CN104123870A - 一种重力流运动与沉积模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重力流运动与沉积模拟装置。配置好的重力流浆体放入泥浆池，并启动搅拌器，待浆体搅拌均匀后取样并用测定浆体粘度、容重、比重和含沙量等参数；启动泥浆泵和多普勒流速仪测定矩形管内流体流速，启动染色系统加入染色剂；连接观察槽）并测定观察槽内流体流速、浆体粘度、容重、比重和含沙量等参数；关闭阀门，静止至观察槽内完全沉淀后，描述沉积物层序。本装置可直观模拟重力流运动和沉积的连续过程，并可实现具有特点运动参数的重力流流体进入水槽进行沉积过程模拟，可为重力流运动与沉积机制研究及相关数学模型的建立提供参数数据。

Description

一种重力流运动与沉积模拟装置

技术领域

本发明涉及一种用于实验教学及科学研究中室内模拟重力流运动与沉积过程的装置，可实现不同类型的重力流在不同流速条件下的运动参数测定及沉积过程模拟。

背景技术

我国沉积盆地中重力流成因的隐蔽油气藏占总探明储量的7.63%，说明了该类油藏的巨大潜力，并逐渐成为资源接替的新亮点，如何根据重力流沉积理论进行该类油气藏的勘探与预测成为近几十年来沉积学界研究的热点，而重力流运动与沉积机理的研究是重力流沉积理论研究的核心问题。

重力流作为固液两相流，内部作用力包括固相与液相的相互作用以及固相内部不同颗粒的相互作用，因此其流动过程中内部作用力极为复杂，同时重力流中较粗大颗粒的输移机理是目前尚未完全解决的问题。

目前，重力流运动与沉积机理的研究主要采用水槽实验，即将泥浆直接倒入具有斜坡的水槽内进行重力流沉积过程的模拟。上述模拟实验的最大缺点是无法进行重力流流体进入水槽前运动形态的模拟及各项运动参数的测定，因而不能确定形成的沉积物来源于哪种确定的重力流流体类型，也无法建立基于定量化参数的数学模型。

因此，如何建立重力流运动与沉积连续过程的模拟及如何测定整个连续过程中的各项参数是重力流运动与沉积机理研究亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一套直观、真实模拟重力流运动与沉积过程的装置，以克服现有模型不能对重力流运动与沉积连续过程进行模拟和参数测定的缺点。

本发明提供的重力流运动与沉积模拟装置可对重力流运动与沉积连续过程进行模拟和参数测定主要基于以下原理：

（1）重力流流体性质和运动理论的数学表征参数主要体现在在重力流的流态参数、流变学参数和沉积物支撑机制参数这三个方面，通过泥浆泵、多普勒测速仪、矩形截面管道和高速摄像系统可测定重力流流体速度、浓度、流态、颗粒运动动力学特征和固体颗粒的垂向浓度分布特征等参数，明确不同类型流体碎屑颗粒的输移特征表征方法、流体物质组成与浓度及上限粒径的关系可以实现重力流流体运动的数学表征。

（2）矩形截面管与水槽直接相连，可实现特定速度重力流流体在水槽内的沉积过程中各项运动与沉积参数的测定，水槽中沉积物的平面展布及垂向层序特征可建立不同运动参数的重力流流体的沉积模式。

附图说明

附图1中所示为一种重力流运动与沉积模拟装置；

附图1中： 1-泥浆池，2-搅拌器，3-阀门，4-管线，5-泥浆泵，6-阀门，7-矩形截面管道，8-阀门，9-阀门，10-升降器，11-阀门，12-泥浆泵，13-阀门，14-溢水收纳池，15-阀门，16-泥浆池，17-水槽，18-摄像系统，19-比托管系统，20-摄像系统，21-染色系统，22-多普勒流速仪。

具体实施方式：

关闭所有阀门，将配置好的重力流浆体放入泥浆池（1），并启动搅拌器（2），待浆体搅拌均匀后取样并用测定浆体粘度、容重、比重和含沙量等参数；依次打开阀门（3）、（6）、（8），启动泥浆泵（1）和摄像系统（20），泥浆泵保持最低转速待泥浆泵运作稳定后，启动多普勒流速仪（22）测定矩形管内流体流速，启动染色系统（21）加入染色剂，逐步调高泥浆泵转速，观察染色后浆体的运动特征，拍摄矩形管内流体运动照片，分析粒度垂向分布；调整升降装置（10）使斜坡角度满足实验设计要求，将观察槽（17）注满水体并打开阀门（15），将泥浆泵（5）调至最低转速并运行摄像系统（18），关闭阀门（8），同时打开阀门（9），测定观察槽（17）内流体流速并取样测定浆体粘度、容重、比重和含沙量等参数，停止泥浆泵（1），关闭阀门（9），静止至观察槽内完全沉淀后，描述沉积物层序；所以实验参数测定完成后，开启阀门（11）、（13），启动泥浆泵（12），排出观察槽中的泥浆至废液收集池（16）。

Claims (5)

1.一种重力流运动与沉积模拟装置，其特征在于，包括：

亚克力材料的矩形截面管道（7），透光率好，可视性强，可全方位直接观察重力流运动全过程并进行运动参数的测定；

亚克力材料的水槽（17），透光率好，可视性强，可全方位直接观察重力流沉积全过程；

搅拌器（2）可将泥浆池内（1）的砂泥浆搅拌均匀；

多普勒流速仪（22）可实现矩形截面管道（7）内流体流速的测定；

染色系统（21）可实现对矩形截面管道（7）内流体的染色，实现流体流线的观察；

摄像系统（20）包括摄像机和计算机，用于记录并摄取重力流运动过程图像和对图像进行分析；

摄像系统（18）包括摄像机和计算机，用于记录并摄取重力流沉积过程图像和对图像进行分析；

溢水收纳槽（14）用于接水槽（17）内由于流体注入而溢出的水体，可使水槽（17）的边界水体条件更接近于无水槽壁限制的大水体环境；

矩形截面管道（7）通过相同内径的软管及阀门（9）与水槽（17）连接；

水槽（17）和溢水槽（14）通过管线与泥浆泵（12）连接；

泥浆泵（12）有管线深入到废料收集池（16）中。

2.根据权利要求1所述的重力流运动与沉积模拟装置，其特征在于调节泥浆泵（5）转速可实现具有特定运动参数的重力流流体通过阀门（9）进入水槽（17）。

3.根据权利要求1所述的重力流运动与沉积模拟装置，其特征在于水槽（17）底部坡度由升降器控制。

4.根据权利要求1所述的重力流运动与沉积模拟装置，其特征在于水槽（17）可更换为不同的尺寸和类型，用于不同条件下的重力流沉积模拟。

5.根据权利要求1所述的重力流运动与沉积模拟装置，其特征在于泥浆池（1）中的砂泥浆可更换为不同参数的砂泥浆。