一种模拟多种成因条件对低幅度构造形态影响的实验装置

摘要

本发明涉及地质构造技术领域的一种模拟多种成因条件对低幅度构造形态影响的实验装置，主要由计算机系统、箱体、活塞环、活塞、压力管、砂岩颗粒、泥岩颗粒、进压环、螺栓、空压机A、高速摄像机、铁柱、压力传感器、小型球阀、小型压力表、大型压力表、大型球阀、空压机B、下地层、侧向基座、上地层和储集层组成。其技术方案核心是在箱体内较为真实的模拟出了地下地层的真实情况以及低幅度构造形成时地层所受到差异压实、基底隆升和侧向挤压的应力作用。本实验装置操作简单，能很好的模拟多种成因条件对低幅度构造形态影响的过程。

说明书

技术领域

本发明涉及地质构造技术领域的一种模拟多种成因条件对低幅度构造形态影响的实验装置。

背景技术

低幅度构造这一术语是用来综合表述这些构造幅度低、隐蔽性强、用现有地球物理勘探手段不易发现和识别的具有不同成因及规模的构造及其组合。低幅度构造一般发育在几千米以下的地层中，对于地平面下几千米的地层，其往往会受到差异压实作用、基底隆升作用、水平挤压应力作用等多种因素的影响，从而使其产生鼻隆、穹窿、背斜、挠曲等多种形态各异的低幅度构造；经过多年现场勘探积累的大量事实证明，低幅度构造在油气聚集及大中型油气田形成过程中具有控制作用。深入研究多种成因条件对低幅度构造形态的影响，对于分析国内外油田的油气富集特征，查明油气水分布规律、揭示大中型油田(藏)成因机理、落实油藏类型、指导油气勘探和开发等具有重要意义。若不能解决多种成因条件对低幅度构造形态特征所产生的影响这一问题，将直接导致在地质探勘中难以判断低幅度构造的规模、类型以及难以明确相关油藏的油气富集规律等问题，造成勘探作业中井位部署的偏差，最终导致大量勘探资金血本无归。因此，对于低幅度构造在多种成因条件的影响下，其形态特征所发生的变化有必要进行研究。若发明一种能够有效模拟多种成因条件对低幅度构造形态影响的实验装置，它能对多种成因条件下的低幅度构造形态特征进行可视化研究，将对现场油气勘探和开发具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是：提供一种模拟多种成因条件对低幅度构造形态影响的实验装置。

本发明所采用的技术方案是：

本发明是一种模拟多种成因条件对低幅度构造形态影响的实验装置，主要由计算机系统、箱体、活塞环、活塞、压力管、砂岩颗粒、泥岩颗粒、进压环、螺栓、空压机A、高速摄像机、铁柱、压力传感器、小型球阀、小型压力表、大型压力表、大型球阀、空压机B、下地层、侧向基座、上地层和储集层组成。在箱体内，上地层和下地层为两种材质一样的岩石且基本组分与地下岩层一致，由他们模拟地下致密砂岩构成的板状地层。实验过程中所使用的砂岩颗粒、泥岩颗粒直径都为5mm，且这两种颗粒采用上下错位设计紧密充填于上地层与下地层之间，模拟出地下良好的储集层。上地层、下地层以及中部储集层三部分紧密贴合，并通过螺栓加固，水平安放在侧向基座和进压环之间，共同组成的层系是实际模拟地下地层的真实情况。上地层、下地层以及中部储集层的长宽尺寸一致，均为：12m×8m，但各层厚度不同，上地层厚1.2m，下地层厚1.2m，储集层厚0.6m。在上地层表面均匀设置五个压力管传递空压机输送的压力，模拟低幅度构造形成时地层受到的差异压实作用；在下地层表面均匀设置五个压力管传递空压机输送的压力，模拟低幅度构造形成时地层受到的基底隆升作用，在上下地层和储集层组成的地层系右侧设置进压环，在进压环上接通进压管并输送水平方向的压力，模拟低幅度构造形成时地层受到的水平挤压应力，地层周围三个方向的压力管可根据个人实验目的不同而自行拆卸。实验过程中打开空压机和各个球阀，随着活塞单侧压力的增加推动其向地层方向运动，压力管内地层方向空气被压缩，压力逐渐增加，最终使地层发生低幅度构造变形，当层系中低幅度构造达到实验目的变形程度后，关闭空压机，压力下降，活塞回归原位。通过大型球阀和大型压力表来控制空压机A和空压机B所提供的总压力大小，通过小型球阀和小型压力表来控制分流在各个压力管上的分压力大小。在上下地层内部与各压力管对应位置处等间距的分别设置了6个压力传感器，并通过导线与计算机系统相连接，可以记录下低幅度构造形态变化时上下地层内部各处所承受压力的情况。箱体由透明亚克力玻璃材料制成，其长宽高尺寸为：15m×12m×5m，箱体内部设立4根铁柱作为上地层、下地层以及储集层的支撑；箱体外部架立高速摄像机，透过透明亚克力玻璃可完整记录下低幅度构造形态变化的全过程。

本发明的优点：整个实验过程操作简单，通过可视化实验和压力监测能准确的得到多种成因条件对低幅度构造形态变化影响的规律并能实时得到压力变化情况。

附图说明

图1是本发明一种模拟多种成因条件对低幅度构造形态影响的实验装置的结构示意图。

图中：1.计算机系统，2.箱体，3.活塞环，4.活塞，5.压力管，6.砂岩颗粒，7.泥岩颗粒，8.进压环，9.螺栓，10空压机A，11.高速摄像机，12.铁柱，13.压力传感器，14.小型球阀，15.小型压力表，16.大型压力表，17.大型球阀，18.空压机B，19.下地层，20.侧向基座，21.上地层，22.储集层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明一种模拟多种成因条件对低幅度构造形态影响的实验装置，主要由计算机系统1、箱体2、活塞环3、活塞4、压力管5、砂岩颗粒6、泥岩颗粒7、进压环8、螺栓9、空压机A 10、高速摄像机11、铁柱12、压力传感器13、小型球阀14、小型压力表15、大型压力表16、大型球阀17、空压机B 18、下地层19、侧向基座20、上地层21和储集层22组成。

如图1所示，具体模拟过程为：首先在箱体2的上地层21和下地层19内填放与地下岩层材质一样的岩石，再将砂岩颗粒6、泥岩颗粒7采用上下错位设计紧密充填于上地层21与下地层19之间，模拟出地下良好的储集层22。上地层21、下地层19以及中部储集层22三部分紧密贴合，并通过螺栓9加固，水平安放在侧向基座20和进压环8之间，共同组成的层系是实际模拟地下地层的真实情况。打开计算机系统1，使上地层21、下地层19中的12个压力传感器13中的数据能传回计算机系统。

当模拟地层受基底隆升作用和侧向挤压应力作用对低幅度构造形态的影响时，卸掉上地层21表面的压力管5，接入下地层19表面和进压环8右侧的压力管5，打开空压机B 18以及大型球阀17开关，打开层系下部和进压环8右侧的小型球阀14开关，随着下地层19所接压力管5内部活塞4的下部压力逐渐增加，将推动活塞4往上运动，上部空气被压缩，压力增加，当压力管5内传递压力达到30Mpa时地层开始发生低幅度构造变形，压力持续增加，层系内低幅度构造达到实验目的变形程度时，关闭空压机B 18，压力下降，活塞4回归原位；在层系右侧，随着进压环8所接压力管5内活塞4右侧压力逐渐增加，将会推动活塞4向左运动，活塞4左边部空气被压缩，压力增加，当侧向压力管5内传递压力达到120Mpa时地层开始发生侧向挤压应力变形，压力持续增加，层系内低幅度构造达到实验目的变形程度时，关闭空压机B 18，压力下降，活塞4回归原位。通过大型压力表16和大型球阀17来控制空压机B 18传出的总压力，通过下地层19表面的小型压力表15和小型球阀14控制地层各部分所接收的分压力；上地层21、下地层19以及中部储集层22组成的地层系下接触面等间距的不同位置接收到大小不等的压力作用，来模拟低幅度构造形成时地层受到的基底隆升作用，上地层21、下地层19以及中部储集层22组成的地层系接收到进压环8右侧压力管5输送的侧向压力，来模拟低幅度构造形成时地层受到的侧向挤压应力作用。在计算机系统1内可完整记录下低幅度构造形成过程中地层各部分压力的变化情况，关闭空压机B 18后实验停止，导出实验数据，即整个实验模拟过程结束。

当模拟地层受差异压实作用和侧向挤压应力作用对低幅度构造形态的影响时，卸掉下地层19表面的压力管5，接入上地层21表面的压力管5，打开空压机A 10和空压机B 18以及大型球阀17开关，打开地层系上部和进压环8右侧的小型球阀14开关，随着上地层19所接压力管5内活塞4上部压力逐渐增加，将推动活塞4向下运动，活塞4下部空气被压缩，压力增加，当压力管5内传递压力达到30Mpa时地层开始发生低幅度构造变形，压力持续增加，层系内低幅度构造达到实验目的变形程度后，关闭空压机A 10，压力下降，活塞4回归原位；在地层右侧，随着进压环8所接压力管5内活塞4右侧压力逐渐增加，将会推动活塞4向左运动，活塞4左部空气被压缩，压力增加，当侧向压力管5内传递压力达到120Mpa时地层开始发生侧向挤压应力变形，压力持续增加，层系内低幅度构造达到实验目的变形程度后，关闭空压机A 18，压力下降，活塞4回归原位。通过大型压力表16和大型球阀17来控制空压机B 18、空压机A 10传出的总压力，通过上地层21表面的小型压力表15和小型球阀14控制地层各部分所接收的分压力，使上地层21、下地层19以及中部储集层22组成的地层系上接触面等间距的不同位置接收到大小不等的压力作用，来模拟低幅度构造形成时地层受到的差异压实作用，使上地层21、下地层19以及中部储集层22组成的地层系接收到进压环8右侧压力管5输送的侧向压力，来模拟低幅度构造形成时地层受到的侧向挤压应力作用。在计算机系统1内可完整记录下低幅度构造形成过程中地层各部分压力的变化情况，关闭空压机B 18、空压机A 10后实验停止，导出实验数据，即整个实验模拟过程结束。实验过程通过高速摄像机11透过箱体2玻璃记录下了不同成因条件地层中低幅度构造的产生及形态变化过程，这将为多种成因条件对低幅度构造形态影响研究提供有力的参考依据。