岩石的纳米CT测试样品制备装置和制备方法与流程

本发明涉及油田开发研究中样品制备装置领域，具体是一种岩石的纳米CT测试样品制备装置和制备方法。

背景技术：

随着纳米岩石学、矿物学、地质学等学科的发展，纳米CT成为研究的常用设备，对于研究岩石在纳米尺度的组分、结构、孔隙特征，总结发育规律，指导矿业、油气勘探开发具有重要意义。

纳米CT测试设备的原理是通过X-射线发射穿透样品，获得全方位的X-射线成像结果，通过对数据加工编辑，最终形成样品在纳米尺度的三维立体成像结果。因此，要求样品规格足够小，保证X-射线能够穿透样品，是提高成像分辨率的基本要求。通常纳米CT测试要求样品的长宽高小于65μm，目前主要通过肉眼和手工制备样品，用肉眼选择样品，用粘有胶水的大头针接触目标样品，再到放大器镜下筛选符合规格的样品。上述方法存在缺点：由于样品规格微小，操作空间狭小，样品规格无法控制、大头针上样品位置都很难控制，制样成功率极低，给制样造成困难，大量时间浪费于样品的制备。

技术实现要素：

本发明提供了一种岩石的纳米CT测试样品制备装置，以快速、简便的制备标准的纳米CT测试样品。

本发明提供了一种岩石的纳米CT测试样品的制备方法，以快速、简便的制备标准的纳米CT测试样品。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明实施例提供了一种岩石的纳米CT测试样品制备装置，岩石的纳米CT测试样品制备装置包括：支撑组件；取样器组件，沿竖直方向能滑动地设置在支撑组件上，取样器组件的下端设置有用于粘取样品的取样口；顶杆，沿竖直方向能滑动地穿设在取样器组件内，顶杆的下端能够将样品由取样口顶出；备样台，与支撑组件连接并位于取样器组件的下方，备样台能够沿水平方向移动；样品夹持组件，与取样器组件连接，样品夹持组件能够置于取样器组件与备样台之间，样品夹持组件用于粘贴由取样口顶出的样品。

进一步地，取样器组件包括：筒状外壳，筒状外壳的上下两端均为敞开端；活塞杆，沿竖直方向设置，活塞杆的一端为活塞端，活塞杆的另一端为推持端，活塞端设置在筒状外壳内，推持端位于筒状外壳的上端外；锥台形取样头，具有轴向贯通的内腔，锥台形取样头的大径端与筒状外壳的下端连通，锥台形取样头的小径端为取样口。

进一步地，内腔为长方体状,内腔的长、宽均为65μm，内腔的高度与锥台形取样头高度相同；或者内腔为圆柱体状，内腔的直径为65μm，内腔的高度与锥台形取样头高度相同。

进一步地，活塞杆上设置有轴向通孔，顶杆穿设在轴向通孔内并能够沿竖直方向滑动，顶杆的上端位于活塞杆的上端外，顶杆的下端能够位于锥台形取样头的小径端外。

进一步地，取样器组件上设置有齿条，支撑组件上对应设置有与齿条啮合的齿轮，取样器组件在齿轮和齿条的作用下能够沿竖直方向相对于支撑组件移动。

进一步地，备样台包括：支撑台，固定连接在支撑组件上，支撑台上设置有多个滚珠凹槽，每个滚珠凹槽内均设置有一个滚珠；样品台，被支撑于支撑台上，样品台能够在滚珠的作用下沿水平方向移动。

进一步地，样品夹持组件包括：连接杆，上端与取样器组件固定连接；支撑板，与连接杆的下端固定连接；样品夹持器，呈针状结构，设置在支撑板上，样品夹持器的尖端能够置于取样器组件的正下方。

进一步地，支撑组件包括支撑座和支撑杆，支撑杆的下端固定在支撑座上，支撑杆的上端与取样器组件连接，备样台固定连接在支撑杆的中部。

进一步地，岩石的纳米CT测试样品制备装置还包括放大镜，放大镜通过第一金属软管与支撑组件连接；岩石的纳米CT测试样品制备装置还包括照明灯，照明灯通过第二金属软管与支撑组件连接。

本发明还提供了一种岩石的纳米CT测试样品制备方法，岩石的纳米CT测试样品制备方法包括以下步骤：步骤1、取设定尺寸的岩石样品进行研磨，获得设定直径的岩石样品颗粒，将该设定直径的岩石样品颗粒铺设在备样台上；步骤2、在取样器组件的取样口处设置环氧树脂，沿竖直方向移动取样器组件，并粘附备样台上的该设定直径的岩石样品颗粒；步骤3、待环氧树脂凝固后，将样品加持组件移动至取样器组件的下方，用顶杆将该设定直径的岩石样品颗粒顶出，使该设定直径的岩石样品颗粒粘附在样品加持组件上。

本发明的有益效果是，使取样器组件能够沿竖直方向上下移动，可以在取样器组件吸附样品时更加准确，同时，由于顶杆能够将样品顶出并准确粘附在样品夹持组件上，可以达到快速、简便的制备标准的纳米CT测试样品的目的。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明岩石的纳米CT测试样品制备装置实施例的结构示意图；

图2为本发明岩石的纳米CT测试样品制备装置中锥台形取样头的结构示意图；

图3为本发明岩石的纳米CT测试样品制备装置中样品夹持组件的结构示意图；

图4为本发明岩石的纳米CT测试样品制备装置中备样台的结构示意图。

图中附图标记：10、支撑组件；11、支撑座；12、支撑杆；20、取样器组件；21、筒状外壳；22、活塞杆；23、锥台形取样头；24、内腔；30、顶杆；40、备样台；41、支撑台；42、滚珠；43、样品台；44、连接支架；50、样品加持组件；51、连接杆；52、支撑板；53、样品夹持器；61、放大镜；62、第一金属软管；71、照明灯；72、第二金属软管；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种岩石的纳米CT测试样品制备装置，岩石的纳米CT测试样品制备装置包括支撑组件10，取样器组件20，顶杆30，备样台40和样品夹持组件50。取样器组件20沿竖直方向能滑动地设置在支撑组件10上，取样器组件20的下端设置有用于粘取样品的取样口。顶杆30沿竖直方向能滑动地穿设在取样器组件20内，顶杆30的下端能够将样品由取样口顶出。备样台40与支撑组件10连接并位于取样器组件20的下方，备样台40能够沿水平方向移动。样品夹持组件50，与取样器组件20连接，样品夹持组件50能够置于取样器组件20与备样台40之间，样品夹持组件50用于粘贴由取样口顶出的样品。

使取样器组件20能够沿竖直方向上下移动，可以在取样器组件20粘附样品时更加准确，同时，由于顶杆30能够将样品顶出并准确粘附在样品夹持组件50上，可以达到快速、简便的制备标准的纳米CT测试样品的目的。

优选地，岩石的纳米CT测试样品制备装置还包括放大镜61和照明灯71，放大镜61通过第一金属软管62与支撑组件10连接。照明灯71通过第二金属软管72与支撑组件10连接。上述第一金属软管62和第二金属软管72均可以随意调节，从而使放大镜61和照明灯71能够置于操作员需要的位置。其中，上述照明灯71可为LED灯。

需要说明的是，上述CT是计算机X射线断层扫描，支撑组件10包括支撑座11和支撑杆12，支撑杆12的下端固定在支撑座11上，支撑杆12的上端与取样器组件20连接，备样台40固定连接在支撑杆12的中部。上述第一金属软管62与支撑杆12连接，上述第二金属软管72与支撑座11连接。其中，支撑座11为长宽高10cm×10cm×2cm的钢板制成，重量>2kg。顶杆30为直径60μm钢针，上下可动范围65μm，最下端能够移动至取样口的下方。

取样器组件20包括筒状外壳21、活塞杆22和锥台形取样头23。筒状外壳21的上下两端均为敞开端。筒状外壳21沿竖直方向设置并与支撑杆12连接，活塞杆22沿竖直方向设置，活塞杆22的一端为活塞端，活塞杆22的另一端为推持端，活塞端设置在筒状外壳21内，推持端位于筒状外壳21的上端外。锥台形取样头23具有轴向贯通的内腔24，锥台形取样头23的大径端与筒状外壳21的下端连通，锥台形取样头23的小径端开口为取样口。

上述筒状外壳21为PVC材质制成，筒状外壳21内可以注入环氧树脂，通过活塞杆22的作用，可以将环氧树脂压入至锥台形取样头23的内腔24中。

本发明实施例中，上述取样器组件20各个部件均沿竖直方向设置，上述取样器组件20整体呈注射器针筒状结构。上述筒状外壳21的下端与锥台形取样头23采用粘贴或者焊接的方式固定。上述内腔24为正方体状、长方体状。该内腔24由沿周向竖直设置的内腔壁围成，该内腔壁的两端分别与锥台形取样头23的上下两端平齐，该内腔24的上下两端均为开口端，内腔24的上端与筒状外壳21的下端连通，内腔24的下端作为锥台形取样头23的取样口。内腔24的内腔壁外周与锥台形取样头23的内周壁之间形成空腔。当然，本发明实施例中的内腔24的形状并不限于上述形状，还可以是多边形柱体状或者其他形状。在本发明另一个实施例中，上述内腔24可以为锥台形取样头23的内腔，即不设置单独的内腔壁，直接使用为锥台形取样头23的内腔作为用于粘附样品颗粒的腔体。

需要说明的是，内腔壁为合金钢，钢板厚度35μm，规格为长宽均为65μm高度与锥台形取样头23相同的长方体或直径为65μm，高度与锥台形取样头23相同的圆柱体，内腔24的上下两端均开口。

本发明实施例中，上述筒状外壳21的外壁面上设置有齿条，支撑组件10上对应设置有与齿条啮合的齿轮，取样器组件20在齿轮和齿条的作用下能够沿竖直方向相对于支撑组件10移动。本发明实施例中的齿轮齿条结构与现有技术中的齿轮齿条结构类似，例如显微镜物镜的齿轮齿条驱动结构，因此不再对该结构进行赘述。

如图1所示，活塞杆22上设置有轴向通孔，顶杆30穿设在轴向通孔内并能够沿竖直方向滑动，顶杆30的上端位于活塞杆22的上端外，顶杆30的下端能够位于锥台形取样头23的小径端外。顶杆30的上端设置有用于推动顶杆30的推动把手，并且上述轴向通孔的孔径大小与顶杆30的外径相适配，以保证活塞杆22下端处的胶体不会沿轴向通孔溢出。

备样台40包括支撑台41和样品台43。支撑台41通过连接支架44固定连接在支撑组件10上，支撑台41上设置有多个滚珠凹槽，每个滚珠凹槽内均设置有滚珠42，样品台43被支撑于支撑台41的滚珠42上，样品台43能够在滚珠42的作用下沿水平方向移动。在支撑台41上设置滚珠42，可以使样品台43沿水平方向移动。样品台43的上表面设置有多个样品，在制备测试样品时，通过移动样品台43的水平位置，使某个样品置于取样器组件20的正下方，进而沿竖直方向移动取样器组件20即可完成取样操作。本发明实施例中样品台43为6cm×6cm×0.5cm薄钢板，滚珠42的直径为0.25cm，滚珠凹槽规格为0.25cm×0.25cm×0.2cm。

样品夹持组件50包括：连接杆51、支撑板52和样品夹持器53。连接杆51上端与取样器组件20固定连接。支撑板52水平设置，并且支撑板52与连接杆51的下端固定连接。样品夹持器53呈针状结构，能移动地设置在支撑板52上，样品夹持器53的尖端能够置于取样器组件20的正下方。

上述连接杆51固定于筒状外壳21外周面上，样品夹持器53为放置在支撑板52上的直径为1mm的钢针，通过调节将钢针的针尖置于锥台形取样头23下方约80μm处。本发明实施例中，上述样品夹持组件50在锥台形取样头23向下运动时并不会干涉取样，在锥台形取样头23取样结束后，钢针可以伸出至锥台形取样头23下方位置，实现样品制备。

本发明还提供了一种岩石的纳米CT测试样品制备方法，按照如下步骤进行样品制备：

步骤1、取测试岩石样品，要求岩石样品长×宽×高接近但不超过1cm×1cm×1cm，但外形不限，重量不少于1g。用研钵研磨样品，用分样筛留取直径60μm～80μm的岩石样品颗粒，重量不少于0.5g；将筛选好的岩石样品颗粒平铺于样品台43上。

步骤2、在取样器组件20中注入环氧树脂，利用放大镜61和照明灯71，对准目标岩石样品颗粒(岩石样品颗粒的其中一个颗粒)，向下推取样器组件20，并微调样品台43(上表面承载多个筛选好的岩石样品颗粒)，直到目标岩石样品颗粒进入锥台形取样头23。

步骤3、等待5分钟，待环氧树脂凝固。用顶杆30将岩石样品颗粒顶出，并粘贴在样品夹持器53上，将样品夹持器53取下，完成样品制备，开始纳米CT实验分析。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：使取样器组件20能够沿竖直方向上下移动，可以在取样器组件20吸附样品时更加准确，同时，由于顶杆30能够将样品顶出并准确粘附在样品夹持组件50上，可以达到快速、简便的制备标准的纳米CT测试样品的目的。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。