CN104316379B - 用于制备含弱界面低强度岩石试样的切削工作台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是用于制备含弱界面低强度岩石试样的切削工作台，这种用于制备含弱界面低强度岩石试样的切削工作台上设置切削台和夹持转盘，工作台的底面设置有轨道槽和蜗轮，蜗轮的一端与工作台侧面的推进手轮连接；切削台的切削座与切削架通过垂向调节装置固定连接，切削架具有两个相对应的支撑体，两个支撑体的上端均形成定位卡槽，其中一个支撑体的上端还设置周向旋转装置，周向旋转装置连接一个圆形模块，另一个支撑体的上端还设置夹持装置，夹持装置连接另一个圆形模块，两个圆形模块相对设置；夹持转盘具有顶紧机构，顶紧机构具有两个对应设置的矩形顶紧板。本发明与金刚石线锯配合使用，切削过程对岩样的损坏小。

Description

用于制备含弱界面低强度岩石试样的切削工作台

技术领域

本发明涉及岩石力学工程、石油工程、采矿工程等领域中的岩石力学试样制备工具，具体涉及用于制备含弱界面低强度岩石试样的切削工作台。

背景技术

目前非常规油气资源的开发已引起全世界的关注，力学参数测试是研究非常规储层岩石力学特性的一种重要方法，在岩石物理力学测试中所用岩样大多为圆柱形，如单轴、三轴抗压强度测试要求岩样尺寸为φ25mm*50mm、φ50mm*100mm，巴西劈裂实验要求岩样尺寸为φ50mm*25mm。目前节理煤岩、泥岩、油页岩等含弱界面低强度非常规储层岩石的柱形岩样制备十分困难，这些岩石大都发育较为明显的微裂隙和层理结构，整体强度较低。常规取样方法，钻头与岩样接触面较大，钻机的震动由钻头传递到岩样，经常发生岩样沿弱面断裂的问题。即使取样成功，由于该类岩石的强度较低，取出的岩样表面大多有多处破损，并且在岩样打磨端面过程中，锯片的震动也会造成岩样的断裂或端面的破损。常规取样中，水冷却是主要的钻头冷却方法，此类含弱界面低强度岩石，遇水后会发生性质上的改变，如强度降低，水化膨胀及在弱界面处剥离破坏等。

发明内容

本发明的一个目的是提供用于制备含弱界面低强度岩石试样的切削工作台，这种用于制备含弱界面低强度岩石试样的切削工作台用于解决含弱界面低强度岩石在切削时破损率高的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种用于制备含弱界面低强度岩石试样的切削工作台上设置切削台和夹持转盘，工作台的底面设置有轨道槽和蜗轮，轨道槽沿工作台长度向设置，蜗轮的一端与工作台侧面的推进手轮连接；切削台包括切削座、切削架、夹持手柄、定位卡槽、周向旋转装置、旋转手轮，切削座与切削架通过垂向调节装置固定连接，切削架具有两个相对应的支撑体，两个支撑体的上端均形成定位卡槽，其中一个支撑体的上端还设置周向旋转装置，周向旋转装置连接一个圆形模块，另一个支撑体的上端还设置夹持装置，夹持装置连接另一个圆形模块，两个圆形模块相对设置；夹持转盘具有顶紧机构，顶紧机构具有两个对应设置的矩形顶紧板。

上述方案中切削座安装在工作台的水平调节滑轨上，切削座有水平调节手轮，转动水平调节手轮，可微调其水平位置，通过垂向调节装置可微调切削架的垂向高度。

上述方案中垂向调节装置有垂向调节手轮，所述的水平调节手轮、推进手轮、垂向调节手轮都设置有固定扳手，固定扳手松开时可以转动手轮调节位置，拧紧后可锁死手轮，保证台面不再产生移动。

上述方案中顶紧机构包括两个顶紧座、两个顶紧扳手、两个矩形顶紧板，两个顶紧座均固定在夹持转盘上，螺栓穿过相应的顶紧座，螺栓的一端连接相应的顶紧扳手，螺栓的另一端固定相应的矩形顶紧板，拧紧顶紧扳手，小块岩石可被顶紧座固定，夹持转盘有转盘手柄，转盘手柄控制夹持转盘的转动角度。

上述方案中周向旋转装置采用蜗杆蜗轮结构，蜗轮连接圆形模块，蜗杆连接旋转手轮，转动旋转手轮可稳定的控制待切岩样的周向转动，完成切削，转动圈数比为16:1。

上述方案中垂向调节装置包括蜗轮、带有齿的支撑杆、垂向调节手轮，蜗轮位于切削架内，支撑杆立在切削座上，蜗轮与支撑杆相咬合，蜗轮还连接垂向调节手轮。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明在制备岩石试样时与金刚石线锯配合使用，和常规钻取方式相比，不会产生偏心扭矩，接触方式由面接触变为线接触，震动传递较低，切削过程对岩样的损坏小，切割精度较高，切割面较平整。

2、本发明中设计了定位卡槽和圆形模块，一方面可以更好的控制线锯对岩样的切削位置和角度，另一方面可以更换定位卡槽和圆形模块来变换切削尺寸，切取不同规格的柱形岩样。

3、本发明中的夹持转盘，可360°转动，可根据实验需求，切割不同角度的岩块，提高了岩块切割的灵活度。

附图说明

图1是本发明的立体图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明的侧视图；

图4是本发明的俯主视图；

图5是本发明与金刚石线锯机配合使用的示意图；

图6是本发明的切削原理图。

图中：1.切削台 2.夹持转盘 3.金刚石线锯机 4.底座 5.待切岩样 6.平移滑轨 7.推进手轮 8.轨道槽 9.切削架 10.切削座 11.水平调节滑轨 12.水平调节手轮 13.蜗轮 14.蜗杆 15.垂向调节手轮 16.垂向固定扳手17.圆形模块 18.定位卡槽 19.夹持手柄 20.旋转手轮 21.顶紧座 22.顶紧板 23.顶紧扳手 24.转盘手柄 25.冷却器喷嘴 26.金刚石锯丝。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

结合图1、图2、图3、图4，这种用于制备含弱界面低强度岩石试样的切削工作台上设置切削台1和夹持转盘2，工作台的底面设置有轨道槽8和蜗轮，轨道槽8沿工作台长度向设置，蜗轮的一端与工作台侧面的推进手轮7连接。工作台由推进手轮7控制水平移动，推进手轮7设置有固定扳手，固定扳手松开时可以转动手轮调节位置，拧紧后可锁死手轮，保证工作台不再产生移动。

切削台1包括切削座10、切削架9、夹持手柄19、定位卡槽18、周向旋转装置、旋转手轮20，时切削座10安装在工作台的水平调节滑轨11上，切削座10有水平调节手轮12，水平调节手轮12设置有固定扳手，转动水平调节手轮12，可微调其水平位置。切削座10与切削架9通过垂向调节装置固定连接，垂向调节装置包括蜗轮、带有齿的支撑杆、垂向调节手轮15，蜗轮位于切削架9内，支撑杆立在切削座10上，蜗轮与支撑杆相咬合，蜗轮还连接垂向调节手轮15，垂向调节手轮15设置有垂向固定扳手16，通过垂向调节装置可微调切削架9的垂向高度，拧紧垂向固定扳手16后固定切削架9的垂向高度。切削架9具有两个相对应的支撑体，两个支撑体的上端均形成定位卡槽18，其中一个支撑体的上端还设置周向旋转装置，周向旋转装置连接一个圆形模块17，另一个支撑体的上端还设置夹持装置，夹持装置的夹持手柄19连接另一个圆形模块17，两个圆形模块17相对设置；周向旋转装置采用蜗杆蜗轮结构，蜗轮13连接圆形模块17，蜗杆14连接旋转手轮20，转动旋转手轮20可稳定的控制待切岩样的周向转动，完成切削，转动圈数比为16:1。定位卡槽18与切削架9可拆卸连接，定位卡槽18在打磨时可以拆除。切削台用于切削柱形岩样。

待切岩样由圆形模块固定在切削台上，定位卡槽18增加金刚石锯丝26的切割精度，圆形模块17限制岩样切削轮廓，切削时，拧动夹持手柄19，使圆形模块17夹紧待切岩样5，金刚石锯丝穿过两个定位卡槽18，同时紧在两个圆形模块夹紧的方形待切岩样上，转动旋转手轮20控制圆形模块17的转动，同时控制待切岩样的周向旋转，启动金刚石线锯机3，待切岩样在旋转的过程中被金刚石锯丝26切削，在此过程圆形模块17控制岩样的切削轮廓，使切削后的柱形岩样的直径与圆形模块17相等。

夹持转盘2具有顶紧机构，顶紧机构包括两个顶紧座21、两个顶紧扳手23、两个矩形顶紧板22，两个顶紧座21均固定在夹持转盘2上，螺栓穿过相应的顶紧座21，螺栓的一端连接相应的顶紧扳手23，螺栓的另一端固定相应的矩形顶紧板22，两个矩形顶紧板22对应设置。拧紧顶紧扳手23，小块岩石可被顶紧座固定，夹持转盘2有转盘手柄24，转盘手柄24控制夹持转盘2的转动角度。夹持转盘2用于切削长方体岩样。

如图5所示，与本发明使用时与金刚石线锯机3相配合，与金刚石线锯机3同时设置在底座4上，金刚石线锯机3横跨于底座4上，底座4上沿长度方向安装有平移滑轨6，工作台的轨道槽与平移滑轨6相配合，工作台可在平移滑轨6上水平移动，这样切削台1或夹持转盘2可分别被移动到金刚石线锯机的金刚石锯丝26下方， 以完成切削工作。

本发明与金刚石线锯机3相配合进行岩样制备的具体步骤如下：

一、岩块切割

a、将岩石用切割机切割成边长小于20cm的小块岩石，放置在工作台的夹持转盘2上，拧紧顶紧座21的顶紧扳手23，将小块岩石固定夹紧，要求不产生晃动与位移。

b、用内六角扳手取下线锯机钢架上的高度固定螺栓，转动线锯机升降手轮，将金刚石线锯机3升至最高，转动工作台推进手轮7，将夹持转盘2移动到金刚石线锯机3的正下方，拧紧工作台固定扳手，按照实验所需的岩样角度，转动夹持转盘手柄24，调整小块岩石的切割角度。

c、启动线锯电动机，打开冷却器喷嘴25，转动线锯机升降手轮控制金刚石线锯机下降，当金刚石锯丝接触岩石表面后，放慢线锯机升降手轮转动速度，对小块岩石进行切割，一次切割结束后，关闭线锯电动机，转动线锯机升降手轮，提升金刚石线锯机3，重新调整角度后夹紧岩样，启动线锯电动机，对岩块进行第二次切割，直到将岩块切割所需的条状长方体岩样，要求尺寸大于50mm*50mm*100mm。

d、将长方体岩样一端固定在夹持转盘2上，拧紧转盘固定扳手，转动夹持转盘手柄24，使长方体岩样与金刚石锯丝26垂直，转动工作台推进手轮7，调整好切割位置后，拧紧工作台固定扳手，启动线锯电动机，对长方体岩样的端面进行切割，要求切割后两端面平行度不超过0.1mm，切割完成后，转动线锯机升降手轮，升高金刚石线锯3，反转工作台推进手轮7，退出工作台并取下长方体岩样，清洁表面岩屑，并作为下步待切岩样5。

二、岩样切削，参阅图6，

a、按实验要求的岩样尺寸，在切削台1上安装好Φ50mm的圆形模块17和定位卡槽18，转动切削台1上端的夹持手柄19，用圆形模块17将待切岩样5两端固定，保证不会产生晃动与位移，转动工作台推进手轮7，将切削台1移动到金刚石线锯机3正下方后，拧紧工作台固定扳手，使其不再水平移动。

b、转动线锯机升降手轮，下降金刚石线锯机3直到金刚石锯丝26与定位卡槽18距离小于5cm，在固定螺孔内拧紧固定螺栓，转动切削台水平调节手轮12和垂向调节手轮15，调整待切岩样5的位置，使金刚石锯丝26穿过定位卡槽18与待切岩样5接触，拧紧切削台水平固定扳手。

c、启动线锯电动机，打开冷却气喷嘴25，缓慢转动切削台垂向调节手轮15，开始对待切岩样5进行垂向切割，直到金刚石锯丝26与圆形模块17接触，拧紧切削台水平垂向固定扳手16，使其不在产生垂向位移。

d、匀速缓慢转动周向旋转装置一侧的旋转手轮20，开始对待切岩样5进行360°周向切削，切削完成后关闭线锯电动机和冷却气喷嘴25，松开切削台垂向固定扳手16和工作台固定扳手，降下切削台1高度，拆除定位卡槽18，取下柱形岩样。

Claims (6)

1.一种用于制备含弱界面低强度岩石试样的切削工作台，其特征在于：这种用于制备含弱界面低强度岩石试样的切削工作台上设置切削台（1）和夹持转盘（2），工作台的底面设置有轨道槽（8）和蜗轮，轨道槽（8）沿工作台长度方向设置，蜗轮的一端与工作台侧面的推进手轮（7）连接；切削台（1）包括切削座（10）、切削架（9）、夹持手柄（19）、定位卡槽（18）、周向旋转装置、旋转手轮（20），切削座（10）与切削架（9）通过垂向调节装置固定连接，切削架（9）具有两个相对应的支撑体，两个支撑体的上端均形成定位卡槽（18），其中一个支撑体的上端还设置周向旋转装置，周向旋转装置连接一个圆形模块（17），另一个支撑体的上端还设置夹持装置，夹持装置连接另一个圆形模块（17），两个圆形模块（17）相对设置；夹持转盘（2）具有顶紧机构，顶紧机构具有两个对应设置的矩形顶紧板（22）。

2.根据权利要求1所述的用于制备含弱界面低强度岩石试样的切削工作台，其特征在于：所述的切削座（10）安装在工作台的水平调节滑轨（11）上，切削座（10）有水平调节手轮（12）。

3.根据权利要求2所述的用于制备含弱界面低强度岩石试样的切削工作台，其特征在于：所述的垂向调节装置有垂向调节手轮（15），所述的水平调节手轮（12）、推进手轮（7）、垂向调节手轮（15）都设置有固定扳手。

4.根据权利要求3所述的用于制备含弱界面低强度岩石试样的切削工作台，其特征在于：所述的顶紧机构包括两个顶紧座（21）、两个顶紧扳手（23）、两个矩形顶紧板（22），两个顶紧座（21）均固定在夹持转盘（2）上，螺栓穿过相应的顶紧座（21），螺栓的一端连接相应的顶紧扳手（23），螺栓的另一端固定相应的矩形顶紧板（22），拧紧顶紧扳手（23），小块岩石可被顶紧座（21）固定，夹持转盘（2）有转盘手柄（24），转盘手柄控制夹持转盘（2）的转动角度。

5.根据权利要求4所述的用于制备含弱界面低强度岩石试样的切削工作台，其特征在于：所述的周向旋转装置采用蜗杆蜗轮结构，蜗轮（13）连接圆形模块（17），蜗杆（14）连接旋转手轮（20），转动旋转手轮（20）可稳定的控制待切岩样的周向转动，完成切削，转动圈数比为16:1。

6.根据权利要求5所述的用于制备含弱界面低强度岩石试样的切削工作台，其特征在于：所述的垂向调节装置包括蜗轮、带有齿的支撑杆、垂向调节手轮（15），蜗轮位于切削架（9）内，支撑杆立在切削座（10）上，蜗轮与支撑杆相咬合，蜗轮还连接垂向调节手轮（15）。