CN103615240A - 疏松沉积物流化变形的物理模拟实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种疏松沉积物流化变形的物理模拟实验装置，其特征在于在其结构中设置有沉积管（1）、汇水管（2）、进水管（4）和进水集合管（7），在沉积管（1）和汇水管（2）中分别加入实验用砂（8）和挡水粗砂（13），通过不断地往实验装置中注水，使液化层形成超压，最终突破地层压力，发生侵入和喷出等变形，从而精确测量出变形过程中的压力梯度和进水流量，半定量-定量地刻画出地层压力、流量和变形砂体展布之间的关系；沉积管（1）与汇水管（2）之间通过法兰片（11）相连接，可方便的将沉积管（1）从实验装置中取出，使实验能多次重复进行。本发明具有结构简单、操作方便、便于观察、经济实用的特点。
Description
技术领域：
本发明涉及一种疏松沉积物流化变形的物理模拟实验装置，属油气田勘探开发过程中沉积模拟技术领域。
背景技术：
疏松沉积变形构造一直受到国内外学者的重视，尤其是最近20年，通过野外露头、岩心和地震资料发现了大量的变形构造，它们出现在不同年代的各种沉积环境中。这方面的研究也已经成为沉积学领域的研究热点。并且这些变形构造多出现在砂岩中，因此与疏松沉积物相关的各种特殊构造对于油气勘探的意义重大，成为岩性油气藏勘探的一个新的、前沿的领域。
沉积模拟研究始于19世纪末期，经历了以现象观察描述为主的初级阶段、以底形研究为主的迅速发展阶段和以砂体形成过程和演化规律为主的湖盆砂体模拟阶段。模拟实验的内容己十分广泛，如浊流模拟实验、风洞模拟实验、风暴模拟实验等等。沉积模拟研究成果推动了不同学科的交叉与繁荣，促进了实验沉积学的飞速发展，奠定了现代沉积学的基础。但在沉积模拟研究中，很少研究是针对地质流化过程进行的。Lowe（1975）最先开始研究流化作用，并提供了流化作用实验的描述。更多的现代实验的研究关注的是单层材料中的流态（Mo¨rz et al.,2007），双层介质中的流化门限值的变化(Nichols et al.,1994)，薄层沉积物中泄水和泄气构造的比较（Frey et al.,2009）以及纯气驱流化作用(Pralle et al.,2003;Rodrigues et al.,2009)。而且沉积模拟实验本身存在很多问题，比如实验时忽略了粉砂和砾的沉积作用、忽视了非均质流、忽视了非稳定状态的影响、对砂体规模和延伸的定量预测不够、对实际应用考虑不多等等。
为了更好的说明地质条件下的疏松沉积物的变形过程，本发明实现了多层平坦地层中的水驱流化作用的模拟以及不同坡角底形中疏松沉积物变形的模拟，以尽量逼近地下真实条件。
发明内容：
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种疏松沉积物流化变形的物理模拟实验装置，能精确测量出变形过程中的压力梯度和进水流量，半定量-定量地刻画出地层压力、流量和变形砂体展布之间的关系，具有结构简单合理、操作方便、便于观察、经济实用的特点。
本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的。
在疏松沉积物流化变形的物理模拟实验装置的结构中，设置有沉积管、汇水管、下钢丝网、进水管、球阀、支架、进水集合管、实验用砂、截止阀、膜盒压力表、法兰片、上钢丝网、挡水粗砂、塑料软管、转子流量计、底座；在底座上安装有支架；进水集合管安装在底座上；在进水集合管的底部开有进水口；塑料软管的一端与进水集合管底部的进水口相连接，另一端与转子流量计相连接；汇水管安装在支架的顶部；进水管安装在汇水管与进水集合管之间；进水管的下端安装在进水集合管的上端面上，进水管的上端安装在汇水管的底部；在进水管上安装有球阀；在汇水管的上部安装有沉积管；沉积管与汇水管之间通过法兰片相连接；在沉积管底部的侧壁上安装有膜盒压力表，膜盒压力表上装有截止阀；在汇水管的底部安装有下钢丝网；在汇水管中装有挡水粗砂；在沉积管的底部安装有上钢丝网；在沉积管中装有实验用砂；沉积管、汇水管、进水管、进水集合管均为有机玻璃管；下钢丝网和上钢丝网为40目的不锈钢丝网。
本发明与现有的技术相比具有如下有益效果：
1、模拟实验装置通过不断地注水，使液化层形成超压，最终突破地层压力，发生侵入和喷出等变形，能精确测量出变形过程中的压力梯度和进水流量，半定量-定量地刻画出地层压力、流量和变形砂体展布之间的关系。
2、沉积管与汇水管之间通过法兰片相连接，可方便的将沉积管从实验装置中取出，使实验能多次重复进行；也可将每次实验的产物进行冰冻处理，然后从沉积管取出，并进行切片处理，从而观察沉积物的内部结构，为后期的3D可视化提供地质模型。
3、本发明具有结构简单合理、操作方便、便于观察、经济实用的特点。
附图说明:
图1为本发明的总体结构示意图。
在图中:1.沉积管、2.汇水管、3.下钢丝网、4.进水管、5.球阀、6.支架、7.进水集合管、8.实验用砂、9.截止阀、10.膜盒压力表、11.法兰片、12.上钢丝网、13.挡水粗砂、14.塑料软管、15.转子流量计、16.底座。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明一种疏松沉积物流化变形的物理模拟实验装置，由沉积管1、汇水管2、下钢丝网3、进水管4、球阀5、支架6、进水集合管7、实验用砂8、截止阀9、膜盒压力表10、法兰片11、上钢丝网12、挡水粗砂13、塑料软管14、转子流量计15、底座16组成；在底座16上安装有支架6，整个实验装置放置在带底座16的支架6上；进水集合管7安装在底座16上；在进水集合管7的底部开有进水口；塑料软管14的一端与进水集合管7底部的进水口相连接，另一端与转子流量计15相连接；在转子流量计15的控制下，水流从塑料软管14进入到进水集合管7中；汇水管2安装在支架6的顶部；进水管4安装在汇水管2与进水集合管7之间；进水管4的下端安装在进水集合管7的上端面上，进水管4的上端安装在汇水管2的底部；进水集合管7均匀地将水流分配到10个进水管4中；在进水管4上安装有球阀5，可以控制水的流量；在汇水管2的上部安装有沉积管1；沉积管1与汇水管2之间通过法兰片11相连接；在沉积管1底部的侧壁上安装有膜盒压力表10，膜盒压力表10上装有截止阀9；在汇水管2的底部安装有40目的不锈钢下钢丝网3，下钢丝网3上铺满挡水粗砂13，担当挡板；在沉积管1的底部安装有40目的不锈钢上钢丝网12，其上放置实验用砂8；沉积管1、汇水管2、进水管4、进水集合管7均为有机玻璃管。
采用本发明进行疏松沉积物流化变形的物理模拟实验时，可按如下步骤进行：
（1）、用清水将实验用砂8和挡水粗砂13淘洗多次，直至水变清澈，然后将其天然晾干。
（2）、关闭球阀5，在汇水管2中加入一定的水，填入挡水粗砂13。
（3）、安装法兰片11上的固紧螺丝，将沉积管1和汇水管2连接起来。
（4）、往沉积管1中注水，使水深达到60cm，通过40目的筛网往沉积管1中缓慢加入洗净并晾干的实验用砂8，其中红色的实验用砂8为示踪砂，经浸湿后再加入；每次加完实验用砂8后，等实验用砂8大约沉淀30分钟后，再加下一层沉积物；在顶层沉积物加入后，把沉积管1中的水排出一部分，使水面达到开始时的60cm的标记处。
（5）、实验开始时，打开转子流量计15和球阀5，通过塑料软管14开始往实验装置中注水，在开始注水前5分钟开始对实验装置摄像；转子流量计15的流量先小后大，待发生液化后保持流量不变；观察实验过程中转子流量计15和膜盒压力表10的变化，记录下产生重要现象时刻的流量和压力读数。
（6）实验结束后，关闭摄像机、转子流量计15和球阀5；将沉积管1中的水排尽，卸下法兰片11，将沉积管1放入冰柜中冷冻，以便后期进行切片。
Claims (5)
1.一种疏松沉积物流化变形的物理模拟实验装置，由汇水管（2）、进水管（4）、球阀（5）、支架（6）、实验用砂（8）、截止阀（9）、塑料软管（14）、底座（16）组成，其特征在于在其结构中设置有沉积管（1）、下钢丝网（3）、进水集合管（7）、膜盒压力表（10）、法兰片（11）、上钢丝网（12）、挡水粗砂（13）、转子流量计（15）；在底座（16）上安装有支架（6）；进水集合管（7）安装在底座（16）上；在进水集合管（7）的底部开有进水口；塑料软管（14）的一端与进水集合管（7）底部的进水口相连接，另一端与转子流量计（15）相连接；汇水管（2）安装在支架（6）的顶部；进水管（4）安装在汇水管（2）与进水集合管（7）之间；进水管（4）的下端安装在进水集合管（7）的上端面上，进水管（4）的上端安装在汇水管（2）的底部；在进水管（4）上安装有球阀（5）；在汇水管（2）的上部安装有沉积管（1）；在汇水管（2）的底部安装有下钢丝网（3）；在汇水管（2）中装有挡水粗砂（13）；在沉积管（1）的底部安装有上钢丝网（12）；在沉积管（1）中装有实验用砂（8）。
2.根据权利要求1所述的一种疏松沉积物流化变形的物理模拟实验装置，其特征在于沉积管（1）与汇水管（2）之间通过法兰片（11）相连接。
3.根据权利要求2所述的一种疏松沉积物流化变形的物理模拟实验装置，其特征在于在沉积管（1）底部的侧壁上安装有膜盒压力表（10），膜盒压力表（10）上装有截止阀（9）。
4.根据权利要求3所述的一种疏松沉积物流化变形的物理模拟实验装置，其特征在于沉积管（1）、汇水管（2）、进水管（4）、进水集合管（7）均为有机玻璃管。
5.根据权利要求4所述的一种疏松沉积物流化变形的物理模拟实验装置，其特征在于下钢丝网（3）和上钢丝网（12）为40目的不锈钢丝网。
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