CN108453627A - 一种高压磨料水射流岩石取芯钻床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压磨料水射流岩石取芯钻床，包括钻床台面，钻床台面上方中间位置设置有支撑架，支撑架用于支撑机械臂控制系统，机械臂控制系统上设置有上下向的传动齿条，转动手柄的传动轴端设置有传动齿轮，传动齿轮与传动齿条通过转动转动手柄进行啮合进而带动机械臂控制系统进行上下位置移动，机械臂控制系统与计算机相连，机械臂控制系统下方连接机械臂，机械臂端部固定有朝下的喷嘴，喷嘴分别与高压供水装置和磨料罐通过管路相连，钻床台面上方位于支撑架两侧位置对称地设置有一组三爪卡盘。本发明整体结构设计安全、合理，适用于各种岩性及任意尺寸的岩石取芯，尤其适用于强度较大的裂缝性岩石、砾岩、砂岩和小直径岩石的无损取芯。

Description

一种高压磨料水射流岩石取芯钻床
技术领域
本发明涉及岩石取芯设备领域，尤其涉及一种高压磨料水射流对强度较大的裂缝性岩石、砾岩、砂岩取芯和小直径无损取芯钻床。
背景技术
岩石取芯是在矿物考察、油田勘测、地质研究、岩土工程检测时对岩石进行力学、渗流、孔隙结构研究所必须的。取芯过程中对岩石内部的损伤大小直接影响岩石的力学、渗流、孔隙度等基本岩石参数测试的准确性。
岩石属于硬脆性材料，具有高硬度、高脆性及低断裂韧性的特点，在取芯过程中容易在其内部产生损伤。普通的机械取芯方式在取芯过程中容易对岩石产生二次损伤，使得在测量岩石的力学、渗流、孔隙度等基本岩石参数时出现较大误差。
随着非常规油气田的勘探开发，对非常规油气储层岩石的孔隙结构的研究精度要求越来越高，微纳米级别的研究成为热点。例如在利用微CT扫描对岩石内部的微观孔隙结构进行研究的时，岩石实验样品的直径往往都在3mm-6mm之间，而且要求在3mm-6mm的取芯过程中不能对岩石内部结构有微纳米级别的损伤，否则就会严重影响岩石内部微观孔隙结构特征的研究结果。一些强度较大的裂缝性岩石(如页岩)，由于页岩本身内部裂缝的存在，加上页岩属于强度大的脆性材料，利用常规方式进行取芯，很容易在页岩内部造成原有裂缝的扩张和新裂缝的产生，影响页岩油气储层的准确评价。因此，普通的机械取芯方式严重制约着非常规油气储层岩石微观尺度研究。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种高压磨料水射流岩石取芯钻床，其适用于各种岩性及任意尺寸岩石的无损取芯，特别适用于强度较大的裂缝性岩石、砾岩、砂岩取芯和小直径无损取芯。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种高压磨料水射流岩石取芯钻床，包括钻床台面，所述钻床台面上方中间位置设置有支撑架，所述支撑架用于支撑机械臂控制系统，所述机械臂控制系统上设置有上下向的传动齿条，所述转动手柄的传动轴端设置有传动齿轮，所述传动齿轮与传动齿条通过转动转动手柄进行啮合进而带动机械臂控制系统进行上下位置移动，所述机械臂控制系统与计算机相连，所述机械臂控制系统下方连接机械臂，所述机械臂端部固定有朝下的喷嘴，所述喷嘴分别与高压供水装置和磨料罐通过管路相连，所述钻床台面上方位于支撑架两侧位置对称地设置有一组三爪卡盘，所述三爪卡盘分别通过驱动轴与电动机相连。
优选地，所述喷嘴朝上的后端通过管路与高压供水装置相连，所述喷嘴中部通过管路与磨料罐相连。
优选地，所述喷嘴与高压供水装置相连的管路上设置有水阀；所述喷嘴与磨料罐相连的管路上设置有磨料控制阀。
优选地，所述高压供水装置包括依次连接的供水箱、水泵、蓄能器和控制器，所述水阀设置在控制器的出水管路上。
优选地，所述高压供水装置还包括与控制器依次连接的液压装置和增压装置，所述液压装置上设置有压力表。
优选地，所述三爪卡盘分别通过驱动轴与电动机相连，所述驱动轴通过与电动机内部配合的传动轴实现前后伸缩。
优选地，所述钻床台面上方四角安装有水泡水平仪。
优选地，所述钻床台面下方放置有废液回收桶，所述废液回收桶中设置有海绵过滤网。
优选地，所述钻床台面下方固定有支撑横梁并且四角由四条支撑腿支撑，且四条支撑腿底部垫有可调节垫脚。
本发明提供的高压磨料水射流岩石取芯钻床，高压磨料水射流对材料具有极强的冲蚀作用，并在冲蚀过程中不改变材料的力学、物理和化学性能，具有独特的切割性能，可用于切割压敏、脆性物体。因此，利用高压磨料水射流对对强度较大的裂缝性岩石、砾岩、砂岩等进行无损取芯具有很强的适用价值。
本发明提供的高压磨料水射流岩石取芯钻床，与普通的机械取芯方式相比，有以下有益效果：
(1)能够最大限度地避免岩石在取芯过程中对内部结构的损伤，避免在取芯过程中岩样内部产生微纳米级别的损伤，以确保岩石实验结果的精确度；
(2)可实现各种岩性及任意尺寸岩石的无损取芯，特别适用于强度较大的裂缝性岩石、砾岩、砂岩取芯和小直径无损取芯；
(3)结构紧凑合理，操作方便，在取芯过程中噪音小、粉尘污染小；通过废液回收桶，可实现磨料的循环使用，环保节能。
附图说明
图1是本发明高压磨料水射流岩石取芯钻床的结构示意图；
图2是本发明高压磨料水射流岩石取芯钻床的俯视图；
图3是本发明高压磨料水射流岩石取芯钻床中高压供水装置结构示意图。
其中：1.可调节垫脚；2.废液回收桶；3.钻床支腿；4.海绵滤网；5.水泡水平仪；6.高压供水装置；601.增压装置，602.水泵，603.供水箱，604.蓄能器，605.控制器，606.水阀，607.液压装置，608.压力表；7.磨料罐；8.磨料控制阀；9.喷嘴；10.支撑架；11.机械臂控制系统；12.取样岩石；13.三爪卡盘；14.驱动轴；15.电动机；16.支撑横梁；17.钻床台面；18.机械臂；19.计算机；20.转动手柄。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1-3所示，本发明提供的一种高压磨料水射流岩石取芯钻床，包括钻床台面17，所述钻床台面17上方中间位置设置有支撑架10，所述支撑架10用于支撑机械臂控制系统11，所述机械臂控制系统11上设置有上下向的传动齿条，所述转动手柄20的传动轴端设置有传动齿轮，所述传动齿轮与传动齿条通过转动转动手柄20进行啮合传动进而带动机械臂控制系统11进行上下位置移动，所述机械臂控制系统11与计算机19相连，所述机械臂控制系统11下方连接机械臂18，所述机械臂18端部固定有朝下的喷嘴9，所述喷嘴9分别与高压供水装置6和磨料罐7通过管路相连，所述钻床台面17上方位于支撑架10两侧位置对称地设置有一组三爪卡盘13，所述三爪卡盘13分别通过驱动轴14与电动机15相连，在此驱动轴14可通过与电动机内部配合的传动轴实现前后伸缩即实现三爪卡盘13的卡紧和松开。
优选地，所述喷嘴9朝上的后端通过管路与高压供水装置6相连，所述喷嘴9中部通过管路与磨料罐7相连。
优选地，所述喷嘴9与高压供水装置6相连的管路上设置有水阀606；所述喷嘴9与磨料罐7相连的管路上设置有磨料控制阀8。
优选地，所述高压供水装置6包括依次连接的供水箱603、水泵602、蓄能器604和控制器605，所述水阀606设置在控制器607的出水管路上。
优选地，所述高压供水装置6还包括与控制器607依次连接的液压装置607和增压装置601，所述液压装置607上设置有压力表608。
优选地，所述钻床台面17上方四角安装有水泡水平仪5。
优选地，所述钻床台面17下方放置有废液回收桶2，所述废液回收桶2中设置有海绵过滤网4。
优选地，所述钻床台面17下方固定有支撑横梁16并且四角由四条支撑腿3支撑，且四条支撑腿3底部垫有可调节垫脚1。
本发明提供的高压磨料水射流岩石取芯钻床，以小直径无损取芯为例，其工作过程为：
(1)取芯前应保证钻床台面17水平，具体可通过调节可调节垫脚1、观察水泡水平仪5来确定钻床台面17是否达到水平状态；检验水阀606、磨料控制阀8是否关闭，供水箱603中的水量是否充足，并在磨料罐7中添加磨料，完成取芯前的准备工作；
(2)通过转动手柄20让机械臂控制系统11在支撑架10上向上移动，将要取样岩石12通过三爪卡盘13进行固定，三爪卡盘13可通过驱动轴14与电动机15进行伸缩；
(3)通过转动手柄20让机械臂控制系统11在支撑架10上向下移动，一般喷嘴9距离取样岩石表面1mm～2mm为宜；
(4)在计算机19内根据取芯直径设定机械臂18的运动路径；
(5)启动高压供水装置6，打开磨料控制阀8，高压供水装置6中供水箱603中的水经过水泵602进行增压，到达蓄能器604中，通过控制器605、液压装置607的处理后以一定的压力进入喷嘴9，高速水射流在喷嘴9中内形成一定的真空，磨料罐7内的磨料在自重和混合腔卷吸的作用下，经过磨料控制阀8被吸入喷嘴9，均匀混合的磨料和水经过喷嘴9喷射到取样岩石12上；
(6)启动高压供水装置6后，在计算机19内控制机械臂18的移动，待取芯完成后停止机械臂18的移动，同时关闭高压供水装置6和磨料控制阀8；
(7)通过转动手柄20让机械臂控制系统11在支撑架10上向上移动，将取样岩石12及取芯样品取出，废液回收桶2中海绵滤网4上的磨料可以晒干后重新使用，废液回收桶中的废水可以倒入供水箱603中重复利用。
本发明提供的高压磨料水射流岩石取芯钻床，高压磨料水射流对材料具有极强的冲蚀作用，并在冲蚀过程中不改变材料的力学、物理和化学性能，具有独特的切割性能，可用于切割压敏、脆性物体。因此，利用高压磨料水射流对对强度较大的裂缝性岩石、砾岩、砂岩等进行无损取芯具有很强的适用价值。
本发明提供的高压磨料水射流岩石取芯钻床，与普通的机械取芯方式相比，有以下有益效果：
(1)能够最大限度地避免岩石在取芯过程中对内部结构的损伤，避免在取芯过程中岩样内部产生微纳米级别的损伤，以确保岩石实验结果的精确度；
(2)可实现各种岩性及任意尺寸岩石的无损取芯，特别适用于强度较大的裂缝性岩石、砾岩、砂岩取芯和小直径无损取芯；
(3)结构紧凑合理，操作方便，在取芯过程中噪音小、粉尘污染小；通过废液回收桶，可实现磨料的循环使用，环保节能。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种高压磨料水射流岩石取芯钻床，其特征在于，包括钻床台面，所述钻床台面上方中间位置设置有支撑架，所述支撑架用于支撑机械臂控制系统，所述机械臂控制系统上设置有上下向的传动齿条，所述转动手柄的传动轴端设置有传动齿轮，所述传动齿轮与传动齿条通过转动转动手柄进行啮合进而带动机械臂控制系统进行上下位置移动，所述机械臂控制系统与计算机相连，所述机械臂控制系统下方连接机械臂，所述机械臂端部固定有朝下的喷嘴，所述喷嘴分别与高压供水装置和磨料罐通过管路相连，所述钻床台面上方位于支撑架两侧位置对称地设置有一组三爪卡盘。
2.如权利要求1所述的高压磨料水射流岩石取芯钻床，其特征在于，所述喷嘴朝上的后端通过管路与高压供水装置相连，所述喷嘴中部通过管路与磨料罐相连。
3.如权利要求2所述的高压磨料水射流岩石取芯钻床，其特征在于，所述喷嘴与高压供水装置相连的管路上设置有水阀；所述喷嘴与磨料罐相连的管路上设置有磨料控制阀。
4.如权利要求3所述的高压磨料水射流岩石取芯钻床，其特征在于，所述高压供水装置包括依次连接的供水箱、水泵、蓄能器和控制器，所述水阀设置在控制器的出水管路上。
5.如权利要求4所述的高压磨料水射流岩石取芯钻床，其特征在于，所述高压供水装置还包括与控制器依次连接的液压装置和增压装置，所述液压装置上设置有压力表。
6.如权利要求1所述的高压磨料水射流岩石取芯钻床，其特征在于，所述三爪卡盘分别通过驱动轴与电动机相连，所述驱动轴通过与电动机内部配合的传动轴实现前后伸缩。
7.如权利要求1所述的高压磨料水射流岩石取芯钻床，其特征在于，所述钻床台面上方四角安装有水泡水平仪。
8.如权利要求1所述的高压磨料水射流岩石取芯钻床，其特征在于，所述钻床台面下方放置有废液回收桶。
9.如权利要求8所述的高压磨料水射流岩石取芯钻床，其特征在于，所述废液回收桶中设置有海绵过滤网。
10.如权利要求1所述的高压磨料水射流岩石取芯钻床，其特征在于，所述钻床台面下方四角由四条支撑腿支撑，且四条支撑腿底部垫有可调节垫脚。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112025557A (zh) * 2019-06-03 2020-12-04 中国石油化工股份有限公司 一种用于切割岩样的装置
CN112763308A (zh) * 2020-12-29 2021-05-07 哈尔滨工程大学 一种可连续调节实时监控多自由度冲蚀辅助系统
US11230654B2 (en) * 2019-06-04 2022-01-25 Halliburton Energy Services, Inc. Calcium carbonate coated materials and methods of making and using same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103522197A (zh) * 2013-11-05 2014-01-22 南京航空航天大学 基于动态压力信号调节的数控超声波喷丸工艺方法
CN105364724A (zh) * 2014-08-26 2016-03-02 中国石油天然气股份有限公司 压裂试件的切割装置及方法
CN105415201A (zh) * 2015-12-25 2016-03-23 江南大学 磨料水射流抛光实验装置
CN206152145U (zh) * 2016-06-22 2017-05-10 河南理工大学 一种含磨料的高压细水雾联动切割—灭火装置
CN106706363A (zh) * 2017-01-25 2017-05-24 中国地质大学（北京） 一种页岩岩样取芯模拟试验装置及其模拟试验方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103522197A (zh) * 2013-11-05 2014-01-22 南京航空航天大学 基于动态压力信号调节的数控超声波喷丸工艺方法
CN105364724A (zh) * 2014-08-26 2016-03-02 中国石油天然气股份有限公司 压裂试件的切割装置及方法
CN105415201A (zh) * 2015-12-25 2016-03-23 江南大学 磨料水射流抛光实验装置
CN206152145U (zh) * 2016-06-22 2017-05-10 河南理工大学 一种含磨料的高压细水雾联动切割—灭火装置
CN106706363A (zh) * 2017-01-25 2017-05-24 中国地质大学（北京） 一种页岩岩样取芯模拟试验装置及其模拟试验方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112025557A (zh) * 2019-06-03 2020-12-04 中国石油化工股份有限公司 一种用于切割岩样的装置
CN112025557B (zh) * 2019-06-03 2021-09-10 中国石油化工股份有限公司 一种用于切割岩样的装置
US11230654B2 (en) * 2019-06-04 2022-01-25 Halliburton Energy Services, Inc. Calcium carbonate coated materials and methods of making and using same
CN112763308A (zh) * 2020-12-29 2021-05-07 哈尔滨工程大学 一种可连续调节实时监控多自由度冲蚀辅助系统
CN112763308B (zh) * 2020-12-29 2022-11-25 哈尔滨工程大学 一种可连续调节实时监控多自由度冲蚀辅助系统

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