CN112648960A - 一种计算湖岸远岸坝与近岸坝间距的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计算湖岸远岸坝与近岸坝间距的方法，步骤一，测量深水区波高H0、波长L0和地形坡角β的数据；步骤二，湖泊破浪点波高的确定；步骤三，破浪点水深hb的确定；步骤四，碎浪点水深hs的确定；步骤五，远岸坝与近岸坝的间距L_J的确定；解决了无法精确测量湖岸远岸坝与近岸坝间距的问题。

Description

一种计算湖岸远岸坝与近岸坝间距的方法

技术领域

本发明涉及计算湖岸远岸坝与近岸坝间距领域，特别是一种计算湖岸远岸坝与近岸坝间距的方法。

背景技术

随着国内油气勘探与开发的逐渐深入，湖盆滩坝砂体成为中国重要的储集层类型之一。近年来在高成熟油气探区如渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地等陆续发现了滩坝砂体储集层。滩坝的研究起源于海洋的海岸带，Tamura2012认为与海岸线平行的沙坝是沙质海岸的主要沉积特征。随着海岸沉积体系研究的深入，滩坝被作为单一沉积体系进行研究。Greenwood and Osborne1991研究了坝的进化机制，认为坝与海岸地形密切相关。姜在兴等研究者2015认为，滩坝的形成主要受沿海地形的控制，通过坡度、沙质补给以及潮汐水动力和波浪力的作用。滩坝的实际形成是几个因素的作用，并且是一个复杂的过程。但是，主要控制因素是海洋沿岸或湖岸的水位，波浪和地形坡度的变化。每个因素都会影响滩坝的形成，就会改变远岸坝与近岸坝的间距。然而，对这类滩坝砂体的沉积动力学研究还不是很深入，迫切需要建立完善的理论体系。而对海岸的研究，有完善的海岸动力学理论。但是，由于湖泊和海洋在规模、滨岸带坡度方面存在较大差异，不能直接将海岸动力学理论应用过来。对此，本发明提出了一种计算湖岸带远岸坝与近岸坝间距的方法。远岸坝与近岸坝间距的精确计算对油气资源的预测有着重要的参考价值。另外，对于水利工程领域，计算结果对输沙量的确定及海港工程的建设有着参考意义。因此，湖泊远岸坝与近岸坝的间距的确定变得尤为重要。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种计算湖岸远岸坝与近岸坝间距的方法，解决了无法精确测量湖岸远岸坝与近岸坝间距的问题。

本发明采用的技术方案是，一种计算湖岸远岸坝与近岸坝间距的方法，包括以下步骤：

步骤一：测量深水区波高H₀、波长L₀和地形坡角β的数据：对于滨岸带地形平直的地带，测量出垂直于岸线两点的高差和距离，通过三角函数计算所得的角度即为滨岸带的地形坡角β的数据；对于滨岸带地形曲折的地带，选取其中一段滨岸带地形测量出垂直于岸线两点的高差和距离，通过三角函数计算所得的角度即为滨岸带的地形坡角β的数据；

步骤二：湖泊破浪点波高的确定，波浪进入破碎带后，波能衰减很快，波高一般在破浪点达到最大值，进入波浪破碎带后，深水波高的初始值为破浪波高H_b，破浪点的水深应等于破浪波高H_b；

步骤三：根据Le Mehaute等人在分析湖泊中波浪破碎的问题，得到湖泊波浪破碎后任一点的波高与当地水深成正比关系，确定破浪点水深h_b；

步骤四：碎浪点水深hs的确定，破浪点当水深与一倍深水波高相当时，深水波浪不能维持传播，达到碎浪点，即碎浪水深hs等于深水波高H_b；

步骤五：远岸坝与近岸坝的间距L_J的确定，近岸坝堆积处接近碎浪点，远岸坝堆积处临近破浪点，故将碎浪点和破浪点水深的高度差做为远岸坝和近岸坝的高度差，便可得砂体之间厚度差Δh为

Δh＝h_b-H_b

L_J为远岸坝与近岸坝的间距，Δh为砂体堆积的最大厚度差，砂体之间厚度差与间距存在:

L_J＝Δh/sinβ

根据步骤二、步骤三、步骤四可得：

优选地，步骤二的Mehaute and Koh提出的破浪波高与深水波要素之间的经验关系式：

其中，H0’是考虑折射绕射作用后的等价深水波高，滨岸带的地形坡角β，波长L0，破浪波高H_b，当波浪正向入射时折射系数等于1，H₀’＝H₀，根据Mehaute andKoh提出的破浪波高与深水波要素之间的经验关系式，可得：

H_b＝0.76(tanβ)^1/7(H₀/L₀)^-1/4H₀。

优选地，步骤三LeMehaute等人在分析湖泊中波浪破碎的问题，得到湖泊波浪破碎后任一点的波高与当地水深成正比关系：

H/h＝γ_b

其中，H为波高，h为水深，γ_b是破碎指数，在考虑坡度对湖泊的影响，Zou等人提出了经验公式：

γ_b＝0.72+5.6tanβ

其中，β为坡度角；根据步骤二、步骤三的公式，即可得破浪点水深h_b:

优选地，步骤四碎浪水深hs等于深水波高H_b

h_s＝H_b＝0.76(tanβ)^1/7(H₀/L₀)^-1/4H₀。

优选地，步骤五的公式得出：

tanβ≥1/20时，L_J为负，远岸坝的波高将大于或等于水深，原波浪将不会保留在碎波区域中，在这种情况下，仅存在近岸坝，即只有当tanβ小于1/20时，才能计算出远岸坝和近岸坝的间距。

本发明计算湖岸远岸坝与近岸坝间距的方法的有益效果如下：

1.在石油与天然气的储层方面，根据推导和实验水槽的模拟可以看出，远岸坝和近岸坝的间距受坡度角的影响较大，滩坝储集区具有“近岸油，远岸气”的特点，对于坡度角小于1/20的滩坝区来说，远岸坝和近岸坝的间距具有一定的参考意义，可确定油源区和气源区的距离，为实际的勘探工作带来便利；对于坡度角大于1/20的滩坝区来说，远岸坝和近岸坝合为一体，不利于油源与气源区的确定，参考意义不大。确定远岸坝和近岸坝的间距对滩坝储集体的近油源的优劣、储集性能的优劣、生储盖组合配置的优劣有较好的参考意义，有利于确定油气富集区域。

2.在湖岸防护，湖岸筑堤方面有一定的效果。对于坡度角小于1/20的滩坝，可计算出远岸坝和近岸坝的间距，并且随着坡度角的减小，远岸坝和近岸坝的间距增加，不利于坝体中砂体的储集；在受到强烈的海浪作用后，远岸坝和近岸坝的间距将继续增大，坝体底部的砂体受到海浪的冲击会发生一定的偏移，不利于湖岸保护。对于坡度角大于1/20的滩坝，远岸坝和近岸坝合二为一，坝体底部砂体聚集厚，利于砂体储集，利于湖岸保护。

附图说明

图1为本发明计算湖岸远岸坝与近岸坝间距的方法的流程图。

图2为本发明计算湖岸远岸坝与近岸坝间距的方法的实验设备图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，步骤一，测量深水区波高H₀、波长L₀和地形坡角β的数据：对于滨岸带地形平直的地带，测量出垂直于岸线两点的高差和距离，通过三角函数计算所得的角度即为滨岸带的地形坡角β的数据；对于滨岸带地形曲折的地带，选取其中一段滨岸带地形测量出垂直于岸线两点的高差和距离，通过三角函数计算所得的角度即为滨岸带的地形坡角β的数据；

步骤二，湖泊破浪点波高的确定，波浪进入破碎带后，波能衰减很快，波高一般在破浪点达到最大值，进入波浪破碎带后，深水波高的初始值为破浪波高H_b，破浪点的水深应等于破浪波高Hb。Mehaute and Koh(1967)提出的破浪波高与深水波要素之间的经验关系式：

其中，H₀’是考虑折射绕射作用后的等价深水波高，当波浪正向入射时折射系数等于1，H₀’＝H₀。根据(1)式可得：

H_b＝0.76(tanβ)^1/7(H₀/L₀)^-1/4H₀ (2)

步骤三，破浪点水深h_b的确定，LeMehaute等人在分析湖泊中波浪破碎的问题，得到湖泊波浪破碎后任一点的波高与当地水深成正比关系：

H/h＝γ_b (3)

其中，H为波高，h为水深，γ_b是破碎指数。在考虑坡度对湖泊的影响，Zou(2009)等人提出了经验公式：

γ_b＝0.72+5.6tanβ (4)

其中β为坡度角。整理(2)(3)(4)即可得破浪点水深h_b:

步骤四，碎浪点水深h_s的确定，破浪点当水深与一倍深水波高相当时，深水波浪不能维持传播，达到碎浪点，即碎浪水深h_s等于深水波高H_b，即

h_s＝H_b＝0.76(tanβ)^1/7(H₀/L₀)^-1/4H₀ (6)

步骤五，远岸坝与近岸坝的间距L_J的确定，近岸坝堆积处接近碎浪点，远岸坝堆积处临近破浪点，故将碎浪点和破浪点水深的高度差做为远岸坝和近岸坝的高度差，便可得砂体之间厚度差Δh为

Δh＝h_b-H_b (7)

L_J为远岸坝与近岸坝的间距，Δh为砂体堆积的最大厚度差，砂体之间厚度差与间距存在:

L_J＝Δh/sinβ (8)

整理(5)(6)(7)(8)得：

从(9)可以看出tanβ≥1/20时，L_J为负，远岸坝的波高将大于或等于水深，原波浪将不会保留在碎波区域中，在这种情况下，仅存在近岸坝，即只有当tanβ小于1/20时，才能计算出远岸坝和近岸坝的间距。

本实施方案在实施时，水槽实验模拟

水槽实验模拟滩坝的形成过程-深水区波高和波长的确定

在水槽中模拟滩坝，建立三维坐标系统，分别进行五组实验。为了在水槽中产生波浪，研制了造波装置，它可以产生不同尺度的波。图2所示(a)实验设备示意图。水槽长4米，宽1.5米，深0.2米，水量通过水泵定量控制，水泵以不同的流入和流出速率将水输送到排水池中，排水池中的排水通过管道输送回输入池。图2(b)实验设施图片。在水槽周围固定测量带，建立三维坐标系，在X、Y、Z上的分辨率分别为1厘米、1厘米、1厘米。A为进水口，B为沉积物进口，C为沉积物聚集区，D为两块片区的连接处。E是出水口，F是货箱，G是轮子，H是泵。图2(c)造波装置原理图。波浪的产生原理是由两个周期性摆动的圆盘轮控制两个铁板。图2(d)造波器的照片。初始驱动力由电动机提供，电动机的转速可调，可产生不同的尺度波。表1为五组实验的波长，波高，坡度角的数据。

表1.水槽实验的波长，波高，坡度角的数据

2.水槽模拟的5组实验的剖面实测规格

在本实验中使用了“控制变量”方法。在受波浪参数(h，l)和初始斜率(sl)下进行了五次实验。实验1，实验2，和实验3的关联说明了波浪对滩坝发育的影响。实验1，实验4，和实验5的关联说明了初始坡度对滩坝发育的影响。在每次实验中，该实验都是在静态构造环境中进行的。通过在沉积物厚度上增加初始坡度来量化表面地貌，该厚度通过将直尺插入沉积物中来进行测量。以设定的时间间隔进行测量，垂直分辨率为1毫米，水平间隔为1厘米。

将通过水槽的波长，波高，坡度角的数据带入公式(9)，可计算出近岸坝和远岸坝之间的距离表2。

表2水槽实验近岸坝与远岸坝之间的距离计算数据

计算结果说明

当坡度小于1/20的时候，远岸坝和近岸坝的间距可计算出(实验1为18.1cm；实验2为12.5cm；实验3为9.3cm)；当坡度等于1/20的时候，远岸坝和近岸坝合二为一，其间距为0(实验4为0)；当坡度大于1/20的时候，远岸坝和近岸坝合二为一，其间距为0(实验5为-16.3。但是距离不能为负值，按照0来处理即可)。

Claims (5)

1.一种计算湖岸远岸坝与近岸坝间距的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：测量深水区波高H₀、波长L₀和地形坡角β的数据：对于滨岸带地形平直的地带，测量出垂直于岸线两点的高差和距离，通过三角函数计算所得的角度即为滨岸带的地形坡角β的数据；对于滨岸带地形曲折的地带，选取其中一段滨岸带地形测量出垂直于岸线两点的高差和距离，通过三角函数计算所得的角度即为滨岸带的地形坡角β的数据；

步骤二：湖泊破浪点波高的确定，波浪进入破碎带后，波能衰减很快，波高一般在破浪点达到最大值，进入波浪破碎带后，深水波高的初始值为破浪波高Hb，破浪点的水深应等于破浪波高H_b；

步骤三：根据Le Mehaute在分析湖泊中波浪破碎的问题，得到湖泊波浪破碎后任一点的波高与当地水深成正比关系，确定破浪点水深h_b；

步骤四：碎浪点水深hs的确定，破浪点当水深与一倍深水波高相当时，深水波浪不能维持传播，达到碎浪点，即碎浪水深hs等于深水波高H_b；

步骤五：远岸坝与近岸坝的间距L_J的确定，近岸坝堆积处接近碎浪点，远岸坝堆积处临近破浪点，故将碎浪点和破浪点水深的高度差做为远岸坝和近岸坝的高度差，便可得砂体之间厚度差Δh为

Δh＝h_b-H_b

L_J为远岸坝与近岸坝的间距，Δh为砂体堆积的最大厚度差，砂体之间厚度差与间距存在:

L_J＝Δh/sinβ

根据步骤二、步骤三、步骤四可得：

2.根据权利要求1所述的计算湖岸远岸坝与近岸坝间距的方法，其特征在于，所述步骤二的Mehaute and Koh提出的破浪波高与深水波要素之间的经验关系式：

其中，H₀’是考虑折射绕射作用后的等价深水波高，滨岸带的地形坡角β，波长L₀，破浪波高H_b，当波浪正向入射时折射系数等于1，H₀’＝H₀，根据Mehaute andKoh提出的破浪波高与深水波要素之间的经验关系式，可得：

H_b＝0.76(tanβ)^1/7(H₀/L₀)^-1/4H₀。

3.根据权利要求1所述的计算湖岸远岸坝与近岸坝间距的方法，其特征在于，所述步骤三LeMehaute在分析湖泊中波浪破碎的问题，得到湖泊波浪破碎后任一点的波高与当地水深成正比关系：

H/h＝γ_b

其中，H为波高，h为水深，γ_b是破碎指数，在考虑坡度对湖泊的影响，Zou等人提出了经验公式：

γ_b＝0.72+5.6tanβ

其中，β为坡度角；根据步骤二、步骤三的公式，即可得破浪点水深h_b:

4.根据权利要求1所述的计算湖岸远岸坝与近岸坝间距的方法，其特征在于，所述步骤四碎浪水深hs等于深水波高Hb，得到

h_s＝H_b＝0.76(tanβ)^1/7(H₀/L₀)^-1/4H₀

其中，深水区波高为H₀，滨岸带的地形坡角为β，波长为L₀。

5.根据权利要求1所述的计算湖岸远岸坝与近岸坝间距的方法，其特征在于，所述步骤五的公式得出：

tanβ≥1/20时，L_J为负，远岸坝的波高将大于或等于水深，原波浪将不会保留在碎波区域中，在这种情况下，仅存在近岸坝，即只有当tanβ小于1/20时，才能计算出远岸坝和近岸坝的间距。

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