，它包括底座、夹持装置、取样装置、金刚石取样钻头，夹持装置安装底座上，金刚石取样钻头安装在取样装置的下端，并与夹持装置相对应；它还包括吹气装置、制冷装置、喷嘴、排气装置及透明罩体，吹气装置、制冷装置和喷嘴连接成一体，透明罩体将夹持装置和喷嘴扣在里边，喷嘴位于金刚石取样钻头与泥岩试样接触点上方，透明罩体上表面有孔，金刚石钻头能通过该孔自由进出透明罩体，透明罩体安装有排气装置；夹持装置为能够夹持小尺寸物体的夹持器，夹持器的内壁有一层5mm-10mm橡胶垫层。

上述方案中取样装置可以是岩心试样机或取样机。

上述方案中吹气装置可以是空压机或电吹风或鼓风机。

上述方案中制冷装置是小型冷气机。

上述方案中喷嘴可以是一个喷嘴或多个小尺寸喷嘴联合组成或方形出气口或扁形出气口。

上述方案中排气装置可以是换气扇或吸尘器。

上述泥岩冷却气取岩样的装置取岩样的方法：

a、将底座稳固地固定在表面十分平整的水泥、岩石等硬质实体平面上；

b、将新的金刚石取样钻头安装在取样装置上，金刚石取样钻头内外表面要清洁；

c、打开制冷装置和吹气装置，当喷嘴喷出冷却空气时，打开取样装置和排气装置；

d、下放取样装置上的金刚石取样钻头钻取泥岩试样，并用喷嘴冷却钻头及清理泥岩碎屑及粉尘；

e、当金刚石取样钻头每钻进3mm-5mm时，上提金刚石取样钻头至泥岩外进行冷却，并用喷嘴，清理泥岩碎屑及粉尘；

f、当金刚石取样钻头每钻进15mm-20mm时，上提开卸下金刚石取样钻头进行内外表面清洁。

g、反复进行步骤e和步骤f直至取样结束。

有益效果：

1、本发明通过设置吹气装置、制冷装置、喷嘴、排气装置及透明罩体，加强降温设备工作的稳定性，既能有效地清洁泥岩碎屑和粉尘，又能冷却金刚石取样钻头防止其烧毁，也避免了金刚石取样钻头与筒壁接触部分温度升高造成泥岩试样局部应力集中现象，取心成功率高。

2、本发明在夹持装置上添加橡胶垫层，使夹持装置夹持岩样稳定。传统金属夹持装置表面与岩石试样多为点线直接接触，造成岩石试样受力十分不均，对软质试样易被夹碎，其次在取样时，岩石试样易松动，造成取样失败。优化了夹持装置的结构之后，泥岩受力更加合理，杜绝了夹持装置将试样夹碎的事件发生。

3、本发明细化取样的操作工艺，为防止金刚石取样钻头与泥岩试样摩阻力增大，造成试样被扭断和挤断，在取样过程中强化了短程起下钻操作工艺。按该工艺操作，大大提高泥岩取样的成功率。

4、本发明第一步中平整水泥、岩石等硬质实体平面的表面，使其表面十分平整，强化了取样装置底座安装的稳定性，取样装置底座安装不稳定性，在取样时取样装置振动幅度大，泥岩试样易在振动下沿层理破裂或解体。强化取样装置底座安装的稳定性，减小了取样装置旋转时的自身振动振幅，大大降低了取样装置的振动将试样振裂的情况发生。

四、附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

1吹气装置 2制冷装置 3底座 4排气装置 5夹持装置 6橡胶垫层 7喷嘴 8取样装置 9金刚石取样钻头 10透明罩体

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，这种泥岩冷却气取岩样的装置，它由底座3、夹持装置5、取样装置8、金刚石取样钻头9、吹气装置1、制冷装置2、喷嘴7、排气装置4、立方透明罩体10组成，立方透明罩体10和夹持装置5安装底座3上，夹持装置5在立方透明罩体10和底座3构成的立方空间内，夹持装置5为能够夹持小尺寸物体的夹持器，夹持器的内壁有一层5mm-10mm橡胶垫层6；金刚石取样钻头9安装在取样装置8的下端，金刚石取样钻头9通过立方透明罩体10顶面上的中心孔进入到立方透明罩体10内，并与夹持装置5相对应，金刚石取样钻头9能通过上述中心孔自由进出透明罩体10；吹气装置1、制冷装置2和喷嘴7连接成一体，制冷装置2在中间，吹气装置1和制冷装置2为喷嘴7提供冷却空气，喷嘴7与制冷装置2通过气管连接，气管伸入到透明罩体10内，使气管一端的喷嘴7的工作位置在金刚石取样钻头9与泥岩试样接触点上方，这样，当金刚石取样钻头9工作时，从喷嘴7喷出的冷空气吹到金刚石取样钻头9上，可降低金刚石取样钻头的温度，同时还能清洁泥岩碎屑和粉尘；透明罩体10通过排气管连接排气装置4，排气装置4将抽吸出的含有碎屑和粉尘的气体抽出透明罩体10并排到户外。

上述装置皆可以在当前常用的普通设备中进行取材。其中取样装置8可以是岩心试样机、取样机等；吹气装置1可以是空压机、电吹风、鼓风机等；制冷装置2可以是各种小型冷气机等；喷嘴7可以是一个或多个小尺寸喷嘴组成的，也可以是方形、扁形等出气口；夹持装置5可以是各种能够夹持方形、圆形等小尺寸物体的夹持器；排气装置4可以是换气扇、吸尘器等。

上述泥岩冷却气取岩样的装置取岩样的方法具体为：

(1)检查底座3固定是否稳定，并打开取样装置8观察其振动情况，如果底座3不稳定，需平整水泥、岩石等硬质实体的上表面，将底座3稳固地固定在表面十分平整的水泥、岩石等硬质实体的表面上。

(2)检查夹持装置5的橡胶垫层6是否损坏，并打开夹持装置5安装、固定泥岩试样。

(3)清洁金刚石取样钻头9内外表面并安装钻头。

(4)在取样前，打开制冷装置2和吹气装置1。当喷嘴7喷出冷却空气时，打开取样装置8和排气装置4。

(5)如果以上步骤都没行问题，就可以进行取样试验。

(6)由于试样表面可能不平，在取样开始时要缓慢下放金刚石取样钻头9，直至金刚石取样钻头9切削部全部切削到泥岩试样，切削过程中用喷嘴7冷却钻头及清理泥岩碎屑及粉尘。

(7)当金刚石取样钻头9每钻进3mm-5mm时，上提金刚石取样钻头9至泥岩外进行冷却，并用喷嘴7清理泥岩碎屑及粉尘。

(8)当金刚石取样钻头9每钻进15mm-20mm时，上提并卸下金刚石取样钻头9进行内外表面清洁。在进行步骤(7)和步骤(8)操作时，要注意均匀下钻，防止出现骤然增大钻压和钻速等错误操作。

(9)反复进行步骤(7)和步骤(8)直至泥岩取样达到要求长度。

(10)在取样即将结束或金刚石取样钻头9将要钻到试样外表面时，此时下钻要缓慢，防止金刚石取样钻头9将试样打碎等事故发生。

Claims

1.一种泥岩冷却气取岩样的装置，它包括底座（3）、夹持装置（5）、取样装置（8）、金刚石取样钻头（9），夹持装置（5）安装底座（3）上，金刚石取样钻头（9）安装在取样装置（8）的下端，并与夹持装置（5）相对应，其特征在于：这种泥岩冷却气取岩样的装置还包括吹气装置（1）、制冷装置（2）、喷嘴（7）、排气装置（4）及透明罩体（10），吹气装置（1）、制冷装置（2）和喷嘴（7）连接成一体，透明罩体（10）将夹持装置（5）和喷嘴（7）扣在里边，喷嘴（7）位于金刚石取样钻头（9）与泥岩试样接触点上方，透明罩体（10）上表面有孔，金刚石取样钻头（9）能通过该孔自由进出透明罩体（10），透明罩体（10）安装有排气装置（4）；夹持装置（5）为能够夹持小尺寸物体的夹持器，夹持器的内壁有一层5mm-10mm橡胶垫层（6）。

2.根据权利要求1所述的泥岩冷却气取岩样的装置，其特征在于：所述的取样装置（8）可以是岩心试样机或取样机。

3、根据权利要求2所述的泥岩冷却气取岩样的装置，其特征在于：所述的吹气装置（1）可以是空压机或电吹风或鼓风机。

4、根据权利要求3所述的泥岩冷却气取岩样的装置，其特征在于：所述的制冷装置（2）是小型冷气机。

5、根据权利要求4所述的泥岩冷却气取岩样的装置，其特征在于：所述的喷嘴（7）可以是一个喷嘴或多个小尺寸喷嘴联合组成或方形出气口或扁形出气口。

6、根据权利要求5所述的泥岩冷却气取岩样的装置，其特征在于：所述的排气装置（4）可以是换气扇或吸尘器。

7、一种权利要求1或2或3或4或5或6所述的泥岩冷却气取岩样的装置取岩样的方法，其特征在于：这种泥岩冷却气取岩样的装置取岩样的方法为，

a、将底座（3）稳固地固定在表面十分平整的水泥、岩石硬质实体平面上；

b、将新的金刚石取样钻头（9）安装在取样装置（8）上，金刚石取样钻头（9）内外表面要清洁；

c、打开制冷装置（2）和吹气装置（1），当喷嘴（7）喷出冷却空气时，打开取样装置（8）和排气装置（4）；

d、下放取样装置（8）上的金刚石取样钻头（9）钻取泥岩试样，并用喷嘴（7）冷却钻头及清理泥岩碎屑及粉尘；

e、当金刚石取样钻头（9）每钻进3mm-5mm时，上提金刚石取样钻头（9）至泥岩外进行冷却，并用喷嘴（7）清理泥岩碎屑及粉尘；

f、当金刚石取样钻头（9）每钻进15mm-20mm时，上提并卸下金刚石取样钻头（9）进行内外表面清洁；

g、反复进行步骤e和步骤f直至取样结束。