利用冷冻保形技术制作岩样的线切割装置和切割方法与流程

1.本发明涉及制作疏松砂岩岩样的方法，尤其涉及一种利用冷冻保形技术制作岩样的线切割装置和切割方法。


背景技术：

2.疏松砂岩油藏是非常规油气资源之一。疏松砂岩油藏通常具有良好的物性，其驱油效率通常高于中低渗油藏。疏松砂岩油藏也常被用于作为储油库、储气库。但是由于疏松砂岩结构松散、难以成形，给岩心分析及室内实验造成很大的难度。
3.具体地，由于高孔高渗的疏松砂岩岩心胶结程度较差，使得取芯难度很大，因此对疏松砂岩开展取芯及相关实验研究较少。最常用的制作疏松砂岩岩样的方法是用填砂管、填砂模型或人造岩心来模拟疏松砂岩(王玲，2019；徐宏光等，2017)。但填砂管难以反映疏松砂岩的应力敏感性、各向异性等特性。
4.通过取芯井子在目标储层取岩石样品，能够更准确地反映疏松砂岩储层的实际情况。在此基础上获取的标准柱状岩样可用于多种岩心分析测试和岩心驱替实验，对于分析油藏地质特性、研究油藏开发技术具有重要的意义。
5.现有技术中疏松砂岩要通过保形取芯，含油岩心样品需在取芯内筒完成蜡封或冷冻保形(贾彦勇等，2018)。疏松砂岩常温条件下难以成形，传统常温钻取柱状岩样方法，极易破坏岩心，难以取出完整的岩心，因此需要冷冻保形条件下钻取岩样。
6.现有冷冻钻取岩样的方法均采用了取芯钻头在制造的同时钻取柱状岩心，其中，专利(cn201510439121.0)采用液氮冷冻钻取技术钻取岩样，专利(cn201811211041.7)采用低温冷冻液钻取技术钻取岩样。
7.但是利用钻头冷冻取芯的过程中，会产生含油岩屑。由于液氮和冷冻液的携带能力较差，且低温条件下的岩屑与油、水混合在一起粘度较大，不易将岩屑从钻头中冲出来，容易造成钻头堵塞，增大了钻头阻力，增大的阻力作用于岩芯柱上产生扭力。在取芯钻头高速运转时，作用于岩芯柱上的扭力使冻结的疏松砂岩岩样非常容易被扭断或碎裂，使取芯失败。
8.此外，取芯过程中，取芯钻头与岩心摩擦会产生热量使岩心内的流体融化，停钻后流体迅速凝固，将岩心与取芯钻头粘结在一起，使岩心难以取出且容易造成岩心变形和破碎，冷冻钻取岩心的成功率较低。
9.金刚砂线切割机广泛用于切割各种金属和非金属复合材料。由于金刚丝与岩心的接触面积小，岩心所受的作用力较小，不易造成岩心破损。一些技术人员(nalezny c.l.,cutting rock or frozen soil with a circular saw,1971；ahn k.s.,framework for investigating wire saw rock cutting,2020)提出用金刚砂线切割岩心的方法。专利(cn201810370252.1)提出利用线切割机切割软岩心，专利(cn201821977830.x,cn201911165493.3)提出利用线切割机床切割常规岩心的方法及装置。但其切割对象主要是泥岩、页岩等，因此在常温进行。同时，在取芯过程中，其通常采用水冲洗岩屑。但常温条
件下输送砂岩难以成形，疏松砂岩需要冷冻保形来维持形态，因此常温的线切割方法不适用于质地疏松的含油疏松砂岩。
10.因此，本技术提出了一种在冷冻保形的基础上，利用金刚砂线切割机床切取疏松砂岩标准柱状岩样的方法。金刚砂线与岩心的接触面小，产生的岩屑直接带出，不会堆积，对柱状岩样没有破坏作用，大幅度提高了取样成功率。由于提高了取柱状岩样的成功率，其对疏松砂岩岩心物性的研究，正确认识油藏客观规律，指导油藏开发生产，提高资源动用程度均具有积极作用与现实意义。


技术实现要素：

11.针对上述现有技术中的问题，本技术提出了一种利用冷冻保形技术制作岩样的线切割装置和切割方法。该方法利用冷冻保形技术采用切割线切割装置切取疏松砂岩标准柱状岩样，冷冻保形技术有利于取出完整的岩心，且切割线与岩心的接触面小，产生的岩屑直接带出，不会堆积，对柱状岩样没有破坏作用，大幅度提高了取样成功率。由于提高了取柱状岩样的成功率，其对疏松砂岩岩心物性的研究，正确认识油藏客观规律，指导油藏开发生产，提高资源动用程度均具有积极作用与现实意义。
12.第一方面，本发明提供了一种利用冷冻保形技术制作岩样的线切割装置，该线切割装置包括：底座；线切割系统，其固定在所述底座上，包括切割线，所述切割线通过垂向运动切割岩石获取岩样；样品移动系统，其固定在所述底座上，用于在切割过程中横向、纵向移动岩石以使所述岩石被所述切割线切割；以及，制冷保温系统，其包括制冷组件和保温组件，所述制冷组件能够将制冷剂喷射到所述切割线和所述岩石表面以降温；所述保温组件包括保温外壳，用于放置处于冷冻保形条件下的所述岩石。利用上述线切割装置，能够采用冷冻保形技术切取疏松砂岩标准柱状岩样，冷冻保形技术有利于取出完整的岩心，且切割线与岩心的接触面小，产生的岩屑直接带出，不会堆积，对柱状岩样没有破坏作用，大幅度提高了取样成功率。由于提高了取柱状岩样的成功率，其对疏松砂岩岩心物性的研究，正确认识油藏客观规律，指导油藏开发生产，提高资源动用程度均具有积极作用与现实意义。
13.在第一方面的一个实施方式中，所述线切割系统还包括：上支撑驱动部，包括上部外壳以及设置在上部外壳内的上部绕线轮和上部导向轮，所述切割线的第一端缠绕在所述上部绕线轮上，所述切割线与所述上部导向轮接触，所述上部绕线轮的一端连接有上部电机以带动所述上部绕线轮转动从而驱动所述切割线垂向移动；下支撑驱动部，包括下部外壳以及设置在下部外壳内的下部绕线轮和下部导向轮，所述切割线的第二端缠绕在所述下部绕线轮上，所述切割线与所述下部导向轮接触，所述下部绕线轮的一端连接有下部电机以带动所述下部绕线轮转动从而驱动所述切割线垂向移动；以及，支柱，设置在所述上部外壳和所述下部外壳之间，用于调节所述上支撑驱动部的高度。通过该实施方式，能够保证切割线仅在垂向移动进行切割，并能够利用支柱调节上支撑驱动部的高度，以适配不同高度的岩石的切割。
14.在第一方面的一个实施方式中，所述线切割系统还包括：上部定位滑轮组件，其包括与所述上部电机连接的上部齿轮、移动上惰轮组和中部上惰轮组，所述上部齿轮能够在所述上部电机的驱动下带动所述移动上惰轮组横向运动以控制、调整所述切割线缠绕或抽出所述上部绕线轮的横向位置；所述中部上惰轮组固定在所述上部外壳横向的中部；所述
切割线夹在所述移动上惰轮组的两个惰轮、所述中部上惰轮组的两个惰轮之间；以及，下部定位滑轮组件，其包括与所述下部电机连接的下部齿轮、移动下惰轮组和中部下惰轮组，所述下部齿轮能够在所述下部电机的驱动下带动所述移动下惰轮组横向运动以控制、调整所述切割线缠绕或抽出所述下部绕线轮的横向位置；所述中部下惰轮组固定在所述下部外壳横向的中部；所述切割线夹在所述移动下惰轮组的两个惰轮、所述中部下惰轮组的两个惰轮之间。通过该实施方式，有利于避免切割线的脱线，也有利于切割线整齐地缠绕或有序地抽出。
15.在第一方面的一个实施方式中，所述上部导向轮的中部形成有限位凹槽；所述下部导向轮的中部形成有限位凹槽，所述限位凹槽用于容纳所述切割线。通过该实施方式，由于限位凹槽形成在上部导向轮、下部导向轮的中部，确保了切割线从导向轮的中部绕过，能够避免切割线脱线。
16.在第一方面的一个实施方式中，所述线切割系统还包括线切割控制组件，用于控制切割线的走丝速度，其与所述上部电机、所述下部电机通信连接。通过该实施方式，切割控制组件协调上部电机和下部电机的转速，保证上部电机与下部电机同步运动，从而避免断线、脱线的发生。
17.在第一方面的一个实施方式中，所述线切割系统还包括张紧轮组件，所述张紧轮组件包括张紧轮、传动杆以及张紧力调节装置，通过所述传动杆调节所述张紧力调节装置的弹簧伸缩量能够移动所述张紧轮从而张紧与所述张紧轮接触的所述切割线。通过该实施方式，能够张紧与张紧轮接触的切割线，从而避免发生脱线、跳线。
18.在第一方面的一个实施方式中，所述线切割系统还包括缓冲垫，垫在所述岩石下方，用于防止获取的所述岩样掉落，还能够防止异物进入所述线切割装置。通过该实施方式，有利于线切割装置的正常运行，提高取样成功率和提高线切割装置的使用寿命。
19.在第一方面的一个实施方式中，所述切割线为金刚砂线，所述金刚砂线为表面通过电镀金属固结有金刚石的钢丝。通过该实施方式，有利于提高切割线的使用寿命，且不易造成断线和划伤。
20.在第一方面的一个实施方式中，所述样品移动系统包括沿竖直方向叠置的纵向移动台、横向移动台以及载物台，所述纵向移动台能够相对底座纵向移动，所述横向移动台能够相对所述纵向移动台横向移动并在纵向上相对所述纵向移动台静止，所述载物台能够在切割过程中相对所述横向移动台静止，从而使所述载物台能够在切割过程中沿纵向、横向移动以带动固定在所述载物台上的所述岩石纵向、横向移动。通过该实施方式，能够使载物台带动固定在载物台上的岩石纵向、横向移动，在岩石上形成切割轨迹，以使岩石被切割线切割，从而获取标准柱状岩样。
21.在第一方面的一个实施方式中，所述底座上设置有纵向导轨，所述纵向移动台下方固定有纵向滑块，螺母固定在所述纵向滑块内部，丝杠连接在纵向电机和螺母之间，所述纵向电机带动丝杠转动从而使所述螺母和所述纵向滑块沿所述纵向导轨滑动以带动所述纵向移动台纵向滑动；所述纵向移动台上设置有横向导轨，所述横向移动台下方固定有横向滑块，螺母固定在所述横向滑块内部，丝杠连接在横向电机和螺母之间，所述横向电机带动丝杠转动从而使所述螺母和所述横向滑块沿所述横向导轨滑动以带动所述横向移动台横向滑动。通过该实施方式，有利于准确地控制纵向移动台、横向移动台的移动速度。
22.在第一方面的一个实施方式中，所述样品移动系统还包括移动控制组件，其与所述纵向电机、所述横向电机通信连接，以在切割过程中控制所述载物台的坐标位置。通过该实施方式，移动控制组件控制纵向电机、横向电机的转速，从而在切割过程中精确地控制载物台的坐标位置。
23.在第一方面的一个实施方式中，所述样品移动系统还包括岩石固定组件，所述岩石固定组件包括：岩石固定底座，其能够固定在所述载物台上；滑道，其开设在所述岩石固定底座的顶面上；第一固定滑块，其能够沿所述滑道滑动；第二固定滑块，其能够沿所述滑道滑动；以及，位置调节组件，用于调节所述第一固定滑块与所述第二固定滑块之间的距离以夹紧或释放包裹在保温材料内部的所述岩石；在切割过程中，所述保温材料避让切割区域设置。通过该实施方式，调节第一固定滑块与第二固定滑块之间的距离以夹紧或释放包裹在保温材料内部的岩石。
24.在第一方面的一个实施方式中，所述制冷保温系统的制冷组件包括液氮容器和液氮传输管线和喷头，所述液氮传输管线将所述液氮容器内的液氮输送至所述喷头以向所述切割线、所述岩石喷射降温。通过该实施方式，能够使岩石在切割过程中保持冷冻保形状态，有利于获取完整的岩样。
25.在第一方面的一个实施方式中，所述保温外壳设置在岩石固定组件外部，所述保温外壳由绝热材料制成，所述保温外壳上设有预留孔用于部分地容纳所述液氮传输管线。通过该实施方式，保温外壳有利于使岩石在切割过程中保持冷冻保形状态，有利于获取完整的岩样。
26.在第一方面的一个实施方式中，所述保温外壳包括可拆卸的顶板，用于所述岩石固定组件进出所述保温外壳。通过该实施方式，有利于避免经常性地拆卸保温外壳，同时为岩石固定组件进出保温外壳提供便利。
27.第二方面，本发明还提供了一种采用第一方面及其任一实施方式的利用冷冻保形技术制作岩样的线切割装置的切割方法，该切割方法包括以下步骤：启动线切割装置，设定样品移动系统的移动轨迹，切割岩石，所述移动轨迹包括所需柱状岩样截面的外周圆形。利用该切割方法，能够采用冷冻保形技术切取疏松砂岩标准柱状岩样，冷冻保形技术有利于取出完整的岩心，且切割线与岩心的接触面小，产生的岩屑直接带出，不会堆积，对柱状岩样没有破坏作用，大幅度提高了取样成功率。由于提高了取柱状岩样的成功率，其对疏松砂岩岩心物性的研究，正确认识油藏客观规律，指导油藏开发生产，提高资源动用程度均具有积极作用与现实意义。
28.在第二方面的一个实施方式中，所述移动轨迹可沿所述外周圆形转2-3周，以重复切割2-3周，从而使岩样与岩体分离。通过该实施方式，有利于确保岩样与岩体顺利分离。
29.在第二方面的一个实施方式中，该切割方法还包括切割前的预备步骤，所述预备步骤包括：将岩石在液氮中浸泡10-20分钟，以保证岩石冻结。通过该实施方式，有利于确保岩石在切割过程中处于冷冻保形状态，有利于获取完整的岩样。
30.在第二方面的一个实施方式中，所述预备步骤还包括：剪裁保温材料使其避让切割区域设置。通过该实施方式，有利于免切割线与保温材料接触，从而避免保温材料产生碎屑，影响切割作业。
31.在第二方面的一个实施方式中，所述预备步骤还包括：打开保温外壳的顶板，放入
夹持有岩石的岩石固定组件；调整载物台使岩石端面处于其预切割位置；调整喷头使其对准岩石和切割线；以及，关闭保温外壳的顶板，将岩石封闭与所述保温外壳中。通过该实施方式，有利于确保切割过程中，保温外壳对岩石起到保温作用，从而使岩石处于冷冻保形状态。
32.在第二方面的一个实施方式中，该切割方法包括切割后，将取出的岩样用金属套封装后，放入超低温冰柜冷冻保存。通过该实施方式，有利于获取的岩样处于冷冻保形状态保存，以备后续的实验需要。
33.本技术提供的利用冷冻保形技术制作岩样的线切割装置和切割方法，相较于现有技术具有如下的有益效果。
34.1、本发明提供的线切割装置能够利用冷冻保形技术切取疏松砂岩标准柱状岩样，冷冻保形技术有利于取出完整的岩样，且切割线与岩石的接触面小，产生的岩屑直接带出，不会堆积，对柱状岩样没有破坏作用，大幅度提高了取样成功率。由于提高了取柱状岩样的成功率，其对疏松砂岩岩心物性的研究，正确认识油藏客观规律，指导油藏开发生产，提高资源动用程度均具有积极作用与现实意义。
35.2、能够避免切割线的脱线，且能够使切割线整齐地缠绕或有序地抽出。
36.3、张紧轮能够张紧切割线，从而避免发生脱线、断线。
37.4、缓冲垫用于防止获取的岩样掉落，还能够防止异物进入线切割装置，有利于线切割装置的正常运行，提高取样成功率和提高线切割装置的使用寿命。
38.5、样品移动系统有利于准确地控制纵向移动台、横向移动台的移动速度及载物台在切割过程中的坐标。
39.6、制冷保温系统能够使岩石在切割过程中保持冷冻保形状态，有利于获取完整的岩样。
40.上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
附图说明
41.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：
42.图1显示了根据本发明一实施方式的线切割装置的主视示意图；
43.图2显示了根据本发明一实施方式的纵向移动台的结构示意图；
44.图3显示了根据本发明一实施方式的线切割装置的仰视示意图；
45.图4显示了根据本发明一实施方式的上支撑驱动部的俯视示意图；
46.图5显示了根据本发明一实施方式的岩石固定组件的立体结构示意图；
47.图6显示了根据本发明一实施方式的岩石的切割轨迹示意图。
48.附图标记清单：
49.1-下部外壳；2-支柱；3-上部外壳；4-下部绕线轮；5-下部电机；6-切割线；7-张紧轮；8-下部导向轮；9-上部导向轮；10-上部绕线轮；11-上部电机；12-岩石；13-岩石固定组件；14-保温外壳；15-液氮容器；16-缓冲垫；17-载物台；18-横向电机；19-纵向电机；20-横向移动台；21-纵向移动台；22-底座；23-保温材料；24-岩石固定底座；25-滑道；26-位置调节组件；27-第一固定滑块；28-切割轨迹；29-第二固定滑块；30-移动上惰轮组；31-中部上
惰轮组；32-移动下惰轮组；33-中部下惰轮组；34-纵向滑块；35-纵向导轨；36-丝杠。
50.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。
具体实施方式
51.下面将结合附图对本发明作进一步说明。
52.如图1至图4所示，本实施方式提供了一种利用冷冻保形技术制作岩样的线切割装置，该线切割装置包括：底座22；线切割系统，其固定在底座22上，包括切割线6，切割线6通过垂向运动切割岩石12获取岩样；样品移动系统，其固定在底座22上，用于在切割过程中横向、纵向移动岩石12以使岩石12被切割线6切割；以及，制冷保温系统，其包括制冷组件和保温组件，制冷组件能够将制冷剂喷射到切割线6和岩石12表面以降温；保温组件包括保温外壳14，用于放置处于冷冻保形条件下的岩石12。
53.在切割过程中，切割线6在纵向、横向上保持静止，其仅在垂向上高速移动，以进行切割。为了使切割线6形成如图6所示的切割轨迹28，样品移动系统在切割过程中横向、纵向移动岩石12。制冷保温系统，其包括制冷组件和保温组件，制冷组件能够将制冷剂喷射到切割线6和岩石12表面以降温；保温组件包括保温外壳14，用于放置处于冷冻保形条件下的岩石12，优选地，制冷剂为液氮。
54.优选地，岩样为标准柱状岩样，标准柱状岩样可用于多种开发调研和地质实验，尤其可用于驱替实验。驱替实验能够更加准确地反映疏松砂岩储层的实际情况，因此需要通过取标准柱状岩样来进行驱替实验。
55.制冷保温系统使整个切割过程在冻保形条件下进行。疏松砂岩常温条件下难以成形，传统常温钻取柱状岩样方法，极易破坏岩样，因此，应用冷冻保形技术获取完整的岩样。
56.使用切割线6切割，能够避免使用钻头，从而避免产生大量含油岩屑。如果使用钻头在冷冻保形条件下切割，由于液氮和冷冻液的携带能力较差，且低温条件下的岩屑与油、水混合在一起粘度较大，不易将岩屑从钻头中冲出来，容易造成钻头堵塞，增大了钻头阻力，增大的阻力作用于岩芯柱上产生扭力。在取芯钻头高速运转时，作用于岩芯柱上的扭力使冻结的疏松砂岩岩样非常容易被扭断或碎裂，使取芯失败。通过使用切割线6，切割线6与岩石12的接触面小，产生的岩屑直接带出，不会堆积，对柱状岩样没有破坏作用，大幅度提高了取样成功率。
57.该线切割装置利用冷冻保形技术切取疏松砂岩标准柱状岩样，冷冻保形技术有利于取出完整的岩样，且切割线6与岩石12的接触面小，产生的岩屑直接带出，不会堆积，对柱状岩样没有破坏作用，大幅度提高了取样成功率。由于提高了取柱状岩样的成功率，其对疏松砂岩岩心物性的研究，正确认识油藏客观规律，指导油藏开发生产，提高资源动用程度均具有积极作用与现实意义。
58.在一个实施方式中，线切割系统还包括：上支撑驱动部，如图4所示，包括上部外壳3以及设置在上部外壳3内的上部绕线轮10和上部导向轮9，切割线6的第一端缠绕在上部绕线轮10上，切割线6与上部导向轮9接触，上部绕线轮10的一端连接有上部电机11以带动上部绕线轮10转动从而驱动切割线6垂向移动；下支撑驱动部，如图3所示，包括下部外壳1以及设置在下部外壳1内的下部绕线轮4和下部导向轮8，切割线6的第二端缠绕在下部绕线轮4上，切割线6与下部导向轮8接触，下部绕线轮4的一端连接有下部电机5以带动下部绕线轮
4转动从而驱动切割线6垂向移动；以及，支柱2，设置在上部外壳3和下部外壳1之间，用于调节上支撑驱动部的高度。
59.切割线6的第一端缠绕在上部绕线轮10上，切割线6的第二端缠绕在下部绕线轮4上，通过上部电机11、下部电机5能够带动上部绕线轮10、下部绕线轮4转动，从而带动切割线6移动。
60.上部导向轮9和下部导向轮8在横向、纵向上使切割线6处于静止状态，并使切割线6的运动方向保持在垂向方向。
61.上部电机11的输出轴与上部绕线轮10的中心轴固定连接，从而驱动上部电机11，上部绕线轮10转动，继而带动切割线6垂向移动。类似地，下部电机5的输出轴与下部绕线轮4的中心轴固定连接，从而驱动下部电机5，下部绕线轮4转动，继而带动切割线6垂向移动。上部电机11与下部电机5同步运动，从而避免断线、脱线的发生。
62.如图1和图2所示，支柱2，能够用于调节上支撑驱动部的高度，以适配不同高度的岩石12的切割。
63.本实施方式保证了切割线6仅在垂向移动进行切割，并能够利用支柱2调节上支撑驱动部的高度，以适配不同高度的岩石12的切割。
64.在一个实施方式中，线切割系统还包括：上部定位滑轮组件，其包括与上部电机11连接的上部齿轮、移动上惰轮组30和中部上惰轮组31，上部齿轮能够在上部电机11的驱动下带动移动上惰轮组30横向运动以控制、调整切割线6缠绕或抽出上部绕线轮10的横向位置；中部上惰轮组31固定在上部外壳3横向的中部；切割线6夹在移动上惰轮组30的两个惰轮、中部上惰轮组31的两个惰轮之间；以及，下部定位滑轮组件，其包括与下部电机5连接的下部齿轮、移动下惰轮组32和中部下惰轮组33，下部齿轮能够在下部电机5的驱动下带动移动下惰轮组32横向运动以控制、调整切割线6缠绕或抽出下部绕线轮4的横向位置；中部下惰轮组33固定在下部外壳1横向的中部；切割线6夹在移动下惰轮组32的两个惰轮、中部下惰轮组33的两个惰轮之间。
65.如图4所示，移动上惰轮组30包括两个惰轮，中部上惰轮组31也包括两个惰轮，切割线6从上部绕线轮10绕出后，先穿过移动上惰轮组30的两个惰轮之间，接着穿过中部上惰轮组31的两个惰轮之间，到达上部导向轮9。移动上惰轮组30的两个惰轮将切割线6夹在两者之间，以进行限位，避免了切割线6的脱线；同样的，中部上惰轮组31的两个惰轮将切割线6夹在两者之间，以进行限位，避免了切割线6的脱线。
66.上部齿轮能够在上部电机11的驱动下带动移动上惰轮组30横向运动以控制、调整切割线6缠绕或抽出上部绕线轮10的横向位置，使切割线6整齐地缠绕在上部绕线轮10上或从上部绕线轮10中有序地抽出。
67.如图3所示，移动下惰轮组32包括两个惰轮，中部下惰轮组33也包括两个惰轮，切割线6从下部绕线轮4绕出后，先穿过移动下惰轮组32的两个惰轮之间，接着穿过中部下惰轮组33的两个惰轮之间，到达下部导向轮8。移动下惰轮组32的两个惰轮将切割线6夹在两者之间，以进行限位，避免了切割线6的脱线；同样的，中部下惰轮组33的两个惰轮将切割线6夹在两者之间，以进行限位，避免了切割线6的脱线。
68.下部齿轮能够在下部电机5的驱动下带动移动下惰轮组32横向运动以控制、调整切割线6缠绕或抽出下部绕线轮4的横向位置，使切割线6整齐地缠绕在下部绕线轮4上或从
下部绕线轮4中有序地抽出。
69.本实施方式有利于避免切割线6的脱线，也有利于切割线6整齐地缠绕或有序地抽出。
70.在一个实施方式中，如图4所示，上部导向轮9的中部形成有限位凹槽；如图3所示，下部导向轮8的中部形成有限位凹槽，限位凹槽用于容纳切割线6。
71.本实施方式，由于限位凹槽形成在上部导向轮9、下部导向轮8的中部，确保了切割线6从导向轮的中部绕过，能够避免切割线6脱线。
72.在一个实施方式中，线切割系统还包括线切割控制组件，用于控制切割线6的走丝速度，其与上部电机11、下部电机5通信连接。
73.本实施方式的切割控制组件协调上部电机11和下部电机5的转速，保证上部电机11与下部电机5同步运动，从而避免断线、脱线的发生。
74.优选地，所述上部电机11和所述下部电机5均为伺服电机，以实现精确定位。
75.在一个实施方式中，可选地，如图1至图3所示，线切割系统还包括张紧轮7组件，张紧轮7组件包括张紧轮7、传动杆以及张紧力调节装置，通过传动杆调节张紧力调节装置的弹簧伸缩量能够移动张紧轮7从而张紧与张紧轮7接触的切割线6。
76.优选地，张紧轮7组件设置在下支撑驱动部中，以方便调节。
77.本实施方式能够张紧与张紧轮7接触的切割线6，从而避免发生脱线、跳线。
78.可选地，可用电动舵机替代张紧轮7组件，同样实现张紧切割线6的目的，从而避免发生脱线、跳线。
79.在一个实施方式中，如图1和图2所示，线切割系统还包括缓冲垫16，垫在岩石12下方，用于防止获取的岩样掉落，还能够防止异物进入线切割装置。
80.缓冲垫16位于岩石12下方，下部外壳1上方，用于防止所切割获取的岩样的坠落，还能够防止异物进入线切割装置影响线切割装置的正常运行，其中异物主要为切割线6上携带的沙粒和油污。
81.本实施方式有利于线切割装置的正常运行，提高取样成功率和提高线切割装置的使用寿命。
82.在第一方面的一个实施方式中，切割线6为金刚砂线，金刚砂线为表面通过电镀金属固结有金刚石的钢丝。
83.金刚砂线的镀层和钢线表现产生冶金结合，其固结强度高，在切割过程中金刚石不易脱落，不易造成断线和划伤。
84.本实施方式有利于提高切割线6的使用寿命，且不易造成断线和划伤。
85.在一个实施方式中，如图1和图2所示，样品移动系统包括沿竖直方向叠置的纵向移动台21、横向移动台20以及载物台17，纵向移动台21能够相对底座22纵向移动，横向移动台20能够相对纵向移动台21横向移动并在纵向上相对纵向移动台21静止，载物台17能够在切割过程中相对横向移动台20静止，从而使载物台17能够在切割过程中沿纵向、横向移动以带动固定在载物台17上的岩石12纵向、横向移动。
86.载物台17的纵向移动由纵向移动台21控制，载物台17的横向移动由横向移动台20控制。通过移动纵向移动台21和横向移动台20，能够使载物台17带动固定在载物台17上的岩石12纵向、横向移动，在岩石12上形成切割轨迹28，以使岩石12被切割线6切割。
87.如图1和图5所示，岩石12的中心轴纵向设置。图6为垂向上的俯视图。图6示出了切割线6在岩石12上形成的切割轨迹28。切割轨迹28包括所需柱状岩样截面的外周圆形，以获取标准圆柱状岩样。
88.本实施方式通过移动纵向移动台21和横向移动台20，能够使载物台17带动固定在载物台17上的岩石12纵向、横向移动，在岩石12上形成切割轨迹28，以使岩石12被切割线6切割，从而获取标准柱状岩样。
89.在一个实施方式中，底座22上设置有纵向导轨35，纵向移动台21下方固定有纵向滑块34，螺母固定在纵向滑块34内部，丝杠36连接在纵向电机19和螺母之间，纵向电机19带动丝杠36转动从而使螺母和纵向滑块34沿纵向导轨35滑动以带动纵向移动台21纵向滑动；纵向移动台21上设置有横向导轨，横向移动台20下方固定有横向滑块，螺母固定在横向滑块内部，丝杠36连接在横向电机18和螺母之间，横向电机18带动丝杠36转动从而使螺母和横向滑块沿横向导轨滑动以带动横向移动台20横向滑动。
90.如图2所示，纵向滑块34能够相对纵向导轨35纵向滑动从而带动纵向移动台21沿纵向导轨35滑动，纵向电机19通过丝杠36、螺母结构驱动纵向滑块34的滑动。丝杠36、螺母作为驱动结构，有利于准确控制纵向移动台21的移动速度。为了进一步地准确控制纵向移动台21的移动速度，优选地，纵向电机19为伺服电机。
91.类似地，横向滑块能够相对横向导轨横向滑动从而带动横向移动台20沿横向导轨滑动，横向电机18通过丝杠36、螺母结构驱动横向滑块的滑动。丝杠36、螺母作为驱动结构，有利于准确控制横向移动台20的移动速度。为了进一步地准确控制横向移动台20的移动速度，优选地，横向电机18为伺服电机。
92.本实施方式有利于准确地控制纵向移动台21、横向移动台20的移动速度。
93.在一个实施方式中，样品移动系统还包括移动控制组件，其与纵向电机19、横向电机18通信连接，以在切割过程中控制载物台17的坐标位置。
94.移动控制组件控制纵向电机19、横向电机18的转速，从而在切割过程中精确地控制载物台17的横向、纵向坐标位置，又由于在切割过程中载物台17在垂向上保持静止，继而控制了载物台17的横向、纵向坐标位置就控制了载物台17的空间坐标位置。
95.本实施方式的移动控制组件控制纵向电机19、横向电机18的转速，从而在切割过程中精确地控制载物台17的坐标位置。
96.在一个实施方式中，样品移动系统还包括岩石固定组件13，如图5所示，岩石固定组件13包括：岩石固定底座2422，其能够固定在载物台17上；滑道25，其开设在岩石固定底座2422的顶面上；第一固定滑块27，其能够沿滑道25滑动；第二固定滑块29，其能够沿滑道25滑动；以及，位置调节组件26，用于调节第一固定滑块27与第二固定滑块29之间的距离以夹紧或释放包裹在保温材料23内部的岩石12；在切割过程中，保温材料23避让切割区域设置。
97.如图1和图5所示，岩石固定组件13纵向设置，岩石固定底座2422在纵向上的一端固定在载物台17上。为了提高稳定性，优选地，固定件包括多排螺杆，从而使载物台17为岩石固定底座2422提供更加稳固地支撑。
98.第一固定滑块27、第二固定滑块29均能够沿滑道25滑动。通过位置调节组件26，能够调节第一固定滑块27与第二固定滑块29之间的距离以夹紧或释放包裹在保温材料23内
部的岩石12。可选地，位置调节组件26包括顶丝螺钉。
99.保温材料23有利于岩石12处于冷冻保形状态。
100.在切割过程中，如图6所示，保温材料23避让切割区域设置，能够避免切割线6与保温材料23接触，从而避免保温材料23产生碎屑，影响切割作业。
101.本实施方式通过调节第一固定滑块27与第二固定滑块29之间的距离以夹紧或释放包裹在保温材料23内部的岩石12。
102.在一个实施方式中，制冷保温系统的制冷组件包括液氮容器15和液氮传输管线和喷头，液氮传输管线将液氮容器15内的液氮输送至喷头以向切割线6、岩石12喷射降温。
103.液氮作为常见制冷剂有价格经济、容易获取、容易保存等优点。因此，本实施方式的制冷剂为液氮。
104.液氮容器15上配备有阀门，打开阀门，喷头喷射液氮，关闭阀门，喷头停止喷射液氮。
105.液氮能够使岩石12在切割过程中保持冷冻保形状态，有利于获取完整的岩样。
106.本实施方式能够使岩石12在切割过程中保持冷冻保形状态，有利于获取完整的岩样。
107.在一个实施方式中，保温外壳14设置在岩石固定组件13外部，保温外壳14由绝热材料制成，保温外壳14上设有预留孔用于部分地容纳液氮传输管线。
108.本实施方式的保温外壳14有利于使岩石12在切割过程中保持冷冻保形状态，有利于获取完整的岩样。
109.在一个实施方式中，保温外壳14包括可拆卸的顶板，用于岩石固定组件13进出保温外壳14。
110.保温外壳14固定在线切割装置的上部外壳3和下部外壳1之间，为了方便岩石12的进出，避免经常性地拆卸保温外壳14，在保温外壳14上设置可拆卸地顶板，从而有利于岩石固定组件13进出保温外壳14。
111.本实施方式有利于避免经常性地拆卸保温外壳14，同时为岩石固定组件13进出保温外壳14提供便利。
112.本实施方式还提供了一种采用上述的利用冷冻保形技术制作岩样的线切割装置的切割方法，该切割方法包括以下步骤：启动线切割系统，设定样品移动系统的移动轨迹，切割岩石12，移动轨迹包括所需柱状岩样截面的外周圆形。
113.启动线切割装置，包括启动线切割系统、样品移动系统和制冷保温系统。启动线切割系统，包括启动切割线6使其在垂向上移动进行切割。启动样品移动系统包括启动横向电机18和纵向电机19以带动载物台17横向、纵向移动。启动制冷保温系统包括用喷头喷射制冷剂至切割线6和岩石12表面以进行降温。
114.本实施方式能够采用冷冻保形技术切取疏松砂岩标准柱状岩样，冷冻保形技术有利于取出完整的岩心，且切割线6与岩心的接触面小，产生的岩屑直接带出，不会堆积，对柱状岩样没有破坏作用，大幅度提高了取样成功率。由于提高了取柱状岩样的成功率，其对疏松砂岩岩心物性的研究，正确认识油藏客观规律，指导油藏开发生产，提高资源动用程度均具有积极作用与现实意义。
115.在一个实施方式中，移动轨迹可沿外周圆形转2-3周，以重复切割2-3周，从而使岩
样与岩体分离。
116.本实施方式有利于确保岩样与岩体顺利分离。
117.在一个实施方式中，该切割方法还包括切割前的预备步骤，预备步骤包括：将岩石12在液氮中浸泡10-20分钟，以保证岩石12冻结。
118.本实施方式有利于确保岩石12在切割过程中处于冷冻保形状态，有利于获取完整的岩样。
119.在一个实施方式中，预备步骤还包括：剪裁保温材料23使其避让切割区域设置。
120.本实施方式有利于免切割线6与保温材料23接触，从而避免保温材料23产生碎屑，影响切割作业。
121.在一个实施方式中，预备步骤还包括：打开保温外壳14的顶板，放入夹持有岩石12的岩石固定组件13；调整载物台17使岩石12端面处于其预切割位置；调整喷头使其对准岩石12和切割线6；以及，关闭保温外壳14的顶板，将岩石12封闭与保温外壳14中。
122.本实施方式有利于确保切割过程中，保温外壳14对岩石12起到保温作用，从而使岩石12处于冷冻保形状态。
123.在一个实施方式中，该切割方法包括切割后，将取出的岩样用金属套封装后，放入超低温冰柜冷冻保存。
124.本实施方式有利于获取的岩样处于冷冻保形状态保存，以备后续的实验需要。
125.实施例一
126.启动线切割装置以进行切割。其中，启动线切割装置，包括启动线切割系统、样品移动系统和制冷保温系统。启动线切割系统，包括启动切割线6使其在垂向上移动进行切割。启动样品移动系统包括启动横向电机18和纵向电机19以带动载物台17横向、纵向移动。启动制冷保温系统包括用喷头喷射制冷剂至切割线6和岩石12表面以进行降温。
127.在切割的过程中，切割线6垂向移动，载物台17在纵向移动台21和横向移动台20的带动移动，从而改变岩石12的横、纵坐标以形成如图6所示的切割轨迹28。切割轨迹28可沿所需柱状岩样截面的外周圆形转2-3周，以重复切割2-3周，从而使岩样与岩体分离。
128.制冷保温系统包括用喷头喷射制冷剂至切割线6和岩石12表面以进行降温，同时岩石12处于保温外壳14、保温材料23的层层包裹下，以确保岩石12在切割过程中处于冷冻保形状态。
129.实施例二
130.切割线6的安装。
131.切割线6的一端缠绕在上部绕线轮10上，经移动上惰轮组30、中部上惰轮组31到达上部导向轮9，然后切割线6沿垂向向下经下部导向轮8、中部下惰轮组33、移动下惰轮组32缠绕至下部绕线轮4上。
132.切割线6的第一端缠绕在上部绕线轮10上，切割线6的第二端缠绕在下部绕线轮4上，通过上部电机11、下部电机5能够带动上部绕线轮10、下部绕线轮4转动，从而带动切割线6移动。
133.上部导向轮9和下部导向轮8在横向、纵向上使切割线6处于静止状态，并使切割线6的运动方向保持在垂向方向。
134.上部电机11的输出轴与上部绕线轮10的中心轴固定连接，从而驱动上部电机11，
上部绕线轮10转动，继而带动切割线6垂向移动。类似地，下部电机5的输出轴与下部绕线轮4的中心轴固定连接，从而驱动下部电机5，下部绕线轮4转动，继而带动切割线6垂向移动。上部电机11与下部电机5同步运动，从而避免断线、脱线的发生。
135.移动上惰轮组30包括两个惰轮，中部上惰轮组31也包括两个惰轮，切割线6从上部绕线轮10绕出后，先穿过移动上惰轮组30的两个惰轮之间，接着穿过中部上惰轮组31的两个惰轮之间，到达上部导向轮9。移动上惰轮组30的两个惰轮将切割线6夹在两者之间，以进行限位，避免了切割线6的脱线；同样的，中部上惰轮组31的两个惰轮将切割线6夹在两者之间，以进行限位，避免了切割线6的脱线。
136.上部齿轮能够在上部电机11的驱动下带动移动上惰轮组30横向运动以控制、调整切割线6缠绕或抽出上部绕线轮10的横向位置，使切割线6整齐地缠绕在上部绕线轮10上或从上部绕线轮10中有序地抽出。
137.移动下惰轮组32包括两个惰轮，中部下惰轮组33也包括两个惰轮，切割线6从下部绕线轮4绕出后，先穿过移动下惰轮组32的两个惰轮之间，接着穿过中部下惰轮组33的两个惰轮之间，到达下部导向轮8。移动下惰轮组32的两个惰轮将切割线6夹在两者之间，以进行限位，避免了切割线6的脱线；同样的，中部下惰轮组33的两个惰轮将切割线6夹在两者之间，以进行限位，避免了切割线6的脱线。
138.下部齿轮能够在下部电机5的驱动下带动移动下惰轮组32横向运动以控制、调整切割线6缠绕或抽出下部绕线轮4的横向位置，使切割线6整齐地缠绕在下部绕线轮4上或从下部绕线轮4中有序地抽出。
139.实施例三
140.切割过程中，样品移动系统控制岩石12的坐标位置以形成切割轨迹28，从而完成切割作业。
141.底座22上设置有纵向导轨35，纵向移动台21下方固定有纵向滑块34，螺母固定在纵向滑块34内部，丝杠36连接在纵向电机19和螺母之间，纵向电机19带动丝杠36转动从而使螺母和纵向滑块34沿纵向导轨35滑动以带动纵向移动台21纵向滑动；纵向移动台21上设置有横向导轨，横向移动台20下方固定有横向滑块，螺母固定在横向滑块内部，丝杠36连接在横向电机18和螺母之间，横向电机18带动丝杠36转动从而使螺母和横向滑块沿横向导轨滑动以带动横向移动台20横向滑动。
142.纵向滑块34能够相对纵向导轨35纵向滑动从而带动纵向移动台21沿纵向导轨35滑动，纵向电机19通过丝杠36、螺母结构驱动纵向滑块34的滑动。丝杠36、螺母作为驱动结构，有利于准确控制纵向移动台21的移动速度。为了进一步地准确控制纵向移动台21的移动速度，优选地，纵向电机19为伺服电机。
143.类似地，横向滑块能够相对横向导轨横向滑动从而带动横向移动台20沿横向导轨滑动，横向电机18通过丝杠36、螺母结构驱动横向滑块的滑动。丝杠36、螺母作为驱动结构，有利于准确控制横向移动台20的移动速度。为了进一步地准确控制横向移动台20的移动速度，优选地，横向电机18为伺服电机。
144.实施例四
145.切割前的预备步骤包括：将岩石12在液氮中浸泡10-20分钟，以保证岩石12冻结；剪裁保温材料23使其避让切割区域设置；打开保温外壳14的顶板，放入夹持有岩石12的岩
石固定组件13；调整载物台17使岩石12端面处于其预切割位置；调整喷头使其对准岩石12和切割线6；以及，关闭保温外壳14的顶板，将岩石12封闭与保温外壳14中，从而确保岩石12在切割过程中处于冷冻保形状态。
146.实施例五
147.切割作业完成后，关闭制冷剂容器的阀门，打开保温外壳14的顶板，取出岩石12，将切割好的柱状岩样取出。如果柱状岩样没有掉落在缓冲垫16上，可以用假岩心将柱状岩样顶出；如果顶不动柱状岩样，可以将柱状岩样周围的岩石12用刀具切掉，至可以取出柱状岩样。取出岩样后，将取出的岩样用金属套封装后，放入超低温冰柜冷冻保存。
148.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”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。
149.虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。