一种用于砂箱实验预设断层装置及断层形成方法与流程

1.本发明涉及石油地质研究领域，具体地说，涉及一种用于砂箱实验预设断层装置和使用方法。


背景技术：

2.我国的含油气盆地大多经历了复杂的构造变形过程，现今的构造形态常常是多期构造活动叠加的结果。砂箱实验是利用刚性材料或塑性材料在力的作用下发生变形来定性或半定量模拟构造变形过程的有效方法之一。在研究复杂地区时，构建实验模型常常需要预设先存断层，由于目前缺乏铺设断层的实验仪器，实验者常在模型末端铺设一个梯形聚酯硬块作为简化方案，其斜坡用于模拟先存断层，但是这种建模方案并不适用于具有多条先存断层的研究对象，而这种地区在含油气盆地中是广泛存在的。此外，一些学者在铺设模型时常插入卡片模拟先存断层，但是这种实验操作必然导致松散的石英砂产生变形，断层附近标志线模糊；另外，由于断层遮挡，断层下盘的石英砂难以铺设，严重影响模型美观度，极易导致实验失败。


技术实现要素：

3.针对现有问题，本发明旨在提供一种用于砂箱实验预设断层装置及使用该装置铺设预设断层的方法，以解决目前无铺设断层的仪器及现有砂箱实验断层铺设过程中不能铺设多层先存断层、石英砂易变形、断层附近标志线模糊、断层下盘的石英砂难以铺设等技术问题。
4.本发明提供一种用于砂箱实验预设断层装置，包括有断层储流机构和断层形成机构；
5.所述断层储流机构包括储液箱、储砂箱、注液管、注砂管；
6.所述断层形成机构包括引流机构和断层铺设机构；
7.其中，所述引流机构包括断液通道和砂子通道，所述注液管一端连接所述储液箱，另一端连接断液通道，所述注砂管一端连接所述储砂箱，另一端连接砂子通道；
8.所述断层铺设机构设置有三组卷帘，三组卷帘伸展方向和角度一致，且按上、中、下布置，且同步收放；所述断液通道伸向上层与中层卷帘之间的空隙中，所述砂子通道伸向中层与下层卷帘之间的空隙中；
9.三组卷帘可收放地置于实验砂箱中，在卷帘之上和之下铺设砂层。
10.进一步地，所述断层储流机构还包括一支撑箱；所述储液箱、储砂箱、注液管、注砂管都以所述支撑箱为支撑；
11.所述断层形成机构还包括支撑槽，所述断液通道和砂子通道经过支撑槽；
12.所述支撑槽连接在所述支撑箱底部。
13.进一步地，所述断层形成机构设置有三根卷轴，每根卷轴上卷绕一组卷帘，三根卷轴的出卷口方向一致。
14.进一步地，所述断层储流机构和断层铺设机构，安装在一移动支架上。
15.进一步地，在所述上层卷帘的下底面和下层卷帘的上顶面各自设置有活动拨片。
16.一种利用上述装置的断层形成方法，其特征在于，包括如下步骤：
17.1)将所述断层储流机构和断层形成机构组装后置于所述实验砂箱上方，根据要形成的断层方向和角度，一致性调整卷帘的出卷方向和角度；
18.2)根据实验模型要铺设的砂层及厚度，设置所述断层形成机构中单层砂层所对应的断层液量、断层砂量、铺设时间、铺设压力和卷帘回缩速率；
19.3)在实验砂箱内，初始时将三组卷帘全部按照预设方向和角度铺展开；
20.4)然后在实验砂箱内，在上层卷帘的上方和下层卷帘的下方，等厚铺设砂层，同时在上层与中层卷帘之间的空隙中注入断层液，在中层与下层卷帘之间的空隙中注入断层砂；
21.5)伴随着实验砂箱内砂子的一层层铺设，同步回缩卷帘，使每铺设一层砂子，卷帘就相应回缩一层砂子厚度的距离；
22.6)直至实验砂箱内全部砂层铺设完毕，卷帘同步抽出砂层，就此形成断层。
23.本发明创新性地提出了一种新的制备实验地质断层的装置和方法，通过在实验砂箱内设置一种卷帘式铺设机构，以及在卷帘中充入断层材料，通过卷帘的铺展在砂层中引入断层液，伴随着卷帘的收回，断层液留下，与砂层形成粘结固化，从而形成断层；同时也能通过卷帘填补断层下盘砂体，使得断层下砂子难以补充的问题得以解决。同时也能自动化操作。
附图说明
24.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
25.图1是实施例中预设断层装置结构侧视示意图。
26.图2是实施例中断层形成机构结构示意图。
27.图3是图2的侧向视图。
28.图4是实施例中卷帘机构的端面视图。
29.图中，1-断层储流机构、2-断层形成机构、3-支架、4-控制台、5-实验砂箱；
30.11-储液箱、12-储砂箱、13-注液管、14-注砂管、15-支撑箱；
31.21-引流机构、22
‑‑
断层铺设机构；
32.211-断液通道、212-砂子通道、213-支撑槽、221、222、223-卷轴、241-摩擦轮、231-上层卷帘、232-中间层卷帘、233-下层卷帘、234-拨片；
33.51-砂层。
具体实施方式
34.下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，附图构成本技术一部分，并与实施例一起阐释本发明。但本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本发明技术方案作的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本发明的保护范围。
35.本发明提供一种用于砂箱实验预设断层的装置，其结构如图1所示，该装置设置有：断层储流机构1、断层形成机构2、支架3、控制台4、实验砂箱5。
36.所述断层储流机构1包括储液箱11、储砂箱12、注液管13、注砂管14，进一步地还可包括支撑箱15。储液箱11中存储有形成断层用的断层液(锂基渗透性液体固化剂)，储砂箱12中存储有形成断层用的砂子。注液管13一端连接储液箱11，另一端连接断层形成机构2；注砂管14一端连接储砂箱12，另一端连接断层形成机构2。支撑箱15作为支撑体，储液箱11、储砂箱12、注液管13、注砂管14都可以以它为支撑设置，支撑箱15底部设置卡槽，断层形成机构2可以安装在卡槽部位，连接注液管13和注砂管14。
37.进一步地，注液管13和注砂管14可分别设置有多根，用于连接多个断层形成机构2，用于在砂箱不同位置预设断层。在每根管子上都设置有开关，可以根据实验需要随意开启，尤其是管子设置在箱体底部，可以更好的应用重力引流。
38.所述断层形成机构2，如图2～图4所示，包括引流机构21和断层铺设机构22。引流机构21包括两个独立的引流通道，分别为断液通道211和砂子通道212，注液管13和断液通道211连通，注砂管14和砂子通道212连通，分别引入断层液和砂子。进一步地，在注液管13和断液通道211之间设置注液泵，在注砂管14和砂子通道212之间设置注砂泵，分别用于加压引流。
39.进一步地，引流机构21外设支撑槽213，断液通道211和砂子通道212设置在支撑槽213里面。支撑槽213可以作为支撑体，安装到断层储流机构1的支撑箱15底部卡槽中，断层铺设机构22、泵和电气元件等都可以依靠支撑槽213安装。进一步地，断液通道211和砂子通道212可以是用管子铺设。
40.断层铺设机构22设置三组卷帘机构，包括三根卷轴221～223，。每根卷轴上各卷绕一组卷帘。三根卷轴可以以同轴心套装的形式，也可以以上、下排列的形式。每根卷轴在端面都由一摩擦轮241摩擦驱动(摩擦轮由电机带动)。三根卷轴的卷帘铺展角度合方向一致，即三组卷帘铺设开后相互平行形成三层，上下布置，每两层卷帘之间留有间隙，其中，上层卷帘231和中间层卷帘232之间，注入的是断层液，中间层卷帘232和下层卷帘233之间注入的是砂子，断液通道211和砂子通道212分别引流到相应的两层卷帘之间。三层卷帘同方向收放，当卷帘铺展时，向卷帘空间中注入相应的材料，随着卷帘的回缩，断层液和砂子流下来。
41.进一步地，在中间层卷帘232的下底面和下层卷帘233的上顶面各自设置拨片234，拨片234通过小转轴活动连接在卷帘上，随着卷帘的伸展，拨片234也展开，利于对砂子的拨动，使砂体流动速度保持稳定；随着卷帘的回缩，拨片234也回缩。
42.进一步地，所述卷帘为既具有一定刚度又具有一定韧性的材质，比如钢片或铝片，保证铺展开时有一定的支挺力度，收缩时可以卷曲。
43.进一步地，所述断层铺设机构22也外设连接体，与所述引流机构21构成刚性连接，以便于结构支撑和通道的引入。
44.支架3连接断层储流机构1，具体地可连接到支撑箱15，支架3为可移动支架，可以移动断层储流机构1和断层铺设机构22，方便将实验装置移入或移出实验砂箱。控制台4安装在支架3上，为电气控制中心，用于控制实验过程中使用的断层液量、注砂量、实验时间、实验压力和铺设速度等。
45.断层铺设机构22的卷帘铺设在实验砂箱5中，在实验砂箱5中铺设砂子，形成断层，形成断层的方法是：
46.1)将断层形成机构2预先安装到断层储流机构1底部，根据要形成的断层方向和角度，旋转三根卷轴，使三根卷轴的出卷方向和角度一致，连接注液管13和注砂管14分别至断液通道211和砂子通道212；
47.2)移动支架3，使断层储流机构1置于实验砂箱5上方；
48.以上1)、2)步可以先后调整，可以先将断层形成机构2安装到断层储流机构1底部然后一起移动到实验砂箱5上方；也可以先将断层储流机构1移动到实验砂箱5上方，再安装断层形成机构2；
49.3)根据实验模型铺设的砂层及厚度，在控制台4中设置单层砂层对应的断层液量、断层砂量、铺设时间、铺设压力和卷帘回缩速率；
50.4)在实验砂箱5内，将三层卷帘按照预设方向和角度铺展开；
51.5)在上层卷帘231的上方和下层卷帘233的下方，等厚铺设砂层51，同时启动预设断层装置，在三层卷帘空间中注入断层液和砂子，随着实验砂箱中砂子一层一层的铺设，同步逐渐回缩卷帘，使砂子铺设的速度和卷帘回缩的速度一致，每铺设一层砂子，卷帘就相应回缩一层砂子厚度的距离；
52.6)直至实验砂箱5内全部砂层铺设完毕，卷帘抽出砂层，就此沿着卷帘回缩轨迹形成断层。
53.随着砂箱中砂子的逐渐铺设和断层液的不断注入，在此过程中，断层液与上、下砂体逐渐胶结凝固，从而形成断层面；同时，在断层液下方通过卷帘补充砂子，填补了断层下盘需要的砂子量，解决了断层下盘砂体不易铺设的问题。
54.需要指出的是，铺设非断层部位的砂体和砂层间的标志线通过撒砂器进行即可，撒砂器与本实验装置互不干扰。第一砂层铺设完毕后，控制台4屏幕显示“第一阶段完成，等待第二阶段”，此时撒砂器开始铺设一层标志线和一层砂体，完成后，点击控制台4屏幕进入第二砂层的断层和断层下盘砂体的铺设。以此类推，重复操作，完成整个实验模型的铺设。