CN104050858B - 一种圈闭动态充注教学模型及其教学方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种圈闭动态充注教学模型，它包括水槽，水槽内设有圈闭模型，圈闭模型一侧设有通气管和与通气管相连的充气装置，模型还包括将圈闭模型固定在水槽底部的固定装置，圈闭模型包括若干内部相连通的隆起，隆起内部空心，圈闭模型的一个隆起的顶部设有排气孔，排气孔设有与之相匹配的塞子，圈闭模型底部设有支撑，相邻支撑与水槽底部之间形成通路。本发明根据圈闭性质制作的教学模型具有透明、结实耐用、易于保存等特点，使得学生通过模型观察，直观了解各类圈闭的内部组成结构及特征，动态展示溢出点的位置和油气溢出过程，可以使学生形象地建立起地质图与地下三维空间的联系，对学生快速建立圈闭的空间概念具有很大帮助。
Description
技术领域
本发明涉及石油地质教学领域，具体的说是涉及一种圈闭动态充注教学模型及其教学方法。
背景技术
圈闭是地下能够形成油气聚集的一种空间场所。从流体势的角度说，圈闭是储集层中油、气物质自身势最小且其动能为零的地方。常见的能够聚油气的圈闭有背斜、断块、上倾尖灭储集体等，在饱含地层水的储集层中，由于油气水的密度差，油气在浮力作用下向上倾方向运移，在同时具备储集层和封闭条件的构造部位(圈闭)汇聚起来形成油气藏。当圈闭充满了油气，下倾方向仍有油气来源时油气则通过溢出点向外溢出。
圈闭的含义、度量及其在地质图中的识别是石油地质学理论和实践教学的重点及难点。在教学过程中，一般利用地质平面图结合剖面图来进行讲解。但是，平面图形缺少空间立体感，学生对其理解和掌握的难度较大，尤其是空间想象能力较差的学生。在多年的教学中，任课教师进行了很多尝试，制作了纸质模型、临时沙盘等，在一定程度上改善了教学效果。但这些模型不易保存，需要多次制作，费时费力，使用不方便；而且不具有透明特性，不能动态展示油气从圈闭溢出点溢出的过程和位置，对于油气在圈闭中聚集的过程不能直观展示，直观效果差。目前没有成熟的三维空间教学模型可以直接应用，学生很难在短时间内对圈闭形成立体概念，不能明白溢出点的位置及特点，给教学带来障碍。
发明内容
根据上述不足之处，本发明的目的在于提供一种直观的、立体的、易于学生掌握的圈闭动态充注教学模型及其教学方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种圈闭动态充注教学模型，它包括槽体，槽体中充满液体，槽体内设有圈闭模型，圈闭模型一侧设有通入管和与通入管相连的充入装置，教学模型还包括将圈闭模型固定在槽体底部的固定装置，其中，圈闭模型包括一个隆起或若干个内部相连通的隆起，隆起内部空心，圈闭模型的一个隆起的顶部设有排气孔，所述排气孔设有与之相匹配的塞子，圈闭模型底部设有支撑，相邻支撑与槽体底部之间形成通路。
优选的是：所述的液体为水或者与水互不相溶且密度小于水的液体。
优选的是：所述与水互不相溶且密度小于水的液体中添加溶于此液体但不溶于水的染料。
优选的是：所述的固定装置包括槽体两侧平行设置的槽和与之相配合的固定板。
优选的是：所述槽体、圈闭模型及固定板为透明材料。
优选的是：所述的充入装置包括充气装置和/或充液体装置。
本发明还提供了如上所述圈闭动态充注教学模型的一种教学方法，它包括如下步骤：
(1)向槽体中注入水，拔去隆起顶部排气孔上的塞子，将圈闭模型一端首先没于水中，再将圈闭模型剩余部分完全没于水中，通过排气孔将圈闭模型内的空气排出，并使整个圈闭模型内部完全充满水；用塞子将排气孔封闭，将固定板安装于槽体内部，将圈闭模型固定在槽体底部；
(2)将连有充入装置的通入管伸入到圈闭模型隆起的一端中，盖上塞子之后，开始充入气体或液体，充入的气体或液体由于密度差异将占据隆起顶部的位置，此隆起顶部形成气圈或液体分层圈；
(3)当充入端的隆起完全被气体或液体充满后，即其内部原有的水完全被替代后，充入的空气或液体开始从某点向外溢出，该点即溢出点，是该圈闭最大的储气或油量的底界；
(4)继续向隆起中充入气体或液体，隆起内的气体或液体体积不再变化。
本发明的有益效果在于：本发明根据圈闭性质制作的教学模型具有透明、结实耐用、化学性质稳定、易于保存等特点，使得学生通过模型观察，直观了解各类圈闭的内部组成结构及特征，可以使学生形象地建立起地质图与地下三维空间的联系，对学生快速建立圈闭的空间概念，了解圈闭的度量具有很大的帮助，另一方面可以动态模拟演示油气的在圈闭中的充注过程，满足了教学需求。
附图说明
图1是本发明的背斜圈闭模型主视图。
图2是本发明的背斜圈闭模型俯视图。
图3是本发明的背斜圈闭模型侧视图。
图4是本发明步骤一的状态图(以背斜圈闭模型为例)。
图5是本发明步骤二的状态图(以背斜圈闭模型为例)。
图6-7是本发明步骤三的状态图(以背斜圈闭模型为例)。
图8是本发明步骤四的状态图(以背斜圈闭模型为例)。
其中，1-槽体；2-隆起；3-塞子；4-溢出点；5-固定板；6-支撑；7-排气孔；8-通入管；9-充入装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1-3所示的一种为背斜圈闭动态充注教学模型，它包括槽体1，槽体1中充满水，槽体1内设有圈闭模型，圈闭模型一侧设有通入管8和与通入管8相连的充入装置9，教学模型还包括将圈闭模型固定在槽体1底部的固定装置，固定装置包括槽体1两侧平行设置的槽和与之相配合的固定板5。
其中，圈闭模型包括一个或若干个内部相连通的隆起2，隆起2内部空心，理论上隆起2的凹陷处为油气溢出点4，圈闭模型的隆起2的顶部设有排气孔7，排气孔7设有与之相配合的塞子3，圈闭模型底部设有支撑6，相邻支撑6与槽体1底部之间形成通路。
其中，液体为一种液体或者两种互不相溶但又存在密度差的液体。两种液体中密度小的液体中添加溶于此液体但又不溶于密度大的液体的染料。进一步说明，可以将一种液体采用水，另一种液体只要密度小于水且不与水互溶即可。
为了更能直观的观察圈闭动态充注的过程，槽体、圈闭模型及固定板设置均为透明材料，更进一步考虑耐用、廉价、安全等因素，透明材料优选为亚克力。
另外，隆起2处绘有等高线。
本发明还提供采用上述圈闭动态充注教学模型的一种教学方法，它包括如下步骤：
(1)向槽体1中注入水，拔去圈闭模型排气孔上的塞子3，将圈闭模型一端首先没于水中，再将圈闭模型剩余部分完全没于水中，通过排气孔7将圈闭模型内的空气排出，并使整个圈闭模型内部完全充满水；用塞子3将排气孔7封闭，将固定板5安装于槽体1内部，将圈闭模型固定于槽体1底部；
(2)将连有充入装置9的通入管8伸入到圈闭模型一端的隆起2中，开始充入气体或液体，充入的气体由于密度差的浮力作用将隆起2内部的原有液体向下置换，充入不断增加，此隆起2顶部形成气圈或液体分层圈；
(3)当充入端的隆起2被气体或液体充满并达到最大储集量时，气体开始从一点即溢出点4向外溢出，通过观察确定该圈闭的溢出点位置；
(4)继续向其中充入气体或液体，隆起2内气体或液体体积不再增加，溢出点不断溢出气体或液体。
原理说明：
圈闭是地下能够形成油气聚集的一种空间场所。从流体势的角度说，圈闭是储集层中油、气物质自身势最小且其动能为零的地方。
常见的能够聚油气的圈闭有背斜、断块、上倾尖灭储集体等，在饱含地层水的储集层中，由于油气水的密度差，油气在浮力作用下向上倾方向运移，在同时具备储集层和封闭条件的构造部位(圈闭)汇聚起来形成油气藏。当圈闭充满了油气，下倾方向仍有油气来源时油气则通过溢出点向外溢出。
本发明教学模型中槽体相当于具有油气来源的一个构造区，一个隆起相当于一个圈闭，多个相连的隆起相当于多个相邻的圈闭，其间存在溢出点，代表了圈闭最大储油能力。如果槽体中用水充满，当充入气体时，则可以模拟气的充注与溢出；当充入密度低于槽体中水的密度且与之互不相溶的液体时，那么可以模拟油的充注与溢出。如果同时充入低密度液体和气体时，可以模拟油气充注与溢出。
下面以两个相邻的背斜圈闭为例，通过教学模型的教学方法来说明油气的聚集过程。
当运移中的油气遇到合适的圈闭时，就会聚集起来形成油气藏。在油气进入圈闭之前，圈闭中是充满水的，即第一步中使圈闭模型固定在槽体底部，并使圈闭模型内部完全充满水，如图4所示状态。由于油、气、水存在密度差，在圈闭中将发生重力分异。这一过程可以分为三个阶段。第Ⅰ阶段，油气开始进入圈闭，原来占据着圈闭的水被排出一部分，由于重力分异，气占据圈闭的顶部，油在中部，圈闭中未被油气充满的部分仍为水占据，即第二步中开始往隆起中充气，充入的气体将隆起2内部的液体通过通路排入槽体1中，此隆起2顶部形成气圈，如图5所示状态；第Ⅱ阶段，油气继续进入圈闭，油水界面下降直到溢出点，圈闭已被油气充满，多余的石油从溢出点向上倾方向溢出圈闭，即第三步中当充气端的隆起2完全被气体充满达到最大储集量时，气体开始沿溢出点4向外溢出，进入相邻隆起，如图6-7所示状态；第Ⅲ阶段，油气继续进入圈闭，天然气向圈闭上部聚集，将石油逐渐向下推向溢出点，被排出圈闭，直到整个圈闭都为天然气占据为止；当相邻两个背斜均充满油气时，若继续向其中充气，两圈闭的油水界面将连成一体，最终成为一个油气藏。即第四步中将圈闭模型中的液体完全排出，相邻两隆起气水界面一致，如图8所示状态。
如果进入圈闭的只有石油而没有天然气则只形成油藏，进入圈闭的只有天然气而没有石油则只形成气藏。如果进入圈闭的既有石油又有天然气，则在油气聚集的不同阶段可以分别形成油气藏或气藏。
Claims (6)
1.一种圈闭动态充注教学模型，其特征在于：它包括槽体(1)，槽体(1)中充满液体A，槽体(1)内设有圈闭模型，圈闭模型一侧设有通入管(8)和与通入管(8)相连的充入装置(9)，教学模型还包括将圈闭模型固定在槽体(1)底部的固定装置，其中，圈闭模型包括一个隆起(2)或若干个内部相连通的隆起(2)，隆起(2)内部空心，圈闭模型的一个隆起(2)的顶部设有排气孔(7)，所述排气孔(7)设有与之相匹配的塞子(3)，圈闭模型底部设有支撑(6)，相邻支撑(6)之间位置与槽体(1)底部之间形成空隙；所述的教学模型的教学方法，包括如下步骤：
(1)向槽体(1)中注入液体A，拔去隆起(2)顶部排气孔(7)上的塞子(3)，将圈闭模型一端首先没于液体A中，再将圈闭模型剩余部分完全没于液体A中，通过排气孔将圈闭模型内的空气排出，并使整个圈闭模型内部完全充满液体A；用塞子将排气孔(7)封闭，将固定板(5)安装于槽体(1)内部，将圈闭模型固定在槽体(1)底部；
(2)将连有充入装置的通入管(8)伸入到圈闭模型隆起(2)的一端中，盖上塞子之后，开始充入气体或液体B，充入的气体或液体B由于密度差异将占据隆起(2)顶部的位置，此隆起(2)顶部形成气圈或液体分层圈；
(3)当充入端的隆起(2)完全被气体或液体B充满后，即其内部原有的液体A完全被替代后，充入的空气或液体B开始从溢出点向外溢出，该溢出点表明该圈闭最大的储气或油量的底界；
(4)继续向隆起(2)中充入气体或液体B，隆起(2)内的气体或液体体积不再变化。
2.根据权利要求1所述的一种圈闭动态充注教学模型，其特征在于：所述的液体B与液体A互不相溶且密度小于液体A。
3.根据权利要求2所述的一种圈闭动态充注教学模型，其特征在于：所述液体B中添加溶于液体B但不溶于液体A的染料。
4.根据权利要求1所述的一种圈闭动态充注教学模型，其特征在于：所述的固定装置包括槽体(1)两侧平行设置的槽和与之相配合的固定板(5)。
5.根据权利要求1所述的一种圈闭动态充注教学模型，其特征在于：所述槽体(1)、圈闭模型及固定板(5)为透明材料。
6.根据权利要求1所述的一种圈闭动态充注教学模型，其特征在于：所述的充入装置包括充气装置和/或充液体装置。
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