CN112025557B - 一种用于切割岩样的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于切割岩样的装置，包括岩样固定装置、水射流发生器、动力装置、传动装置、水刀和处理单元。其中，水射流发生器与水刀连接。传动装置分别与动力装置和水刀连接。处理单元能够控制水刀的运行路线。本发明提供的用于切割岩样的装置，能够快速稳定地切割复杂岩样，并且适用性强，操作简单。

Description

一种用于切割岩样的装置
技术领域
本发明属于石油勘探开发技术领域，具体涉及一种用于切割岩样的装置。
背景技术
随着非常规油气资源的进一步发展，准确获得储层地质资料对钻井、开发等工程的有效安全开展具有重要意义。通过对地下地层取心进行室内实验可对地层进行描述，通常现场取得的全尺寸岩心不能直接用于室内实验，还需要进一步加工、切割，取出符合实验要求的小岩心柱才能够开展岩石力学室内实验。目前，针对岩心取心主要有机械钻头式和线切割式，但是加工过程中机械震动大，对岩心扰动大，容易对结构复杂岩心造成破坏，导致取心失败。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够快速稳定地切割复杂岩样的用于切割岩样的装置。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种用于切割岩样的装置，包括岩样固定装置、水射流发生器、动力装置、传动装置、水刀和处理单元。其中，水射流发生器与水刀连接。传动装置分别与动力装置和水刀连接。处理单元能够控制水刀的运行路线。
根据本发明的用于切割岩样的装置，采用高压水射流作为切割动力，能量高，减小了切割过程中对岩样的扰动，因此能够保证复杂岩样取心之后的完整性。在处理单元的控制作用下，切割前可根据实验需求绘制水刀运行路线，动力装置带动传送带运动，水刀安装在传送带末端，在处理单元的控制下水刀的运动无方向限制，能够及其方便地切割出任意图形，从而加工出各种形状的岩心样品，能够满足不同实验的要求，为下一步开展岩石的室内实验提供条件和保障。因此，根据本发明的用于切割岩样的装置，适用性强，操作简单，快速稳定。
对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。
根据本发明的用于切割岩样的装置，在一个优选的实施方式中，还包括能量耗散计算单元，处理单元能够根据能量耗散计算单元的计算结果调整水刀的角度。
能量耗散计算单元能够根据岩石厚度，将能量耗散值转换成水刀刀头的倾角，通过处理单元自动控制水刀刀头的倾角，从而能够保证岩样端面切割的垂直度。
进一步地，在一个优选的实施方式中，用于切割岩样的装置还包括平行度测量单元，处理单元能够根据平行度测量单元的测量结果调整水刀的角度。
平行度测量单元能够自动测量初次加工后岩样两端面的平行度，既可以检测加工质量，也可以通过处理单元及时微调水刀刀头定位倾角保证平行度，从而能够满足岩样端面加工平行度的需求。
具体地，在一个优选的实施方式中，平行度测量单元包括主尺和两个副尺。其中，主尺沿岩样的轴向方向平齐放置，两个副尺分别与岩样两端面平齐设置。主尺上设有两个数显量角器和一个数显平行度测量器。
两个数显量角器能够实时显示主尺两端分别与副尺的夹角，数显平行度测量器能够实时显示主尺两端分别与副尺的夹角之间的差值，这样能够使得处理单元根据差值实时调节水刀刀头的倾角，对岩样端面进行微切割，从而确保岩样两端面的平行度。整个操作直观、简单、便捷。
进一步地，在一个优选的实施方式中，岩样固定装置包括全尺寸岩样固定装置和岩样端面处理固定装置。
将岩样初次加工所需的固定装置和岩样端面处理所需的固定装置分开设置，能够使得岩样加工的操作过程便捷以及提高加工质量和效果。
具体地，在一个优选的实施方式中，全尺寸岩样固定装置包括第一底座、支架和压盖。其中，支架布置在第一底座上，第一底座上设有用于固定岩样的安装槽。压盖与支架连接从而将岩样固定在支架上。
将支架布置在底座上的结构能够保证切割时固定装置稳定可靠，通过在支架上设置安装槽的结构能够保证岩样的固定稳定牢靠。
进一步地，在一个优选的实施方式中，压盖与支架通过可调紧固件连接。
通过可调紧固件固定岩样，能够满足不同尺寸岩样的安装固定，从而增加固定装置的适用性。
具体地，在一个优选的实施方式中，岩样端面处理固定装置包括第二底座、夹具座、固定槽、挡板和挡圈。其中，夹具座布置在第二底座上，夹具座上设有用于固定岩样的固定槽。挡圈固定在挡板上，挡板与夹具座连接从而将岩样固定在夹具座上。
将夹具座布置在底座上的结构能够保证固定装置的结构稳定可靠，不影响加工质量，通过挡圈和挡板的形式能够确保整个岩样在固定槽中的安装稳定可靠。并且，由于固定槽开在夹具座上，便于水刀从夹具座的两侧对岩样两端面进行加工。
进一步地，在一个优选的实施方式中，挡板与夹具座通过可调紧固件连接。
通过可调紧固件固定岩样，能够满足不同尺寸岩样的安装固定，从而增加固定装置的适用性。
进一步地，在一个优选的实施方式中，固定槽包括若干组并且均匀布置在夹具座上。
通过在夹具座上设置多组固定槽，可将初次加工后的多个岩样快速固定，一次性进行端面加工，端面处理效率高。
相比现有技术，本发明的优点在于：能够快速稳定地切割复杂岩样，并且适用性强，操作简单。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1示意性显示了本发明实施例的全尺寸岩样固定装置的整体结构；
图2示意性显示了本发明实施例的岩样端面处理固定装置的整体结构；
图3示意性显示了本发明实施例的平行度测量单元的整体结构；
图4示意性显示了本发明实施例的用于切割岩样的装置的工作流程。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
图1示意性显示了本发明实施例的全尺寸岩样固定装置11的整体结构。图2示意性显示了本发明实施例的岩样端面处理固定装置12的整体结构。图3示意性显示了本发明实施例的平行度测量单元4的整体结构。图4示意性显示了本发明实施例的用于切割岩样的装置10的工作流程。
如图4所示，本发明实施例的用于切割岩样的装置10，包括岩样固定装置1、水射流发生器2、动力装置、传动装置、水刀和处理单元。其中，水射流发生器2与水刀连接。传动装置分别与动力装置和水刀连接。处理单元能够控制水刀的运行路线。根据本发明实施例的用于切割岩样的装置，采用高压水射流作为切割动力，能量高，减小了切割过程中对岩样的扰动，因此能够保证复杂岩样取心之后的完整性。在处理单元的控制作用下，切割前可根据实验需求绘制水刀运行路线，动力装置带动传送带运动，水刀安装在传送带末端，在处理单元的控制下水刀的运动无方向限制，能够及其方便地切割出任意图形，从而加工出各种形状的岩心样品，能够满足不同实验的要求，为下一步开展岩石的室内汇演提供条件和保障。因此，根据本发明的用于切割岩样的装置，适用性强，操作简单，快速稳定。
具体地，在本实施例中，水射流发生器2通过泵对水及金刚砂混合物加压，产生高能量高压水柱，水柱通过水喷嘴形成高压水射流，处理单元向X、Y、Z方向驱动电源发出信号，再由驱动电源驱动电机按一定速度作正转或反转运动，使得水刀刀头进行X、Y、Z方向的运动，从而实现不同形状岩样的加工。
本发明实施例的用于切割岩样的装置10，如图4所示，在一个优选的实施方式中，还包括能量耗散计算单元3，处理单元能够根据能量耗散计算单元3的计算结果调整水刀的角度。能量耗散计算单元能够根据岩石厚度，将能量耗散值转换成水刀刀头的倾角，通过处理单元自动控制水刀刀头的倾角，从而能够保证岩样端面切割的垂直度。
具体地，在本实施例中，能量耗散计算单元3根据岩样厚度，将能量耗散值转换成水刀刀头的倾角。结合岩样材料硬度及水射流切割时能量耗散情况，水刀刀头的倾角θ与岩样厚度h关系为
Figure BDA0002082429820000041
切割前输入岩样厚度，根据能量耗散计算得到倾角结果，由处理单元传送至水刀刀头，依靠电机调整刀头角度。
进一步地，在本实施例中，用于切割岩样的装置10还包括平行度测量单元4，处理单元能够根据平行度测量单元4的测量结果调整水刀的角度。平行度测量单元能够自动测量初次加工后岩样两端面的平行度，既可以检测加工质量，也可以通过处理单元及时微调水刀刀头定位倾角保证平行度，从而能够满足岩样端面加工平行度的需求。具体地，在本实施例中，如图3所示，平行度测量单元4包括主尺41和两个副尺42。其中，主尺41沿岩样6的轴向方向平齐放置，两个副尺41分别与岩样6两端面平齐设置。主尺41上设有两个数显量角器43和一个数显平行度测量器44。两个数显量角器能够实时显示主尺两端分别与副尺的夹角，数显平行度测量器能够实时显示主尺两端分别与副尺的夹角之间的差值，差值为0时，岩样6的两端面平行，若差值不为0，处理单元能够根据差值实时调节水刀刀头的倾角，对岩样端面进行微切割，从而确保岩样两端面的平行度。整个操作直观、简单、便捷。
优选地，在本实施例中，岩样固定装置1包括全尺寸岩样固定装置11和岩样端面处理固定装置12。将岩样初次加工所需的固定装置和岩样端面处理所需的固定装置分开设置，能够使得岩样加工的操作过程便捷以及提高加工质量和效果。
如图1所示，具体地，在本实施例中，全尺寸岩样固定装置11包括第一底座111、支架112和压盖113。其中，支架112布置在第一底座111上，第一底座111上设有用于固定岩样6的安装槽114。压盖113与支架112连接从而将岩样6固定在支架112上。将支架布置在底座上的结构能够保证切割时固定装置稳定可靠，通过在支架上设置安装槽的结构能够保证岩样的固定稳定牢靠。进一步地，在本实施例中，压盖113与支架112通过可调紧固件5连接。通过可调紧固件固定岩样，能够满足不同尺寸岩样的安装固定，从而增加固定装置的适用性。优选地，第一底座111采用确定厚度的钢板制成，因为能够保证切割时固定装置不移动。
如图2所示，具体地，在本实施例中，岩样端面处理固定装置12包括第二底座121、夹具座122、固定槽123、挡板124和挡圈125。其中，夹具座122布置在第二底座121上，夹具座122上设有用于固定岩样6的固定槽123。挡圈125固定在挡板124上，挡板124与夹具座122连接从而将岩样6固定在夹具座122上。将夹具座布置在底座上的结构能够保证固定装置的结构稳定可靠，不影响加工质量，通过挡圈和挡板的形式能够确保整个岩样在固定槽中的安装稳定可靠。并且，由于固定槽开在夹具座上，便于水刀从夹具座的两侧对岩样两端面进行加工。进一步地，在本实施例中，挡板124与夹具座122通过可调紧固件5连接。通过可调紧固件固定岩样，能够满足不同尺寸岩样的安装固定，从而增加固定装置的适用性。优选地，在本实施例中，固定槽123包括若干组并且均匀布置在夹具座122上。通过在夹具座上设置多组固定槽，可将初次加工后的多个岩样快速固定，一次性进行端面加工，端面处理效率高。
如图4所示，本发明实施例的用于切割岩样的装置10的具体工作方法如下：
将待加工岩样6放置在全尺寸岩样固定装置11的第一底座111上，通过调节螺杆5调整压盖113的位置，拧紧调节螺杆螺杆5。将岩样6固定好后，放入水射流发生器的切割槽中，在能量耗散计算单元3中输入岩样6的尺寸，根据计算结果调整水刀刀头的倾角，并根据实验需求在处理单元中绘制出水刀的运行轨迹，开启高压泵，通过泵对水及金刚砂混合物加压，产生高能量高压水柱，水柱通过水喷嘴形成水射流，处理单元向X、Y、Z方向驱动电源发出信号，再由驱动电源驱动电机按确定速度作正转或反转运动，使得水刀刀头进行X、Y、Z方向的运动，完成岩样切割。初次切割完成后，将平行度测量单元4的主尺41部分沿岩样轴向方向平齐放置，主尺41为伸缩结构，将主尺41长度调至与岩样6的长度一致，两个副尺42分别与岩样6两端面平齐，此时，主尺41显示屏分别为副尺42与主尺41两端的角度，以及两个角度的差值，差值为0时，表示岩样6的两端面平行。若差值不为0，则根据差值调节水刀刀头的倾角，对岩样端面进行微切割。
根据上述实施例，可见，本发明涉及的用于切割岩样的装置，能够快速稳定地切割复杂岩样，并且适用性强，操作简单。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (7)

1.一种用于切割岩样的装置，其特征在于，包括岩样固定装置、水射流发生器、动力装置、传动装置、水刀和处理单元；其中，
所述水射流发生器与所述水刀连接；所述传动装置分别与所述动力装置和所述水刀连接；
所述处理单元能够控制所述水刀的运行路线，
所述用于切割岩样的装置还包括能量耗散计算单元，所述处理单元能够根据所述能量耗散计算单元的计算结果调整所述水刀的角度，其中，所述能量耗散计算单元根据岩样厚度来将能量耗散值转换成水刀刀头的倾角，水刀刀头的倾角θ与岩样厚度h关系为
Figure FDA0003178972030000011
所述用于切割岩样的装置还包括平行度测量单元，所述处理单元能够根据所述平行度测量单元的测量结果调整所述水刀的角度，其中，所述平行度测量单元包括主尺和两个副尺；其中，
所述主尺沿岩样的轴向方向平齐放置，两个所述副尺分别与岩样两端面平齐设置；
所述主尺上设有两个数显量角器和一个数显平行度测量器。
2.根据权利要求1所述的用于切割岩样的装置，其特征在于，所述岩样固定装置包括全尺寸岩样固定装置和岩样端面处理固定装置。
3.根据权利要求2所述的用于切割岩样的装置，其特征在于，所述全尺寸岩样固定装置包括第一底座、支架和压盖；其中，
所述支架布置在所述第一底座上，所述第一底座上设有用于固定岩样的安装槽；
所述压盖与所述支架连接从而将岩样固定在所述支架上。
4.根据权利要求3所述的用于切割岩样的装置，其特征在于，所述压盖与所述支架通过可调紧固件连接。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的用于切割岩样的装置，其特征在于，所述岩样端面处理固定装置包括第二底座、夹具座、固定槽、挡板和挡圈；其中，
所述夹具座布置在所述第二底座上，所述夹具座上设有用于固定岩样的固定槽；
所述挡圈固定在所述挡板上，所述挡板与所述夹具座连接从而将所述岩样固定在所述夹具座上。
6.根据权利要求5所述的用于切割岩样的装置，其特征在于，所述挡板与所述夹具座通过可调紧固件连接。
7.根据权利要求5所述的用于切割岩样的装置，其特征在于，所述固定槽包括若干组并且均匀布置在所述夹具座上。
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