CN103165011B

CN103165011B - 一种三角洲相储层物理沉积装置

Info

Publication number: CN103165011B
Application number: CN201310094408.5A
Authority: CN
Inventors: 刘宗堡; 刘芳; 孙同文; 赵淼; 龚勋; 闫力
Original assignee: Northeast Petroleum University
Current assignee: Northeast Petroleum University
Priority date: 2013-03-23
Filing date: 2013-03-23
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2033-03-23
Also published as: CN103165011A

Abstract

本发明涉及的是一种三角洲相储层物理沉积装置，这种三角洲相储层物理沉积装置包括观察箱、造波装置，观察箱的一个端壁上有入水口，观察箱的另一个端壁上有出水口，造波装置设置观察箱的上游或中游处；造波装置有两个，两个造波装置分别位于观察箱中轴线的两侧，其中第一个造波装置相对靠近观察箱的左侧壁，朝向观察箱的右侧壁倾斜驱动水流；第二个造波装置相对靠近观察箱的右侧壁，朝向观察箱的左侧壁倾斜驱动水流；入水口和出水口均为扁平状的开口，入水口处设置流速流量仪。本发明提供不同河流和波浪条件影响下三角洲相储层的形成过程，真实模拟三角洲形成过程，对三角洲各微相发育的几何学特征，及搞清三角洲相各微相储层建筑结构特征，提供了直接证据。

Description

一种三角洲相储层物理沉积装置

技术领域：

本发明属于模拟三角洲相储层形成的装置，具体涉及的是一种三角洲相储层物理沉积装置。

背景技术：

在河流入海处，特别是在河流含砂量大、海底较浅且比较稳定的地区，常常形成三角洲。三角洲沉积作用是自然界中分布最广的沉积作用之一，三角洲本身是沉积物最重要的堆积场所，三角洲相储层也是最重要的油气储集场所之一。因此，开展三角洲沉积过程、沉积作用及演变规律的实验研究,对进一步揭示其沉积作用的本质，有着非常重要的理论及实际意义。

中国实用新型专利ZL201220070945中介绍了一种用于三角洲相储层物理模拟的装置。该装置包括：实验模拟装置、波浪改造装置和摄像记录装置，由模拟装置模拟三角洲形成过程，有摄像装置记录模拟全过程；并且在水槽的一侧安装波浪改造装置，实验装置可以通过造波机模拟在三角洲形成过程中波浪作用。虽然该专利中的砂箱物理模拟装置能够对沉积过程进行全程拍摄纪录，但是，该专利中的砂箱物理模拟装置并未考虑到科里奥利力对三角洲形成过程的影响，对三角洲形成过程的模拟存在着一定程度的失真。

科里奥利力由法国数学家科里奥利在1835年发现，他为了描述质点在旋转体系的运动，需要在运动方程中引入一个假想的力，因此命名为科里奥利力。科里奥利力也称为地转偏向力。

在运动于三维空间中旋转的地球上运动的物体，都会受到科里奥利力的作用。如风、海流、南北走向的河流等等，从地面发射火箭时的轨道向西偏，自由坠落的物体却向东偏，包括炮弹弹道的修正都需要科里奥利力。

科里奥利力实质是空间中质点在地球自转条件下的一种相对运动现象。只在物体相对于地面有运动时才产生(实际不存在) 科里奥利力，其只能运动物体运动的方向，不能改变物体运动的速率。

在George-Gate的《定性分析地转偏向力》一文从科里奥利力的角度分析得出：对于水平运动的物体，在北半球，其所受的地转偏向力指向运动方向的右手边，在南半球，地转偏向力指向运动方向的左手边；对于在竖直方向运动的物体，无论在哪个半球，若物体竖直向上运动，则地转偏向力指向正西方，若物体竖直向下运动，则地转偏向力指向正东方。对于一个作一般运动的物体，可将其速度分解成竖直方向和水平方向两个分量，分别求出两分速度对应的地转偏向力后对两力求矢量和。

人们发现在由北向南流向的河流里，水的流动引起河床西岸受到冲刷，这被指为河水受到由东指向西的科里奥利力所为。

我国处于北半球，所以本文中所讨论的科里奥里力指的都是指向右手边的力。

当前对三角洲的形成过程的实验研究中，人们尚未将科里奥里力考虑进去。但是本申请的发明人经过理论研究发现，科里奥里力在三角洲的形成过程中不可忽视。三角洲往往形成在大江大河之中，江河中的水流体量很大，而且水面宽度也很宽。由于三角洲形成位置处，江河中的水的落差较小，江水所受到的主要是横向的科里奥里力。

按照流体力学的原理，这种横向的科里奥里力可以向右一直传递，最终作用于江河的右岸。因此，在水体流量较大的江河中，对右岸的冲刷比左岸严重很多，而三角洲的形成也更趋向于靠近受力相对较小的左岸（这种影响的程度尚在进一步研究之中）。

为了尽可能真实地再现三角洲的形成过程，本申请的发明人提出了本发明的沉积装置，其中，添加对科里奥里力的补偿。

发明内容：

本发明的目的是提供一种三角洲相储层物理沉积装置，它用于解决现有的三角洲相储层物理模拟装置在模拟三角洲形成过程时存在一定程度的失真的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种三角洲相储层物理沉积装置包括观察箱、造波装置，观察箱的一个端壁上有入水口，观察箱的另一个端壁上有出水口，造波装置设置观察箱的上游或中游处；造波装置有两个，两个造波装置分别位于观察箱中轴线的两侧，其中第一个造波装置相对靠近观察箱的左侧壁，朝向观察箱的右侧壁倾斜驱动水流；第二个造波装置相对靠近观察箱的右侧壁，朝向观察箱的左侧壁倾斜驱动水流；入水口和出水口均为扁平状的开口，入水口处设置流速流量仪。

上述方案中第一个造波装置与观察箱中轴线的夹角大于第二个造波装置与观察箱中轴线的夹角，第一个造波装置与观察箱中轴线的夹角度设置在45.1-47度之间,第二个造波装置与观察箱中轴线的夹角设置在43-44.9度之间。由于使位于左侧的第一个造波装置与观察箱中轴线的夹角大于位于右侧的第二个造波装置与中轴线的夹角，在两个造波装置功率相近的情况下，第一个造波装置所产生的向右侧的分力将大于第二个造波装置所产生的向左侧的分力，从而使混合后的水流在右侧壁产生的压强大于在左侧壁产生的压强。这与真是河流中的情况更加接近，所以，本发明的物理沉积装置考虑到了科里奥里力的影响，更加接近三角洲的沉积过程的真实情况。

上述方案中观察箱的上游处设置有活动底板，活动底板与升降控制装置连接，升降控制装置用于控制活动底板的倾斜角度。

上述方案中造波装置为超声换能器，两个超声换能器功率相近或相同。

上述方案中造波装置为超声换能器，第一个超声换能器的发射功率大于第二个超声换能器的发射功率,第一超声换能器的额定频率设置为第二超声换能器的额定频率的(

Figure 2013100944085100002DEST_PATH_IMAGE002

-1)/2倍。这是为了增加两个超声换能器的水流混合后所形成的混合水流的随机性，避免由于产生规律的水波而使沉积过程失真。

上述方案中观察箱的箱口处设置沉积物供给装置，用于对沉积物的供给过程(加砂过程)进行自动控制，并根据现代河流--三角洲沉积的粒度特征，对不同沉积时期不同物源所注入砂体的粒度及加砂总量进行调节。

上述方案中观察箱的上方设置有高精度砂体测量系统，该系统可在纵向或横向自由运动，并且可以带有对砂体形态进行三维检测和分析的高精度摄像设备，可录制砂体搬运及沉积过程、沉积物的厚度变化、砂体分布及演变规律，并通过摄像对任意时间、任意坐标的砂体形态演化规律及沉积物数量。

本发明中，将入水口所处方位称为上游、出水口所处方位称为下游，从入水口方向看去，将入水口左侧的观察箱的侧壁称为左侧壁、入水口右侧的观察箱的侧壁称为右侧壁。

本发明中，靠近右侧壁指的是与右侧壁的距离不大于观察箱总宽度的30%，靠近左侧壁也是类似的含义。

本发明中所提到的观察箱的中轴线指的是观察箱的上游的端壁的中点与下游的端壁的中点的水平连线，即，与观察箱侧壁大体平行的轴线。

本发明中所提到的造波装置与观察箱中轴线的夹角指的是，造波装置的发射面的法线方向与观察箱中轴线所夹的锐角的大小，这里不考虑角度的正负。

有益效果：

1、本发明提供不同河流和波浪条件影响下三角洲相储层的形成过程，真实模拟三角洲形成过程，对三角洲各微相发育的几何学特征，及搞清三角洲相各微相储层建筑结构特征，提供了直接证据。

2、本发明结构简单，原材料普通，加工制造易于实现，模拟趋近实际现象，可实现对不同类型三角洲进行模拟。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中观察箱与造波装置的位置关系示意图。

1观察箱 2造波装置 3入水口 4出水口 5流速流量仪 6活动底板 7升降控制装置 8加砂装置 9高精度砂体测量系统。

具体实施方式：

结合附图对本发明做进一步说明：

结合图1、图2所示，这种三角洲相储层物理沉积装置包括观察箱1、造波装置2，观察箱1的侧壁可以由玻璃、塑料等防水、透光的材料制成，观察箱1的箱底为水泥基底或者其他粗糙材料制成的基底。观察箱1的一个端壁上有入水口3，观察箱1的另一个端壁上有出水口4，入水口3和出水口4均为扁平状的开口，以便尽量与实际河流中的水流情况相吻合，入水口处设置流速流量仪，入水口3可以为一个或多个，出水口4也可以为一个或多个，流速流量仪5用于根据不同时期（洪水期、枯水期及平水期）分别给出不同的流速、流向和流量等参数。观察箱1的上游处设置有活动底板6，活动底板6与升降控制装置7连接；观察箱1的箱口处设置沉积物供给装置，沉积物供给装置可以为加砂装置8；观察箱1的上方设置有高精度砂体测量系统9。

造波装置2设置观察箱1的上游或中游处，造波装置2有两个，两个造波装置2分别位于观察箱1中轴线的两侧，两个造波装置2可以相对于观察箱1的中轴线对称放置，即二者的中心连线与观察箱1的中轴线大体垂直。其中第一个造波装置2相对靠近观察箱1的左侧壁，以一定倾斜角度朝向观察箱1的右侧壁驱动水流；第二个造波装置2相对靠近观察箱1的右侧壁，以一定倾斜角度朝向观察箱1的左侧壁驱动水流。这样两个造波装置2所产生的两股水流在向出水口方向流动的过程中，将在观察箱1中轴附近交汇，从而形成随机的波浪，交汇后的水流再经过一段距离的平复，从而更加接近普通河流中三角洲形成处的水流状况。两个造波装置2还可以均朝向观察箱1的上游驱动水流。还需要说明的是，观察箱1的长度要尽可能长一些，以便使得在造波之后，为水流在下游的恢复平静提供一定的空间。

本发明中第一个造波装置2与观察箱1中轴线的夹角大于第二个造波装置2与观察箱1中轴线的夹角，第一个造波装置2与观察箱1中轴线的夹角度设置在45.1-47度之间,第二个造波装置2与观察箱1中轴线的夹角设置在43-44.9度之间，这种情况下，造波装置2如选用超声换能器，应选取功率相近或相同的两个超声换能器。对于江面宽度为1.2km左右的河流，可以将两个造波装置2与观察箱1中轴线的夹角之间的差异设置在4度左右。

另外，造波装置2如选用超声换能器，还可采用不同发射频率的两个超声换能器，可以将第一个换能器的发射功率大于第二个换能器的发射功率，这是为了增加两个换能器的水流混合后所形成的混合水流的随机性，避免产生规律的水波。具体可以将第一超声换能器的频率设置为第二超声换能器的额频率的(

-1)/2倍，(√5-1)/2为一个无理数。

本发明物理沉积装置启用时，观察箱1内可以存在一定高度的水。物理沉积装置启动后，水从入水口3以一个给定速率进入观察箱。所供给的水本身可以包含一定的沉积物，例如砂石。或者，可以在入水口3处添加一个沉积物供给装置。沉积物供给装置可以为加砂装置8。可以通过电脑调节加砂的速率及总量。期间可以改动活动底板的角度，来模拟三角洲沉积时地形的变化。水可以从出水口4流出或进入，以改变湖盆水体深度，模拟水进和水退现象。

可以在预定时间之后开启两个造波装置2，可以通过控制装置调节造波的周期和振幅，模拟波浪对三角洲的改造作用。

两个造波装置2启动后，两者所驱动的水波将在中轴线附近汇合，进而相互作用形成近随机的波纹朝向各方向发散。由于位于左侧的第一个造波装置2与观察箱1中轴线的夹角大于位于右侧的第二个造波装置2与中轴线的夹角，并且，两个造波装置2的驱动功率相近，第一个造波装置2所产生的向右侧的分力将大于第二个造波装置2所产生的向左侧的分力。两股水流汇合后所形成的混合水流向右侧方向将具有一定的倾斜，即水流向下游流动的同时，稍微朝向观察箱1的右侧壁流动。这样混合后的水流在右侧壁产生的压强大于在左侧壁产生的压强。这与真是河流中的情况更加接近。

如上文所述的，本发明的这种模拟装置将科里奥里力的作用效果也考虑进来了，对其进行了补偿，更加接近真实情况。

Claims

1.一种三角洲相储层物理沉积装置，其特征在于：这种三角洲相储层物理沉积装置包括观察箱（1）、造波装置（2），观察箱（1）的一个端壁上有入水口（3），观察箱（2）的另一个端壁上有出水口（4），造波装置（2）设置观察箱（1）的上游或中游处；造波装置（2）有两个，两个造波装置（2）分别位于观察箱（1）中轴线的两侧，其中第一个造波装置（2）相对靠近观察箱（1）的左侧壁，朝向观察箱（1）的右侧壁倾斜驱动水流；第二个造波装置（2）相对靠近观察箱（1）的右侧壁，朝向观察箱（1）的左侧壁倾斜驱动水流；入水口（3）和出水口（4）均为扁平状的开口，入水口（3）处设置流速流量仪（5）；第一个造波装置（2）与观察箱（1）中轴线的夹角大于第二个造波装置（2）与观察箱（1）中轴线的夹角，第一个造波装置（2）与观察箱（1）中轴线的夹角度设置在45.1-47度之间,第二个造波装置（2）与观察箱（1）中轴线的夹角设置在43-44.9度之间。

2.根据权利要求1所述的三角洲相储层物理沉积装置，其特征在于：所述的观察箱（1）的上游处设置有活动底板（6），活动底板（6）与升降控制装置（7）连接，升降控制装置（7）用于控制活动底板（6）的倾斜角度。

3.根据权利要求2所述的三角洲相储层物理沉积装置，其特征在于：所述的观察箱（1）的箱口处设置沉积物供给装置。

4.根据权利要求3所述的三角洲相储层物理沉积装置，其特征在于：所述的观察箱（1）的上方设置有高精度砂体测量系统（9）。