岩石切割装置和岩石切割方法与流程

本发明涉及了岩石加工处理领域，特别涉及一种岩石切割装置和岩石切割方法。

背景技术：

页岩气是一种重要的资源。目前，北美已率先取得了页岩气革命。而根据我国“页岩气发展规划(2011至2015年)”公布的数据，我国页岩气可采资源量为25×1012m³，约占全世界资源量的22％，与美国页岩气可采资源量(24.4×1012m³)大致相当。并且，伴随着四川盆地页岩气的勘探与开发，页岩气已成为现实可采的接替性资源，在接下来了的几十年内将为我国能源作出巨大贡献。

为了对页岩气进行研究，现在需要藏有页岩气的地质结构进行研究分析。例如，需要对页岩、泥页岩以及致密砂岩等进行切割，以便进行后续处理。页岩是指由粒径＜0.0039mm的碎屑、黏土、有机质等组成具页状或薄层状层理、容易破碎的一类沉积岩，其中粘土含量可高达50％甚至更多。

在现有技术中，在对页岩进行切割过程中，通常采用水作为切割介质对锯片冷却。而这种加工方法将对页岩微观孔隙结构或大尺度的块体结构造成较大的破坏，例如大量的水可能导致黏土矿物吸水膨胀、水化分散等宏观现象。以上现象可导致宝贵的岩心样品破裂，因体积不够而无法进一步进行实验等后果。

另外，目前大多数泥页岩、含粘土的致密砂岩的微观孔隙电镜表征中，其样品前处理同样为以水为介质的加工，其中粘土矿物的孔隙结构，很有可能被吸水膨胀破坏，同时也可能在粘土填充的区域形成后期微裂缝。而这些样品加工导致的后期微裂缝在实验中往往被认为是天然形成的，这对于有效储集空间的研究，或岩石物理中声学的测试等均会带来一定的谬误。

国内大多数油田岩心库同样采用水切法处理岩心样品，富含粘土的岩石因吸水碎裂造成了大量损失，通常被认为是不可避免的损失。因此，亟需一种不以水为切割介质的岩石切割方法与装置，实现富含粘土岩石的正常切割，避免样品破碎。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺陷中的至少一种，本发明所要解决的技术问题是提供了一种岩石切割装置和岩石切割方法,其通过采用气体作为冷却介质，从而可以减少岩心的损失。

本发明的具体技术方案是：

一种岩石切割装置，它包括：

机仓，其具有封闭的腔室；

设置在所述机仓内的切割机，所述切割机包括锯片；

工作平台，所述工作平台具有与所述锯片配合的加工区域；

供气单元，所述供气单元包括压缩机和制冷机，所述压缩机用于将气体进行压缩；所述制冷机的输入端和所述压缩机的输出端连通，所述制冷机用于对经过所述压缩机输入的气体进行制冷；

气路，所述气路的一端与所述制冷机的输出端连通，所述气路的另一端伸入所述机仓的腔室内，且所述气路的另一端与所述加工区域相对。

优选地，所述岩石切割装置包括吸尘机，所述吸尘机的输入端与所述机仓的腔室连通。

优选地，所述机仓具有与所述腔室连通的输出口，所述机仓的输出口与所述吸尘机的输入端连通，所述机仓的输出口临近于所述工作平台。

优选地，所述机仓的输出口位于所述机仓的顶部。

优选地，所述工作平台包括夹持器，所述夹持器能沿纵向滑动。

优选地，所述气路上设置有流量调节装置。

优选地，所述制冷机采用乙二醇或者硅油或者液氮作为制冷剂。

优选地，所述岩石切割装置还包括除湿机，所述除湿机的输出端与所述压缩机的输入端连通。

本发明还公开了一种岩石切割方法，在锯片对岩石切割过程中，采用低温高压气体对准加工区域，从而对锯片进行冷却降温。

优选地，低温高压气体的压力不小于0.7MPa，低温高压气体的排气量不小于10立方米/分，低温高压气体的温度低于负10摄氏度。

本申请的优点在于：

(1)采用气体取代了常规切磨机利用水作为锯片的冷却介质，避免了岩块吸水膨胀导致的碎裂，有效减少宝贵岩心的损失；

(2)采用高压气体，可以有效带走锯片切割过程中产生的岩石碎屑，避免了碎屑对孔隙的填充；

(3)避免了水对含有大量粘土的泥页岩、致密砂岩造成内部孔隙结构的破坏，避免了矿物吸水造成结构破坏或易溶元素流失，因此该方法切割后的样品适用于吸附法孔隙度测试、扫描电镜孔隙观察等检测。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明中岩石切割装置一个具体实施方式的结构示意图。

图2为本发明中岩石切割装置另一个具体实施方式的结构示意图。

图3为本发明中岩石切割方法的流程示意图。

以上附图的附图标记为：1、压缩机；2、制冷机；3、切割机；4、锯片；5、机仓；51、腔室；6、吸尘机；7、管路；8、工作平台；9、调节手柄；10、除湿机。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参照图1所示，本申请公开了一种岩石切割装置，它包括：机仓5，其具有封闭的腔室51；设置在所述机仓5内的切割机3，所述切割机3包括锯片4；工作平台8，所述工作平台8具有与所述锯片4配合的加工区域；供气单元，所述供气单元包括压缩机1和制冷机2，所述压缩机1用于对气体进行压缩；所述制冷机2的输入端和所述压缩机1的输出端连通，所述制冷机2用于对经过所述压缩机1输入的气体进行制冷；气路，所述气路的一端与所述制冷机2的输出端连通，所述气路的另一端伸入所述机仓5的腔室51内，且所述气路的另一端与所述加工区域相对。

具体的，机仓5具有封闭的腔室51，以便于切割产生的碎屑抽离。机仓5可由具有透光性材料制成，以便于操作人员在切割过程中对岩石进行观察。

切割机3位于机仓5内。切割机3包括锯片4。当切割机3启动时，切割机3的锯片4可以在切割机3的控制下进给，从而对岩石进行切割。

机仓5上可以设置有工作平台8，工作平台8具有加工区域。岩石可以被置于加工区域上，从而能被锯片4切割。岩石的内部可以有大量粘土矿物，或者岩石在遇水后易碎易被破坏。例如，岩石可以是泥页岩、致密砂岩、致密碳酸盐岩等，岩石也可以是人工合成的人造岩心等块体材料。

在一个优选的实施方式中，工作平台8上可以设置有夹持器(图中未示出)，所述夹持器能对岩石进行限位，以将岩石固定。在一个更优选地实施方式中，为了适应各种尺寸大小的岩石或者为了将岩石加工成不同尺寸时，夹持器可以沿纵向滑动。特别的，在机仓5外，可以设置与夹持器联动的调节手柄9，从而对夹持器的位置进行调节。

供气单元包括压缩机1和制冷机2。压缩机1用于将气体进行压缩，从而产生高压气体。制冷机2的输入端和所述压缩机1得输出端连通，从而接收压缩机1压缩产生的高压气体，并且对高压气体制冷。

在本实施方式中，压缩机1产生的气体的排气压力不小于0.7Mpa，排气量不小于10立方米/分。制冷机2可以采用乙二醇或者硅油或者液氮作为浸泡管路7的制冷剂，从而使高压气体的温度达到负10摄氏度以下。例如，制冷机2可以采用蒸汽压缩式制冷设备。

气路的一端与制冷机2的输出端连通，从而接收自制冷机2产生的低温高压气体。气路的另一端对准加工区域，从而使经过压缩后的高压气体在在进一步被制冷后对锯片4和岩石进行降温。在一个优选的方式中，气路与调节手柄9联动，从而实现联动，以便于低温高压气体对加工区域中的岩石和锯片4降温。特别的，为了进一步对锯片4和岩石进行降温处理，气路的一端对准锯片4和岩石接触的部位，即锯片4的切割处。

本申请的优点在于：

(1)采用气体取代了常规切磨机利用水作为锯片4的冷却介质，避免了岩块吸水膨胀导致的碎裂，有效减少宝贵岩心的损失；

(2)采用高压气体，可以有效带走锯片4切割过程中产生的岩石碎屑，避免了碎屑对孔隙的填充；

(3)避免了水对含有大量粘土的泥页岩、致密砂岩造成内部孔隙结构的破坏，避免了矿物吸水造成结构破坏或易溶元素流失，因此该方法切割后的样品适用于吸附法孔隙度测试、扫描电镜孔隙观察等检测。

参照图2所示，在一个优选的实施方式中，在压缩机1的上游还可以设置有除湿机10，除湿机10的输出端与压缩机1的输入端连通，从而在压缩空气之前，对空气进行干燥。

参照图2所示，在一个优选的实施方式中，所述岩石切割装置包括吸尘机6，所述吸尘机6的输入端与所述机仓5的腔室51连通，从而将切割产生的碎屑抽离机仓5的腔室51。

特别的，所述机仓5具有与所述腔室51连通的输出口，所述机仓5的输出口与所述吸尘机6的输入端连通，所述机仓5的输出口临近于所述工作平台8，以便将切割产生的碎屑快速抽离机仓5内。

在本实施方式中，机仓5的输出口位于机仓5的顶部，并位于加工区域的正上方。

在一个优选的实施方式中，所述气路上设置有流量调节装置，以调节低温高压气体流向加工区域的流速。例如，可以调节气路的出口孔径来调节气体的流速。

本申请还公开了一种岩石切割方法，在锯片对岩石切割过程中，采用高压气体对准加工区域，从而对锯片进行冷却降温。其中，低温高压气体的压力不小于0.7MPa，低温高压气体的排气量不小于10立方米/分，低温高压气体的温度低于负10摄氏度。

参照图3所示，具体的，本发明流程的主要实施过程条件如下：

(1)取岩石样品：岩石的内部可以有大量粘土矿物，或者岩石在遇水后易碎易被破坏。例如，岩石可以是泥页岩、致密砂岩、致密碳酸盐岩等，岩石也可以是人工合成的人造岩心等块体材料。

(2)将岩石样品用夹持器固定，通过调节手柄9调节夹持器的高度，从而控制进样深度。其中，岩石样品的尺寸长度范围为0.5-15cm之间，宽度为0.5-15cm之间，高度为0.5-10cm之间。

(3)开启空气压缩机1，产生压缩空气，排气压力不小于0.7MPa，排气量不小于10立方米/分。优选地，如室内空气湿度较大，需先对空气进行干燥。

(4)开启制冷机2，压缩气体通过气路进入制冷机2内，制冷机2可以采用蒸气压缩式制冷设备，内部设置管路7，用乙二醇或者硅油等作为浸泡管路7的制冷剂，温度达到负10摄氏度以下；亦可采用液氮直接作为制冷剂，直接浸泡气路管线，作为制冷方式。

(5)压缩空气经制冷进入切割机3仓内，调节气路出口孔径以调节气体流速，调节出口位置对准岩石待切割区，气体出口与外部手柄固定，可实现联动。

(6)开启吸尘机6，开始切割，完成后依次逆序关闭各设备。

在本申请的切割方法的具体实施方式包括：

①取页岩岩心样品，直径为10cm，作为待切割样品，样品遇水易产生微裂缝，形成沿沉积层理的解理而破裂。

②将样品用夹持器固定，通过调节夹持器的高度控制进样深度大于岩心样品直径。

③开启空气压缩机1，产生压缩空气。

④开启制冷机2，压缩气体通过气路进入制冷机2内，采用蒸气压缩式制冷设备，内部设置管路7，用硅油等作为浸泡管路7的制冷剂，温度达到负60摄氏度作为制冷方式。

⑤压缩空气经制冷进入机仓5内，调节气路出口为3mm，调节出口位置对准加工区域。

⑥开启吸尘机6，开始切割，完成后依次逆序关闭各设备。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。