CN104849120B - 用于制备泥页岩岩石试件的装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是用于制备泥页岩岩石试件的装置及其制备方法，其中的用于制备泥页岩岩石试件的装置包括框架、锥型缩径打磨筒、电动机、试件固定器、滑道、升降机构，电动机输出轴连接第一齿轮，纵向螺纹杆伸入到锥型缩径打磨筒中，纵向螺纹杆与锥型缩径打磨筒同轴安装，锥型缩径打磨筒上设置第二齿轮；试件固定器置于滑道上，试件固定器上有橡胶垫片，试件固定器位于锥型缩径打麻筒的正下方，升降机构连接试件固定器，升降机构带动试件固定器沿滑道升降，手动控速摇杆安装在框架后面板外；锥型缩径打磨筒的下部为缩径筒，上部为直筒；岩石试件被夹持在试件固定器和纵向螺纹杆间。本发明能够提高岩石试件制备的成功率，提高岩心的使用率。

Description

用于制备泥页岩岩石试件的装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及岩石力学工程、石油工程等领域中的一种岩石试件制作装置，具体涉及用于制备泥页岩岩石试件的装置及其制备方法。

背景技术

岩石力学性质对采矿工程、土木工程以及石油工程等都有着重要的影响，而岩石的力学性质需要岩石力学实验来确定，例如岩石的单轴抗压强度实验和岩石的三轴压缩强度实验等几乎都需要用到直径为25mm、38mm、50mm的圆柱体岩石试件。以往制作岩石试件都是用钻石机、切石机、磨石机等岩石试件加工设备，这种制备方法对于大多数高强度的岩石是可行的，而且制作速度较快，但对于泥页岩岩心，采用这种制备方法制作的难度较大，且成功率极低，造成了岩心的浪费，增加了实验的成本。导致这种情况出现的原因有两个，其一，从泥页岩岩性上来说，泥页岩具有强度低，遇水破裂等特殊性质。其二，从制备方法上说，以往的制备方法在制备过程中会产生比较强烈的震动，导致泥页岩发生破碎。另外以往的制备方法在制备过程中不能够完全的固定住岩石，导致岩石在制作过程中，由于夹持不紧固，脱落破碎。而且采用以往的制备方法，容易使得到的岩石试件产生微裂缝，影响岩石力学实验的准确性。可见，研究一种适用于泥页岩岩心的试件制作装置有着重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供用于制备泥页岩岩石试件的装置，这种用于制备泥页岩岩石试件的装置用于解决泥页岩岩心制作难度较大，成功率较低的问题。本发明的另一个目的是提供这种制备泥页岩岩石试件装置制备泥页岩岩石试件的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种用于制备泥页岩岩石试件的装置包括框架、锥型缩径打磨筒、电动机、试件固定器、滑道、升降机构，锥型缩径打磨筒安装在框架的一个侧面板上，电动机安装在框架的另一个侧面板上，电动机输出轴连接第一齿轮，纵向螺纹杆伸入到锥型缩径打磨筒中，纵向螺纹杆与锥型缩径打磨筒同轴安装，锥型缩径打磨筒上设置第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮通过传动带连接；滑道固定安装在框架的底板上，试件固定器置于滑道上，试件固定器上有橡胶垫片，橡胶垫的上表面粗糙且较软，试件固定器位于锥型缩径打麻筒的正下方，升降机构连接试件固定器，升降机构带动试件固定器沿滑道升降，升降机构的手动控速摇杆安装在框架后面板的外侧；锥型缩径打磨筒的下部分为缩径筒，上部分为直筒，锥型缩径打磨筒内部有三种磨纹，第一段磨纹位于缩径筒下部，第二段磨纹位于缩径筒上部，第三段磨纹位于直筒；岩石试件被夹持在试件固定器和纵向螺纹杆之间。

上述方案中升降机构包括手动控速摇杆、横向螺纹杆、传动杆、第三齿轮、第四齿轮。手动控速摇杆连接横向螺纹杆，传动杆上安装有第三齿轮和第四齿轮，横向螺纹杆与第三齿轮啮合，第四齿轮与试件固定器后面的横向棱纹啮合，将动力传递到试件固定器上，使试件固定器可沿滑道上下运动，手动控速摇杆4摇动一周，岩样试件上升0.5mm。

上述方案中第一段磨纹在竖直面的投影与水平线的夹角为30°和150°；第二段磨纹在竖直面的投影与水平线的夹角为45°和135°；第三段磨纹在竖直面的投影与水平线的夹角为75°和105°。

上述方案中第一齿轮的直径与第二齿轮的直径比为1:1.2；第三齿轮的直径与第四齿轮的直径比为3:1。

上述方案中框架的底板上设置有下底面直径为3cm，上底面直径为7cm的圆台形开口，圆台形开口位于试件固定器的正下方，圆台形开口连接岩屑回收器皿。

上述方案中纵向螺纹杆与岩石接触的端面设计为活动端面，最大活动角为30°。由于岩石上下端面不能保证水平，为保证夹紧岩石，将该杆在与岩石接触的端面设计为活动端面。

上述方案中试件固定器采用高刚度钢制成，保证其不易变形。

这种制备泥页岩岩石试件装置制备泥页岩岩石试件的方法：

a．为方便岩屑回收清理，在底板处设计了下底面直径为3cm，上底面直径为7cm的圆台形开口，所以底板下面的桌面也要有一个直径为3cm的直径，并与底板的开口对齐，然后将底板通过螺栓固定在近似水平的桌面上；

b．根据岩石力学实验的需要，确定所需岩石试件的尺寸，选取对应的锥型缩径打磨筒，如需要直径为25mm，长度为100mm的圆柱岩样，选取下部内径为40mm的锥型缩径打磨筒；

c．将滑道安装在底板上，选好的锥型缩径打磨筒和电动机分别安装在不同的侧面板上，然后将后面板上的传动杆和手动控速摇杆也安装好，待所有零部件安装完成后，将装有锥型缩径打磨筒的侧面板竖起，并通过螺栓安装固定在底板上，同时将试件固定器放入滑道，再安装后面板，最后安装另一个侧面板，到此装置整体组装完成，检验装置安装是否合格；

d．将岩石用切割器切割成长宽小于40mm且大于25mm的长方体，然后将其用试件固定器夹紧，装置整体调试稳定后，打开电动机，匀速摇动手杆使岩样匀速上升，直至岩样的直径达到岩石力学实验的标准为止；

e．取出打磨得到的岩石试件，然后将其上下端面打磨平整。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明使用的锥型缩径打磨筒，使岩石试件在制备的过程中，受力均匀，岩石缩颈较均匀，能够提高岩石试件制备的成功率，有效提高岩心的使用率。

2、本发明使用的试件固定器，其与岩石的接触面上有表面较粗糙且较软的橡胶垫，可增大摩擦力，防止岩石脱落，而且还能解决由于岩石端面不平整带来的问题，另外可以有效的缓冲岩石的震动，防止在制备试件时岩心发生破裂，提高制作的成功率。

3、本发明使用的锥型缩径打磨筒在工作时，筒身是垂直于水平面的，这样岩屑会受重力作用自有脱落，不用边制备边清洗。

4、本发明使用的手动控速摇杆在工作时，可根据泥页岩的实际情况，自由控制泥页岩的打磨速度。

5.本发明使用的纵向螺纹杆，由于岩石上下端面不能保证水平，为保证夹紧岩石，将该杆在与岩石接触的端面设计为活动端面，最大活动角为30°。

6.本发明使用的锥型缩径打磨筒内部采用三段式磨纹，虽然开始时工作效率稍微慢一些，但是保证了泥页岩岩心不发生破裂。当岩石到达后两段磨纹时，工作效率会大大提升。这样既保证了工作效率，也保证了试件制备的成功率。

附图说明

图1是本发明的立体图。

图2是本发明的右视图。

图3是本发明的俯视图。

图4是本发明中锥型缩径打磨筒的剖视图。

图5是本发明中锥型缩径打磨筒的主视图。

图6是本发明中锥型缩径打磨筒的俯视图。

图中：1.锥型缩径打磨筒 2.电动机 3.试件固定器 4.手动控速摇杆 5.滑道6.传动杆 7.传动带 8.纵向螺纹杆 9.第一齿轮 10.第二齿轮 11.横向螺纹杆12.第三齿轮c 13.第四齿轮d 14.后面板 15.底板 16.框架 17.岩石试件。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明：

结合图1、图2、图3所示，这种用于制备泥页岩岩石试件的装置包括框架16、锥型缩径打磨筒1、电动机2、试件固定器3、滑道5、升降机构，锥型缩径打磨筒1安装在框架16的一个侧面板上，电动机2为小型电动机，电动机2安装在框架16的另一个侧面板上，电动机2输出轴连接第一齿轮9，纵向螺纹杆8伸入到锥型缩径打磨筒1中，纵向螺纹杆8与锥型缩径打磨筒1同轴安装，锥型缩径打磨筒1上设置第二齿轮10，第一齿轮9与第二齿轮10通过传动带7连接，第一齿轮9的直径与第二齿轮10的直径比为1:1.2；第三齿轮12的直径与第四齿轮13的直径比为3:1。滑道5固定安装在框架16的底板15上，试件固定器3置于滑道5上，试件固定器3上有橡胶垫片，橡胶垫的上表面粗糙且较软，试件固定器3位于锥型缩径打磨筒1的正下方，升降机构连接试件固定器3，升降机构带动试件固定器3沿滑道5升降，升降机构的手动控速摇杆4安装在框架16后面板14的外侧。岩石试件被夹持在试件固定器3和纵向螺纹杆8之间，由于岩石上下端面不能保证水平，为保证夹紧岩石，将该杆在与岩石接触的端面设计为活动端面，最大活动角为30°。制备岩石试件时先将岩石固定在试件固定器3上，夹紧后，将其放入滑道5装置，调整装置稳定后，打开小型电动机2，然后均匀摇动手动控速摇杆4，通过传动杆6使岩石随着试件固定器3匀速上提，最终得到合适尺寸的岩石试件。小型电动机2的转速可根据需要调试。

升降机构包括手动控速摇杆4、横向螺纹杆11、传动杆6、第三齿轮12、第四齿轮13。手动控速摇杆4连接横向螺纹杆11，横向螺纹杆11与传动杆6上的第三齿轮12啮合，从而将动力传递给传动杆6上的第四齿轮13，第四齿轮13与试件固定器3后面的横向棱纹啮合，最终将动力传递到试件固定器3上，使其可以沿滑道5上下运动。手动控速摇杆4摇动一周，岩样试件上升0.5mm。

结合图4、图5、图6所示，锥型缩径打磨筒1的下部分为缩径筒，收缩速度为2.5（收缩速度定义为岩石每上升1mm，岩石上端面直径的变化量）；上部分为直筒，直筒的内径为所需岩石试件的直径；锥型缩径打磨筒1工作部分处于垂直状态。锥型缩径打磨筒1内部有三种磨纹，第一段磨纹位于缩径筒下部，第一段磨纹在竖直面的投影与水平线的夹角为30°和150°；第二段磨纹位于缩径筒上部，第二段磨纹在竖直面的投影与水平线的夹角为45°和135°；第三段磨纹位于直筒，第三段磨纹在竖直面的投影与水平线的夹角为75°和105°。

为方便回收岩屑，框架16的底板15上设置有下底面直径为3cm，上底面直径为7cm的圆台形开口，圆台形开口位于试件固定器3的正下方，圆台形开口连接岩屑回收器皿。

本发明中试件固定器3采用高刚度钢制成，保证其不易变形，而且本发明中的零部件均可拆卸，可根据所需岩石试件的尺寸选择合适的零部件，也可以自由更换发生损坏的零部件。

以Φ25mm的岩石试件为例，本发明制备岩石试件的具体步骤如下：

a．为方便岩屑回收清理，在底板15处设计了下底面直径为3cm，上底面直径为7cm的圆台形开口，所以桌面也要有一个直径为3cm的直径，并与底板15的开口对齐，然后将底板15通过螺栓固定在近似水平的桌面上。

b．根据岩石力学实验的需要，确定所需岩石试件的尺寸，选取对应的锥型缩径打磨筒1。如需要直径为25mm，长度为100mm的圆柱岩样，选取下部内径为40mm的锥型缩径打磨筒1。

c．将滑道5安装在装置的底板15上，选好的锥型缩径打磨筒1和小型电动机2分别安装在一侧面板上，然后将后面板14上的传动杆6和手动控速摇杆4也安装上去，待所有零部件安装完成后，将装有锥型缩径打磨筒1一侧的面板竖起，并通过螺栓安装固定在底板15上，同时将试件固定器3放入滑道5，再安装后面板14，最后安装另一个侧面板，到此装置整体组装完成。检验装置安装是否合格。

d．将岩石用切割器切割成长宽小于40mm且大于25mm的长方体，然后将其用试件固定器3夹紧，装置整体调试稳定后，打开电动机2，匀速摇动手杆使岩样匀速上升，直至岩样的直径达到岩石力学实验的标准为止。

e．取出打磨得到的岩石试件，然后将其上下端面打磨平整。

目前制作岩石试件都是用钻石机、切石机、磨石机等岩石试件加工设备制作岩石试件。但对于泥页岩岩心，这种制备方法制作的难度较大，而且不易成功。为减少岩心损失，提高制作岩石试件的成功率，采用让经过粗加工的岩石试件通过逐渐缩径打磨的方法，此方法能够有效减少岩石的振动，而且也避免了泥页岩与水接触。另外试件固定器上有橡胶垫片，增大摩擦力的同时，也能够有效缓冲岩石的震动，同时还能防止岩石在制备过程中脱落破碎。

Claims (7)

1.一种用于制备泥页岩岩石试件的装置，其特征在于：这种用于制备泥页岩岩石试件的装置包括框架（16）、锥型缩径打磨筒（1）、电动机（2）、试件固定器（3）、滑道（5）、升降机构，锥型缩径打磨筒（1）安装在框架（16）的一个侧面板上，电动机（2）安装在框架（16）的另一个侧面板上，电动机（2）输出轴连接第一齿轮（9），纵向螺纹杆（8）伸入到锥型缩径打磨筒（1）中，纵向螺纹杆（8）与锥型缩径打磨筒（1）同轴安装，锥型缩径打磨筒（1）上设置第二齿轮（10），第一齿轮（9）与第二齿轮（10）通过传动带（7）连接；滑道（5）固定安装在框架（16）的底板（15）上，试件固定器（3）置于滑道（5）上，试件固定器（3）上有橡胶垫片，橡胶垫的上表面粗糙且较软，试件固定器（3）位于锥型缩径打麻筒（1）的正下方，升降机构连接试件固定器（3），升降机构带动试件固定器（3）沿滑道（5）升降，升降机构的手动控速摇杆（4）安装在框架（16）后面板（14）的外侧；锥型缩径打磨筒（1）的下部分为缩径筒，上部分为直筒，锥型缩径打磨筒（1）内部有三种磨纹，第一段磨纹位于缩径筒下部，第二段磨纹位于缩径筒上部，第三段磨纹位于直筒；岩石试件被夹持在试件固定器（3）和纵向螺纹杆（8）之间；

这种用于制备泥页岩岩石试件的装置制备泥页岩岩石试件的方法：

a．为方便岩屑回收清理，在底板（15）处设计了下底面直径为3cm，上底面直径为7cm的圆台形开口，所以底板（15）下面的桌面也要有一个直径为3cm的直径，并与底板（15）的开口对齐，然后将底板（15）通过螺栓固定在近似水平的桌面上；

b．根据岩石力学实验的需要，确定所需岩石试件的尺寸，选取对应的锥型缩径打磨筒（1），如需要直径为25mm，长度为100mm的圆柱岩样，选取下部内径为40mm的锥型缩径打磨筒（1）；

c．将滑道（5）安装在底板（15）上，选好的锥型缩径打磨筒（1）和电动机（2）分别安装在不同的侧面板上，然后将后面板（14）上的传动杆（6）和手动控速摇杆（4）也安装好，待所有零部件安装完成后，将装有锥型缩径打磨筒（1）的侧面板竖起，并通过螺栓安装固定在底板（15）上，同时将试件固定器（3）放入滑道（5），再安装后面板（14），最后安装另一个侧面板，到此装置整体组装完成，检验装置安装是否合格；

d．将岩石用切割器切割成长宽小于40mm且大于25mm的长方体，然后将其用试件固定器（3）夹紧，装置整体调试稳定后，打开电动机（2），匀速摇动手杆使岩样匀速上升，直至岩样的直径达到岩石力学实验的标准为止；

e．取出打磨得到的岩石试件，然后将其上下端面打磨平整。

2.根据权利要求1所述的用于制备泥页岩岩石试件的装置，其特征在于：所述的升降机构包括手动控速摇杆（4）、横向螺纹杆（11）、传动杆（6）、第三齿轮（12）、第四齿轮（13）, 手动控速摇杆（4）连接横向螺纹杆（11），传动杆（6）上安装有第三齿轮（12）和第四齿轮（13），横向螺纹杆（11）与第三齿轮（12）啮合，第四齿轮（13）与试件固定器（3）后面的横向棱纹啮合，将动力传递到试件固定器（3）上，使试件固定器（3）可沿滑道（5）上下运动，手动控速摇杆4摇动一周，岩样试件上升0.5mm。

3.根据权利要求2所述的用于制备泥页岩岩石试件的装置，其特征在于：所述的第一段磨纹在竖直面的投影与水平线的夹角为30°和150°；第二段磨纹在竖直面的投影与水平线的夹角为45°和135°；第三段磨纹在竖直面的投影与水平线的夹角为75°和105°。

4.根据权利要求3所述的用于制备泥页岩岩石试件的装置，其特征在于：所述的第一齿轮（9）的直径与第二齿轮（10）的直径比为1:1.2；第三齿轮（12）的直径与第四齿轮（13）的直径比为3:1。

5.根据权利要求3所述的用于制备泥页岩岩石试件的装置，其特征在于：所述的框架（16）的底板（15）上设置有下底面直径为3cm，上底面直径为7cm的圆台形开口，圆台形开口位于试件固定器（3）的正下方，圆台形开口连接岩屑回收器皿。

6.根据权利要求3所述的用于制备泥页岩岩石试件的装置，其特征在于：所述的纵向螺纹杆（8）与岩石接触的端面设计为活动端面，最大活动角为30°。

7.根据权利要求3所述的用于制备泥页岩岩石试件的装置，其特征在于：所述的试件固定器（3）采用高刚度钢制成。