一种全岩心模型柱构建装置及方法
技术领域
本发明涉及铀矿地浸技术领域，特别是涉及一种全岩心模型柱构建装置及方法。
背景技术
铀矿地浸模拟研究主要研究内容包括目标矿层的渗透性能、元素组成及迁移情况、浸出性能评价等，从而得到目标矿层可地浸性的综合评价。
研究的目标对象为钻孔取得的原始岩心，以及通过对岩心的再加工获得的不同规格岩心，其中构建模型柱是获得评价目标的主要方法。
目前构建模型柱方法主要有两种，一种是钻孔采取的一定规格和形状的完整岩心，经切削装填入对应规格的钢制管状模型套，并通过外加带压气体压迫胶皮紧贴岩心，杜绝流体从岩心侧面通过形成短路；一种是将完整岩心破碎成散状样，通过一定压力装填压实在钢制管状模型套内，形成贴合管状模型套的完整岩心。
现有技术中的构建模型柱的方法均存在不同程度的缺陷，前者对岩心规格、形状和钢制管状模型套有较严格要求，制备成本较高不易形成多组对照试验，对异形岩心无法直接形成模型柱；后者破坏了原始岩心样品的胶结结构和孔隙，不能真实反映原始岩心的渗透性。
因此，如何改变现有技术中，构建模型柱难度大、制备成本较高以及破坏岩心样品结构的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种全岩心模型柱构建装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，降低模型柱构建难度和制备成本，使模型柱能够真实反映岩心性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种全岩心模型柱构建装置，包括数据收集与模型生成系统、支座和设置于所述支座上的驱动器、支架、热熔器、图像采集器，岩心利用流体出入管可转动地设置于所述支架上，所述驱动器能够与岩心传动相连，所述驱动器能够带动岩心转动，所述支座连接有第一滑轨、第二滑轨和第三滑轨，所述支座可滑动地与所述第一滑轨相连，所述第三滑轨可滑动地与所述第二滑轨相连，所述热熔器、所述图像采集器可滑动地设置于所述第三滑轨上，所述热熔器与打印材料相连，所述第一滑轨、所述第二滑轨和所述第三滑轨两两相垂直，所述数据收集与模型生成系统与图像采集器、驱动器和热熔器信号连接。
优选地，所述流体出入管设置于岩心的两端，所述流体出入管与岩心的轴线相平行，所述流体出入管可转动地与所述支架相连。
优选地，所述第一滑轨设置于所述支座的底部，所述第二滑轨垂直于所述支座设置。
优选地，所述第三滑轨的一端通过定位器与所述第二滑轨相连，所述第三滑轨的一端与所述定位器相连，所述定位器可滑动地设置于所述第二滑轨上。
优选地，所述打印材料包括辐照交联聚乙烯线和绕线盘，所述辐照交联聚乙烯线缠绕在所述绕线盘上，所述定位器具有通过孔，所述辐照交联聚乙烯线的一端穿过所述通过孔与所述热熔器相连。
优选地，所述热熔器具有喷嘴，所述喷嘴朝向岩心设置。
优选地，所述第一滑轨、所述第二滑轨和所述第三滑轨均设置限位机构，所述限位机构能够限制所述支座与所述第一滑轨、所述第二滑轨与所述第三滑轨、所述第三滑轨与所述图像采集器的极限位置。
本发明还提供一种全岩心模型柱构建方法，包括如下步骤：
步骤一、岩心预处理
选取地浸钻孔采集的完整岩心一块，清理岩心表面泥渍，固定流入出入管；
步骤二、照片建模
利用图像采集器生成岩心三维重建模型和参数；
步骤三、生成岩心外壳模型
根据岩心三维重建模型和参数生成带有流体出入管的岩心外壳模型及3D打印用gcode码；
步骤四、3D打印外壳
利用3D打印，在岩心表面打印热缩外壳；
步骤五、生成模型柱
加热使外壳热缩，外壳贴合岩心及流体出入管，生成可用于地浸评价试验的全岩心模型柱。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的全岩心模型柱构建装置，包括数据收集与模型生成系统、支座和设置于支座上的驱动器、支架、热熔器、图像采集器，岩心利用流体出入管可转动地设置于支架上，驱动器能够与岩心传动相连，驱动器能够带动岩心转动，支座连接有第一滑轨、第二滑轨和第三滑轨，支座可滑动地与第一滑轨相连，第三滑轨可滑动地与第二滑轨相连，热熔器、图像采集器可滑动地设置于第三滑轨上，热熔器与打印材料相连，第一滑轨、第二滑轨和第三滑轨两两相垂直，数据收集与模型生成系统与图像采集器、驱动器和热熔器信号连接。本发明还提供一种岩心模型柱构建方法，利用3D打印，在岩心表面形成贴合的外壳，降低模型柱的构建难度，使用本发明的岩心模型柱构建方法能够对异形岩心直接构建模型柱，同时避免破坏原始岩心样品的胶结结构和孔隙，从而使模型柱能够真实反映原始岩心的渗透性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的全岩心模型柱构建装置的结构示意图；
其中，1为第三滑轨，2为图像采集器，3为热熔器，4为定位器，5为第二滑轨，6为支架，7为第一滑轨，8为岩心，9为流体出入管，10为支座，11为驱动器，12为喷嘴，13为辐照交联聚乙烯线，14为绕线盘，15为数据收集与模型生成系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种全岩心模型柱构建装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，降低模型柱构建难度和制备成本，使模型柱能够真实反映岩心性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1，图1为本发明的全岩心模型柱构建装置的结构示意图。
本发明提供一种全岩心模型柱构建装置，包括数据收集与模型生成系统15、支座10和设置于支座10上的驱动器11、支架6、热熔器3、图像采集器2，岩心8利用流体出入管9可转动地设置于支架6上，驱动器11能够与岩心8传动相连，驱动器11能够带动岩心8转动，支座10连接有第一滑轨7、第二滑轨5和第三滑轨1，支座10可滑动地与第一滑轨7相连，第三滑轨1可滑动地与第二滑轨5相连，热熔器3、图像采集器2可滑动地设置于第三滑轨1上，热熔器3与打印材料相连，第一滑轨7、第二滑轨5和第三滑轨1两两相垂直，数据收集与模型生成系统15与图像采集器2、驱动器11和热熔器3信号连接。
利用本发明的全岩心模型柱构建装置时，岩心8插入流体出入管9并设置于支架6上，驱动器11能够带动岩心8转动，数据收集与模型生成系统15能够控制图像采集器2采集岩心8的图像信息，图像采集器2采用摄像头，基于离线相机标定的三维重构技术，生成岩心8三维重建模型和参数，在采集岩心8图像信息时，利用第一滑轨7能够使支座10带动岩心8往复滑动，另外，利用第二滑轨5和第三滑轨1能够调整图像采集器2和热熔器3的高度和水平位置，使得图像采集器2能够采集岩心8的三维图像信息，同时令热熔器3能够实现3D打印，利用3D打印在岩心8表面打印热缩外壳，降低全岩心8模型柱构建难度，使地浸评价试验能够顺利进行。
其中，流体出入管9设置于岩心8的两端，流体出入管9与岩心8的轴线相平行，流体出入管9可转动地与支架6相连，驱动器11驱动岩心8转动，便于收集图像信息和打印岩心外壳，在本具体实施方式中，驱动器11采用自控电机。
另外，第一滑轨7设置于支座10的底部，方便支座10带动岩心8移动，第二滑轨5垂直于支座10设置，第三滑轨1能够沿第二滑轨5往复运动。
具体地，第三滑轨1的一端通过定位器4与第二滑轨5相连，第三滑轨1的一端与定位器4相连，定位器4可滑动地设置于第二滑轨5上，调整定位器4与第二滑轨5的相对位置即可方便地调整第三滑轨1的高度，定位器4上设置锁紧机构，避免第三滑轨1错位。
为了杜绝流体从岩心8侧面流过形成短路，打印材料选用辐照交联聚乙烯线13，打印材料包括辐照交联聚乙烯线13和绕线盘14，辐照交联聚乙烯线13缠绕在绕线盘14上，定位器4具有通过孔，辐照交联聚乙烯线13的一端穿过通过孔与热熔器3相连，辐照交联聚乙烯线13由定位器4的通过孔穿过，避免辐照交联聚乙烯线13干扰第三滑轨1沿第二滑轨5运动。
更具体地，热熔器3具有喷嘴12，喷嘴12朝向岩心8设置，热熔器3利用喷嘴12进行外壳打印。
为了提高装置的整体稳定性，第一滑轨7、第二滑轨5和第三滑轨1均设置限位机构，限位机构能够限制支座10与第一滑轨7、第二滑轨5与第三滑轨1、第三滑轨1与图像采集器2的极限位置，进一步提高装置可靠性。
进一步地，本发明还提供一种全岩心模型柱构建方法，包括如下步骤：
步骤一、岩心8预处理
选取地浸钻孔采集的完整岩心8一块，刮去岩心8表面泥皮，两端分别固定5-8cm长的流体出入管9，其中一根作为流体进口管，另一根作为流体出口管；
步骤二、照片建模
采用基于离线相机标定的三维重构技术，生成岩心8三维重建模型和参数；
步骤三、生成岩心外壳模型
根据岩心8三维重建模型和参数生成带有流体出入管9的岩心外壳模型及3D打印用gcode码；
步骤四、3D打印外壳
采用辐射交联聚乙烯线作为3D打印材料，在岩心8表面打印热缩外壳；
步骤五、生成模型柱
加热使外壳热缩，外壳贴合岩心8及流体出入管9，生成可用于地浸评价试验的全岩心8模型柱。
本发明的全岩心模型柱构建方法，利用上述全岩心模型柱构建装置，对于原始岩心8形状、规格无严格限制，不需对原始岩心8进行切削规整，打印外壳严密贴合异形岩心8，贴合度远高于采用胶皮外套贴合岩心8；同时能够生成原始岩心8的三维重建电子模型及参数，在岩心8采集后可直接制备模型柱成型，有效防止氧化，避免岩心8二次暴露；生成的模型柱可快速连接地浸采铀简易评价装置，利于开展快速、多组评价试验。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
