CN109277892B - 一种微小岩芯样品夹持打磨装置及其同轴打磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种微小岩芯样品夹持打磨装置及其同轴打磨方法，其中微小岩芯样品夹持打磨装置包括沿垂向并排间隔设置的左支撑架、右支撑架，左支撑架、右支撑架上均安装试件距离调节机构，每个试件距离调节机构均由驱动齿轮、从动齿轮、一端与从动齿轮偏心安装的偏心连杆，该偏心连杆另一端与上滑轮中心铰接，上滑轮与下滑轮通过滑轮连杆连接；任意一个夹头与其相对应的活动夹杆均可拆卸连接，第二试件旋转轴与第三试件旋转轴同轴线设置；第一试件旋转轴通过旋转齿轮副带动第二试件旋转轴、第三试件旋转轴同轴转动；磨石位于岩芯样品的正下方，电机通过齿轮传动副连接研磨轴。本发明解决了钻取岩心时导致岩芯破碎或改变岩石原有孔隙结构的问题。

Description

一种微小岩芯样品夹持打磨装置及其同轴打磨方法

技术领域：

本发明涉及工业微/纳米CT扫描的岩芯样品制备工作，具体涉及一种微小岩芯样品夹持打磨装置及其同轴打磨方法。

背景技术：

岩芯样品的制备是工业微/纳米CT扫描精度高低的一项重要参考指标，岩芯样品制备重点是岩芯样品直径的大小和岩芯样品制备过程中对岩石样品本身的损害程度，这直接关系到工业微/纳米CT岩芯样品扫描的精度和准确度。理论上，岩芯样品的直径越小，工业微/纳米CT岩芯样品扫描的精度越高；岩芯样品在制备过程中损害程度越小，工业微/纳米CT岩芯样品扫描越能真实的反应岩石本身的物理性质、岩石微观孔喉结构特征和岩石孔喉连通性特征。

现有的岩心取芯钻机是模拟钻井上取岩心的方法，可以制备不同尺度和规格的岩芯样品，但在实际应用过程中，存在着较为严重的问题。一方面，在取芯过程当中使用流水冷却钻头，对于水敏性岩石造成不同程度的损害，岩石内部矿物遇水膨胀变形，改变原有的孔隙结构；对于钙质或泥质胶结的碎屑岩，遇水则变成松散的岩石碎屑，破坏了岩石原有的物理性质；对于脆性较明显的岩石，在取芯机旋转钻进的过程中，产生岩石碎片和钻进时产生的岩石粉末遇水混合胶结，形成类似岩芯柱的柱状体，用外力触碰发现其比较软，是岩石碎片与岩心粉末的混合体，已经改变了岩石原有结构，直接影响工业微/纳米CT扫描结果的准确性。

现有夹钳一般针对较大样品进行夹持固定，不具备打磨功能，并且只能进行平面圆周旋转，对于夹持的样品不能进行垂向圆周旋转。

发明内容：

本发明的一个目的是提供一种微小岩芯样品夹持打磨装置，这种微小岩芯样品夹持打磨装置用于解决现有技术中钻取岩心时导致岩芯破碎或改变岩石原有孔隙结构的问题，本发明另一个目的是提供这种微小岩芯样品夹持打磨装置进行同轴打磨的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种微小岩芯样品夹持打磨装置包括沿垂向并排间隔设置的左支撑架、右支撑架，左支撑架、右支撑架上均安装试件距离调节机构，每个试件距离调节机构均由驱动齿轮、从动齿轮、一端与从动齿轮偏心安装的偏心连杆，该偏心连杆另一端与上滑轮中心铰接，上滑轮与下滑轮通过滑轮连杆连接；所述两个驱动齿轮均分别安装于相应的支撑架上端，驱动轴穿过两个驱动齿轮，驱动轴的一端安装驱动手轮；第一试件旋转轴穿过两个上滑轮，第一试件旋转轴一端安装试件旋转手轮，第一试件旋转轴与两个上滑轮之间设置轴承；第二试件旋转轴穿过一个下滑轮，第二试件旋转轴与该下滑轮之间设置轴承，第二试件旋转轴内侧端设置夹头及活动夹杆；第三试件旋转轴穿过另一个下滑轮并与该下滑轮之间设置轴承，第三试件旋转轴内侧端也设置夹头及活动夹杆；任意一个夹头与其相对应的活动夹杆均可拆卸连接，第二试件旋转轴与第三试件旋转轴同轴线设置；第三试件旋转轴沿长度方向设置弹片，弹片的一端连接相对应的夹头，弹片另一端设置旋进手轮；第一试件旋转轴上设置两个上齿轮，一个上齿轮与设置于第二试件旋转轴的下齿轮啮合，另一个上齿轮与设置于第三试件旋转轴上的下齿轮啮合；研磨轴设置于第二试件旋转轴和第三试件旋转轴的下方，磨石安装在研磨轴上，磨石位于岩芯样品的正下方，电机通过齿轮传动副连接研磨轴。

上述方案中第一试件旋转轴还设置有两个制动齿轮，两个制动齿轮分别设置于两个上滑轮的侧面。

上述方案中左支撑架、右支撑架均安装于工作台立板上，立板上设置水平仪。

上述方案中磨石的长度至少为岩芯样品长度的三倍。

上述微小岩芯样品夹持打磨装置进行同轴打磨的方法：

步骤一：根据需要打磨岩芯样品直径，选择相应规格的夹头及与活动夹杆，将岩芯样品放置在左右两个活动夹杆中间，调整旋进手轮，使左右活动夹杆距离缩小并夹紧岩芯样品；

步骤二：通过驱动手轮调整岩芯样品向下靠近磨石，使磨石接触岩芯样品，开启电机，电机通过齿轮传动副带动磨石旋转，岩芯样品静止，打磨与磨石接触部分的岩芯样品，打磨至与岩芯样品两侧活动夹杆相切的位置，停止电机，通过试件旋转手轮旋转岩芯样品，使岩芯样品继续与磨石接触，继续打磨，如此往复，使岩芯样品两侧活动夹杆在同轴情况下旋转360°，打磨试件一周，完成对岩芯样品的打磨工作；

步骤三：调节旋进手轮，松下岩芯样品，将打磨好的岩芯样品取出。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明使得岩芯样品在无水条件下进行打磨，解决取芯过程当中使用流水冷却钻头，对于水敏性岩石造成不同程度的损害，岩石内部矿物遇水膨胀变形的问题。

2、本发明通过试件旋转手轮同时使第二试件旋转轴、第三试件旋转轴垂向同轴旋转，带动岩芯样品转动某个角度后停止，由磨石旋转进行打磨，解决了旋转钻进取芯时，脆性较明显的岩芯样品破碎对岩石本身孔喉结构的破坏，最大限度的保留岩石原有孔隙结构，使原本旋转钻取时易破碎的岩心样品也能成功制样，并完成工业微/纳米CT扫描。

3、本发明通过活动夹杆的直径来控制岩芯样品尺寸，磨石只能将岩芯样品打磨到与两个活动夹杆相平齐的部位，即当磨石与两个活动夹杆相切时，使打磨出来的岩芯样品尺寸规则，较手工磨制样品规则、直径统一，可进行不同岩芯同等规格样品、相同分辨率条件下的工业微/纳米CT扫描对比，降低了人为误差。

附图说明

图1是本发明中微小岩芯样品夹持打磨装置的结构示意图。

图2是本发明中齿轮传动示意图。

图中：1驱动手轮、2偏心连杆、3从动齿轮、4支撑架、5驱动齿轮、6驱动轴、7上滑轮、8第一试件旋转轴、9第二试件旋转轴、10旋进手轮、11制动齿轮、12下滑轮、13研磨轴、14第三试件旋转轴、15活动夹杆、16岩芯样品、17水平仪、18磨石、19上齿轮、20夹头、21电机、22齿轮传动副、23滑道、24下齿轮、25滑轮连杆、26支撑调节螺栓、27弹片、28试件旋转手轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

结合图1、图2所示，这种微小岩芯样品夹持打磨装置包括沿垂向并排间隔设置的两个支撑架4，分别为左支撑架、右支撑架，左支撑架、右支撑架均安装于工作台立板上，两个支撑架4起支撑和固定作用，工作台立板四角均设置有支撑调节螺栓26，立板上设置水平仪17，支撑调节螺栓26支撑设备整体，用以调节本装置四角高度，水平仪17通过调节支撑调节螺栓26，使本装置达到水平状态。左支撑架安装左试件距离调节机构、右支撑架上安装右试件距离调节机构，通过驱动手轮1，由驱动轴6同时驱使左支撑架上的试件距离调节机构（左试件距离调节机构）、右支撑架上的试件距离调节机构（右试件距离调节机构）同时调节相应的夹头20和活动夹杆15沿垂直方向移动，以调节岩芯样品16与磨石18之间的距离。岩芯样品16为不同岩性、不同尺寸的岩芯样品。

每个试件距离调节机构均由驱动齿轮5、从动齿轮3、一端与从动齿轮偏心安装的偏心连杆2，该偏心连杆2另一端与上滑轮7中心铰接，上滑轮7与下滑轮12通过滑轮连杆25连接，上滑轮7通过偏心连杆2与从动齿轮3相连，受从动齿轮3驱动，在滑道23内沿垂向做往复运动；下滑轮12通过滑轮连杆25同上滑轮7相连，随上滑轮7沿垂直方向做同步运动；滑道23，保障相应的滑轮垂直运动。所述两个驱动齿轮5（左试件距离调节机构、右试件距离调节机构各一个驱动齿轮）均分别安装于相应的支撑架4上端，驱动轴6穿过两个驱动齿轮5，驱动齿轮5固定在驱动轴6上，为从动齿轮3提供驱动力，驱动轴6的一端安装驱动手轮1，为驱动齿轮5提供统一驱动力。驱动手轮1控制驱动轴6带动两个驱动齿轮5进行圆周运动，将动力分别传递给从动齿轮3。连杆与从动齿轮偏心连接，从动齿轮3旋转时带动相应的偏心连杆2，偏心连杆2带动相应的上滑轮7，使其在垂直方向运动，用以调节样品与磨石18之间的距离。

第一试件旋转轴8穿过两个上滑轮7，第一试件旋转轴8一端安装试件旋转手轮28，第一试件旋转轴8与两个上滑轮7之间设置轴承；第二试件旋转轴9穿过一个下滑轮12，第二试件旋转轴9与该下滑轮12之间设置轴承，第二试件旋转轴9内侧端设置夹头20及活动夹杆15；第三试件旋转轴14穿过另一个下滑轮12并与该下滑轮之间设置轴承，第三试件旋转轴14内侧端也设置夹头20及活动夹杆15。第一试件旋转轴8还设置有两个制动齿轮11，两个制动齿轮11分别设置于两个上滑轮7的侧面，制动齿轮11控制第一试件旋转轴8，使其旋转一定角度后固定。第二试件旋转轴9、第三试件旋转轴14可在相应的下滑轮12内部做旋转运动。轴承分别设置于第二试件旋转轴9与左下滑轮之间，及右下滑轮和第三试件旋转轴14之间，使第二试件旋转轴9、第三试件旋转轴14能在试件旋转手轮28转动时，达到同轴旋转的效果，而两个下滑轮12不动，同样第一试件旋转轴8也因设置轴承，在第一试件旋转轴8旋转时，两个上滑轮7不动，以保持岩芯样品16在转动时，其位置不动。

夹头20夹持固定夹杆时使用，具有不同规格的可更换夹头。任意一个夹头20与其相对应的活动夹杆15均可拆卸连接，活动夹杆15，固定夹持岩芯样品16时使用，具有不同规格的可更换固夹杆，第二试件旋转轴9与第三试件旋转轴14同轴线设置；第三试件旋转轴14沿长度方向设置弹片27，弹片27的一端连接相对应的夹头20，弹片27另一端设置旋进手轮10，第三试件旋转轴14内部弹片，用以控制活动夹杆沿水平方向的进退距离，调整试件在水平方向的位置；旋进手轮10调节夹持岩芯样品16时的松紧度，通过旋进手轮10控制弹片27的伸缩量，控制活动夹杆15在水平方向的位置。

第一试件旋转轴8上设置两个上齿轮19，一个上齿轮19与设置于第二试件旋转轴9的下齿轮24啮合，另一个上齿轮19与设置于第三试件旋转轴14上的下齿轮24啮合。上齿轮19和下齿轮24构成的试件旋转齿轮副，确保第一试件旋转轴8、第二试件旋转轴9、第三试件旋转轴14同步旋转，第一试件旋转轴8带动第二试件旋转轴9、第三试件旋转轴14运动，确保二者同轴旋转。

试件旋转手轮28连接第一试件旋转轴8，在转动过程中，第一试件旋转轴8带动试件旋转齿轮副，将动力同步传递给第二试件旋转轴9和第三试件旋转轴14，达到同轴旋转试件的效果。

研磨轴13设置于第二试件旋转轴9和第三试件旋转轴14的下方，磨石18安装在研磨轴13上，磨石18位于岩芯样品16的正下方，电机21通过齿轮传动副22连接研磨轴13，研磨轴13由齿轮传动副22带动做圆周旋转运动。磨石18的长度至少为岩芯样品16长度的三倍。磨石18由研磨轴13带动，用以旋转打磨岩芯样品16。电机21为动力装置，为齿轮传动副22提供旋转动力，可进行频率和转速调节。齿轮传动副22为传动装置，将电机21旋转动力传递给研磨轴13，带动磨石18旋转打磨岩芯样品16。

上述微小岩芯样品夹持打磨装置进行同轴打磨的方法：

步骤一：根据需要打磨岩芯样品16直径，选择相应规格的夹头20及与活动夹杆15，将岩芯样品16放置在左右两个活动夹杆15中间，调整旋进手轮10，使左右活动夹杆15距离缩小并夹紧岩芯样品16；

步骤二：通过驱动手轮1调整岩芯样品16向下靠近磨石18，使磨石18接触岩芯样品16，开启电机21，电机21通过齿轮传动副22带动磨石18旋转，岩芯样品16静止，打磨与磨石18接触部分的岩芯样品16，打磨至与岩芯样品16两侧活动夹杆15相切的位置，即打磨岩芯样品16的半径大小达到所要打磨的目标尺寸，停止电机21，通过试件旋转手轮旋转岩芯样品16，使岩芯样品16继续与磨石18接触，继续打磨，如此往复，使岩芯样品16两侧活动夹杆15在同轴情况下旋转360°，打磨试件一周，完成对岩芯样品16的打磨工作；

步骤三：调节旋进手轮10，松下岩芯样品16，将打磨好的岩芯样品16取出。

Claims (4)

1.一种岩芯样品夹持打磨装置进行同轴打磨的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：根据需要打磨岩芯样品（16）直径，选择相应规格的夹头（20）及与活动夹杆（15），将岩芯样品（16）放置在左右两个活动夹杆（15）中间，调整旋进手轮（10），使左右活动夹杆（15）距离缩小并夹紧岩芯样品（16）；

步骤二：通过驱动手轮（1）调整岩芯样品（16）向下靠近磨石（18），使磨石（18）接触岩芯样品（16），开启电机（21），电机（21）通过齿轮传动副（22）带动磨石（18）旋转，岩芯样品（16）静止，打磨与磨石（18）接触部分的岩芯样品（16），打磨至磨石（18）与岩芯样品（16）两侧活动夹杆（15）相切的位置，停止电机（21），通过试件旋转手轮（28）旋转岩芯样品（16），使岩芯样品（16）继续与磨石（18）接触，继续打磨，如此往复，使岩芯样品（16）两侧活动夹杆（15）在同轴情况下旋转360°，打磨试件一周，完成对岩芯样品（16）的打磨工作；

步骤三：调节旋进手轮（10），松下岩芯样品（16），将打磨好的岩芯样品（16）取出；

所述岩芯样品夹持打磨装置包括沿垂向并排间隔设置的左支撑架、右支撑架，左支撑架、右支撑架上均安装试件距离调节机构，每个试件距离调节机构均由驱动齿轮（5）、从动齿轮（3）、一端与从动齿轮偏心安装的偏心连杆（2），该偏心连杆（2）另一端与上滑轮（7）中心铰接，上滑轮（7）与下滑轮（12）通过滑轮连杆（25）连接；两个所述驱动齿轮（5）均分别安装于相应的支撑架（4）上端，驱动轴（6）穿过两个驱动齿轮（5），驱动轴（6）的一端安装驱动手轮（1）；第一试件旋转轴（8）穿过两个上滑轮（7），第一试件旋转轴（8）一端安装试件旋转手轮（28），第一试件旋转轴（8）与两个上滑轮（7）之间设置轴承；第二试件旋转轴（9）穿过一个下滑轮（12），第二试件旋转轴（9）与该下滑轮（12）之间设置轴承，第二试件旋转轴（9）内侧端设置夹头（20）及活动夹杆（15）；第三试件旋转轴（14）穿过另一个下滑轮（12）并与该下滑轮之间设置轴承，第三试件旋转轴（14）内侧端也设置夹头（20）及活动夹杆（15）；任意一个夹头（20）与其相对应的活动夹杆（15）均可拆卸连接，第二试件旋转轴（9）与第三试件旋转轴（14）同轴线设置；第三试件旋转轴（14）沿长度方向设置弹片（27），弹片（27）的一端连接相对应的夹头（20），弹片（27）另一端设置旋进手轮（10）；第一试件旋转轴（8）上设置两个上齿轮（19），一个上齿轮（19）与设置于第二试件旋转轴（9）的下齿轮（24）啮合，另一个上齿轮（19）与设置于第三试件旋转轴（14）上的下齿轮（24）啮合；研磨轴（13）设置于第二试件旋转轴（9）和第三试件旋转轴（14）的下方，磨石（18）安装在研磨轴（13）上，磨石（18）位于岩芯样品（16）的正下方，电机（21）通过齿轮传动副（22）连接研磨轴（13）。

2.根据权利要求1所述的岩芯样品夹持打磨装置进行同轴打磨的方法，其特征在于：所述的第一试件旋转轴（8）还设置有两个制动齿轮（11），两个制动齿轮（11）分别设置于两个上滑轮（7）的侧面。

3.根据权利要求2所述的岩芯样品夹持打磨装置进行同轴打磨的方法，其特征在于：所述的左支撑架、右支撑架均安装于工作台立板上，立板上设置水平仪（17）。

4.根据权利要求3所述的岩芯样品夹持打磨装置进行同轴打磨的方法，其特征在于：所述的磨石（18）的长度至少为岩芯样品（16）长度的三倍。