深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法与流程

1.本发明属于地质资源与地质工程技术领域，尤其涉及一种深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法。


背景技术：

2.深水水道是顺坡而下浊流(平行于物源方向)最为活跃的形成发育场所。近年来通过对露头资料的沉积学分析，原位流体观测、物理或数值模拟揭示了深水浊流水道的沉积动力学机制。对于深水迁移水道，从地质分析的角度描述了水道的沉积构成和作用过程，研究认为它们是浊流和底流相互作用的结果。
3.目前仅认为浊流和底流这两相流体的相互作用会在水道内形成“陡岸侵蚀
‑
缓岸堆积的差异剥蚀
‑
沉积响应”，这一差异的侵蚀
‑
堆积效应驱动水道持续稳定地向陡岸一侧迁移叠加，形成深水单向迁移水道。但现有对向一个方向迁移的深水水道中两相流体相互作用多从地质分析的角度入手，以描述为主；迄今为止，人们尚不能定量地揭示深水单向迁移水道中浊流和底流到底是如何相互影响、相互作用(沉积动力学机制)的，也不能定量地回答迁移水道内浊流和底流到底是如何相互作用并驱动水道单向迁移的，并且由于无法定量计算，也不能将两相流体的相互作用应用于深水油气资源勘查中，不能有效勘查深水油气资源。


技术实现要素：

4.针对现有技术的上述缺陷或不足，本发明提供了一种深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法，以解决现有技术中不能对深水单向迁移水道内两相流体相互作用沉积动力学机制进行定量计算的技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供一种深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法，其中，所述深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法包括以下步骤：
6.获取两相流体中浊流层的周围水体密度、平均含沙量以及颗粒浓度，根据所述浊流层的周围水体密度、平均含沙量以及颗粒浓度计算得出所述浊流层的浊流密度；
7.获取两相流体中底流层的阻力系数和层平均速度，根据所述底流层的阻力系数和层平均速度计算得出所述浊流层和所述底流层相互作用形成的密度跃层的紊流速度；
8.获取所述底流层的底流密度以及所述浊流层的层平均厚度，测量深水水道的水道宽度；
9.根据所述浊流层的浊流密度、所述浊流层的层平均厚度、所述密度跃层的紊流速度、所述底流层的底流密度以及所述水道宽度计算得出所述密度跃层的波动振幅。
10.在本发明实施例中，根据以下公式计算得出所述浊流层的浊流密度：
11.ρ2＝ρ
i
(1
‑
c) ρ
s
c
12.其中，ρ2为所述浊流层的浊流密度；
13.ρ
i
为所述浊流层的周围水体密度；
14.c为所述浊流层的平均含沙量；
15.ρ
s
为所述浊流层的颗粒浓度。
16.在本发明实施例中，根据以下公式计算得出所述密度跃层的紊流速度：
[0017][0018]
其中，v
i
为所述密度跃层的紊流速度；
[0019]
v
c
为所述底流层的层平均速度；
[0020]
c
d
为所述底流层的阻力系数。
[0021]
在本发明实施例中，根据以下公式计算得出所述密度跃层的波动振幅：
[0022][0023]
其中，a为所述密度跃层的波动振幅；
[0024]
ρ1为所述底流层的底流密度；
[0025]
h
t
为所述浊流层的层平均厚度；
[0026]
w
b
为所述水道宽度。
[0027]
在本发明实施例中，所述根据所述浊流层的浊流密度、所述浊流层的层平均厚度、所述密度跃层的紊流速度、所述底流层的底流密度以及所述水道宽度计算得出所述密度跃层的波动振幅的步骤之后还包括：
[0028]
测量所述深水水道的水道深度，根据所述密度跃层的波动振幅和所述深水水道的水道深度计算得出所述密度跃层的波动系数；
[0029]
根据所述波动系数获取所述密度跃层的波动方式。
[0030]
在本发明实施例中，根据以下公式计算得出所述密度跃层的波动系数：
[0031][0032]
其中，w
n*
为所述波动系数；
[0033]
h为所述深水水道的水道深度。
[0034]
在本发明实施例中，所述根据所述波动系数获取所述密度跃层的波动方式的步骤包括：
[0035]
判断所述波动系数的数值所处区间范围；
[0036]
若所述波动系数在0～0.3之间，则所述密度跃层的波动方式为线性阻尼波；
[0037]
若所述波动系数在0.3～0.8之间，则所述密度跃层的波动方式为孤立波；
[0038]
若所述波动系数在0.8～1.2之间，则所述密度跃层的波动方式为k
‑
h波；
[0039]
若所述波动系数大于1.2，则所述密度跃层的波动方式为涌浪。
[0040]
在本发明实施例中，所述根据所述浊流层的浊流密度、所述浊流层的层平均厚度、所述密度跃层的紊流速度、所述底流层的底流密度以及所述水道宽度计算得出所述密度跃层的波动振幅的步骤之后还包括：
[0041]
获取所述浊流层的复合摩擦系数、悬浮物沉降速度、流体剪切速度，测量所述深水
水道的平均地形坡度；
[0042]
根据浊流层的复合摩擦系数、悬浮物沉降速度、流体剪切速度以及所述平均地形坡度计算得出所述浊流层的浊流流速；
[0043]
根据所述浊流层的浊流流速和所述底流层的层平均速度计算得出所述密度跃层的波动速度和波动传播方向。
[0044]
在本发明实施例中，根据以下公式计算得出所述浊流层的浊流流速：
[0045][0046]
其中，v
t
为所述浊流层的浊流流速；
[0047]
s为所述平均地形坡度；
[0048]
c
f
(1 α)为所述浊流层的复合摩擦系数；
[0049]
v
s
为所述浊流层的悬浮物沉降速度；
[0050]
u
*
为所述浊流层的流体剪切速度；
[0051]
g为重力加速度；
[0052]
为所述浊流层的平均密度差；
[0053]
为所述浊流层的平均速度。
[0054]
在本发明实施例中，根据以下公式计算得出所述密度跃层的波动速度：
[0055][0056]
其中，v为所述密度跃层的波动速度。
[0057]
在本发明实施例中，根据以下公式计算得出所述密度跃层的波动传播方向：
[0058]
α＝arctan[v
c
/(0.618v
t
)]
[0059]
其中，α为所述密度跃层的波动传播方向
[0060]
通过上述技术方案，本发明实施例所提供的深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法具有如下的有益效果：
[0061]
利用固有深水水道的水道宽度结合不同类型浊流层和底流层的表征参数对浊流层和底流层相互作用下的密度跃层的波动振幅进行定量计算，能定量地揭示浊流和底流是如何相互作用并控制沉积的，从而表现深水水道形态变化的趋势与幅度。本发明对深水水道的水道宽度测量后，结合两相水道的表征参数对相互作用下的密度跃层的波动振幅进行定量计算，可帮助预测深水水道的具体形成过程以及分布，解决了现有技术中不能对深水单向迁移水道内两相流体相互作用沉积动力学机制进行定量计算的问题。
[0062]
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0063]
附图是用来提供对本发明的理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0064]
图1是根据本发明第一实施例中深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计
算方法的计算流程；
[0065]
图2是根据本发明一实施例中单向迁移深水水道在一视角下的示意图；
[0066]
图3是根据本发明一实施例中单向迁移深水水道的剖面示意图；
[0067]
图4是根据本发明一实施例中单向迁移深水水道在另一视角下的示意图；
[0068]
图5是根据本发明一实施例中深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的计算结果输出表。
具体实施方式
[0069]
以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0070]
下面参考附图描述根据本发明的深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法。
[0071]
在本发明的实施例中，提供一种深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法，在本发明提供的深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第一实施例中，所述深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法包括以下步骤：
[0072]
步骤s10，获取两相流体中浊流层的周围水体密度、平均含沙量以及颗粒浓度，根据所述浊流层的周围水体密度、平均含沙量以及颗粒浓度计算得出所述浊流层的浊流密度；
[0073]
步骤s20，获取两相流体中底流层的阻力系数和层平均速度，根据所述底流层的阻力系数和层平均速度计算得出所述浊流层和所述底流层相互作用形成的密度跃层的紊流速度；
[0074]
步骤s30，获取所述底流层的底流密度以及所述浊流层的层平均厚度，测量深水水道的水道宽度，具体可通过扫描方式测量图3中的水道宽度；
[0075]
步骤s40，根据所述浊流层的浊流密度、所述浊流层的层平均厚度、所述密度跃层的紊流速度、所述底流层的底流密度以及所述水道宽度计算得出所述密度跃层的波动振幅。可以理解的，为方便计算，可对本实施例中两相流体的浊流层和底流层进行指定，选定浊流层和底流层后结合深水水道的测量数据进行定量计算，其中，图1中c1
‑
c7指代七条深水水道，深水水道的水道宽度可通过地震数据直接测量或者通过勘测船的雷达扫描成像的方式进行测量。
[0076]
在本发明实施例中，利用固有深水水道的水道宽度结合不同类型浊流层和底流层的表征参数对浊流层和底流层相互作用下的密度跃层的波动振幅进行定量计算，能定量地揭示浊流层和底流层是如何相互作用并控制沉积的，从而表现深水水道形态变化的趋势与幅度。本实施例中对深水水道的水道宽度测量后，结合两相水道的表征参数对相互作用下的密度跃层的波动振幅进行定量计算，由于沉积颗粒在深水水道中的分选、淘洗和改造作用出现更多粗粒油气储集，而沉积颗粒在深水水道中的分选、淘洗和改造作用在密度跃层的波动振幅较大处更强。选取深水水道中不同位置进行密度跃层波动振幅的定量计算，并对比对个数据，从中选取波动幅度较大的位置进行油气资源勘查。通过本实施例中定量计算方法获取密度跃层的波动振幅，并对比获得密度跃层波动振幅较大的方位，可确定深水水道中粗粒油气储集的发育位置，提高了深水油气资源勘查精确性的同时，还能大大减少
非必要的气资源勘查，避免了资源浪费。
[0077]
可帮助预测深水水道的具体形成过程以及分布，解决了现有技术中不能对深水单向迁移水道内两相流体相互作用沉积动力学机制进行定量计算的问题。
[0078]
进一步地，根据本发明提供的深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第一实施例提出深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第二实施例，在本发明实施例中，根据以下公式计算得出所述浊流层的浊流密度：
[0079]
ρ2＝ρ
i
(1
‑
c) ρ
s
c，
ꢀꢀ
(1)
[0080]
其中，ρ2为所述浊流层的浊流密度；
[0081]
ρ
i
为所述浊流层的周围水体密度；
[0082]
c为所述浊流层的平均含沙量；
[0083]
ρ
s
为所述浊流层的颗粒浓度。
[0084]
所述浊流层的周围水体为海水，密度为1025kg/km3，所述浊流层的平均含沙量一般为1％，选定特定类型的浊流层后，所述浊流层的颗粒浓度为表征参数，利用公式1可计算求得所述浊流层的浊流密度。结合所述浊流层的浊流密度可有效定量输出所述密度跃层的波动振幅。
[0085]
根据本发明提供的深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第二实施例提出深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第三实施例，在本发明实施例中，根据以下公式计算得出所述密度跃层的紊流速度：
[0086][0087]
其中，v
i
为所述密度跃层的紊流速度；
[0088]
v
c
为所述底流层的层平均速度，设备为在0.10m/s或0.30m/s之间；
[0089]
c
d
为所述底流层的阻力系数。
[0090]
本实施例中，选定特定类型的底流层后，所述底流层的层平均速度和阻力系数为选定表征参数，利用公式2结合计算得出的所述浊流层的浊流密度，可定量输出所述密度跃层的波动振幅。
[0091]
根据本发明提供的深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第三实施例提出深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第四实施例，在本发明实施例中，根据以下公式计算得出所述密度跃层的波动振幅：
[0092][0093]
其中，a为所述密度跃层的波动振幅；
[0094]
ρ1为所述底流层的底流密度；
[0095]
h
t
为所述浊流层的层平均厚度；
[0096]
w
b
为所述水道宽度。
[0097]
具体地，本实施例中的所述密度跃层的波动振幅通过以上定量计算得出的所述浊流层的浊流密度和所述密度跃层的紊流速度，结合所述底流层的底流密度、所述浊流层的层平均厚度以及所述水道宽度，利用公式3可定量输出所述密度跃层的波动振幅。
[0098]
结合图2和图5，在一实施例中，通过地震或其它测深数据直接测量水道c1
‑
c3的水
道宽度。水道c1
‑
c3的水道宽度为1506m～2944m(平均为2191m)，并对其他边临进行赋值，结合公式1、公式2以及公式3计算得出，当所述底流层的层平均速度为0.10m/s时，两相流体相互作用的密度跃层的波动振幅取值范围为0.48m～2.14m(均值为1.04m)；而当所述底流层的层平均速度为0.30m/s时，密度跃层的波动振幅取值范围为1.44m～6.43m(均值为3.13m)，参见图5中的表格，可精准定量计算得所述密度跃层的波动振幅。
[0099]
根据本发明提供的深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第四实施例提出深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第五实施例，在本发明实施例中，所述根据所述浊流层的浊流密度、所述浊流层的层平均厚度、所述密度跃层的紊流速度、所述底流层的底流密度以及所述水道宽度计算得出所述密度跃层的波动振幅的步骤之后还包括：
[0100]
测量所述深水水道的水道深度，根据所述密度跃层的波动振幅和所述深水水道的水道深度计算得出所述密度跃层的波动系数；
[0101]
根据所述波动系数获取所述密度跃层的波动方式。
[0102]
如图3所示，可通过扫描方式测量深水水道的水道深度，并在此基础上结合密度跃层的波动振幅，定量计算得出所述密度跃层的波动系数，并根据所述波动系数获取所述密度跃层的波动方式，可有利于深水水道形成的定量研究。
[0103]
根据本发明提供的深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第五实施例提出深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第六实施例，在本发明实施例中，根据以下公式计算得出所述密度跃层的波动系数：
[0104][0105]
其中，w
n*
为所述波动系数；
[0106]
h为所述深水水道的水道深度。
[0107]
具体地，深水水道的水道深度可通过地震数据直接测量或者通过勘测船的雷达扫描成像的方式进行测量。可利用结合公式4以及所述深水水道的水道深度、所述密度跃层的波动振幅计算得出所述波动系数的大小，将不同大小的所述波动系数对应不同的所述密度跃层的波动方式。
[0108]
根据本发明提供的深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第六实施例提出深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第七实施例，在本发明实施例中，所述根据所述波动系数获取所述密度跃层的波动方式的步骤包括：
[0109]
判断所述波动系数的数值所处区间范围；
[0110]
若所述波动系数在0～0.3之间，则所述密度跃层的波动方式为线性阻尼波；
[0111]
若所述波动系数在0.3～0.8之间，则所述密度跃层的波动方式为孤立波；
[0112]
若所述波动系数在0.8～1.2之间，则所述密度跃层的波动方式为k
‑
h波；
[0113]
若所述波动系数大于1.2，则所述密度跃层的波动方式为涌浪。
[0114]
本实施例中，具体将所述波动系数的大小划分为四个波动区间，并对应四种不同的波动方式。在一实施例中，通过地震或其它测深数据直接测量水道c1
‑
c3的水道深度。水道深度为70m～105m(平均为88m)，结合公式3和公式4计算得出，当所述底流层的层平均速度为0.10m/s时，所述波动系数取值范围为0.96～4.28(均值为2.09)；而当所述底流层的层
平均速度为0.30m/s时，所述波动系数取值范围为2.87～12.85(均值为6.27)。可以计算得出层平均速度为0.10m/s或0.30m/s的所述底流层的和所述浊流层相互作用时，可在深水单向迁移水道内形成k
‑
h波和涌浪，可精准定量计算得所述密度跃层的波动方式，沉积颗粒在深水水道中的分选、淘洗和改造作用受密度跃层的波动方式影响，结合密度跃层的波动振幅和波动方式，可有效获得深水水道中粗粒油气储集的发育位置。
[0115]
根据本发明提供的深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第六实施例提出深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第八实施例，在本发明实施例中，所述根据所述浊流层的浊流密度、所述浊流层的层平均厚度、所述密度跃层的紊流速度、所述底流层的底流密度以及所述水道宽度计算得出所述密度跃层的波动振幅的步骤之后还包括：
[0116]
获取所述浊流层的复合摩擦系数、悬浮物沉降速度、流体剪切速度，测量所述深水水道的平均地形坡度；
[0117]
根据浊流层的复合摩擦系数、悬浮物沉降速度、流体剪切速度以及所述平均地形坡度计算得出所述浊流层的浊流流速；
[0118]
根据所述浊流层的浊流流速和所述底流层的层平均速度计算得出所述密度跃层的波动速度和波动传播方向。
[0119]
本实施例中，具体测量了深水水道的平均地形坡度，并结合浊流流速和所述底流层的层平均速度可定量计算密度跃层的波动速度和波动传播方向，能对深水水道内的两相流体相互作用的作出进一步的定量计算。其中，深水水道的平均地形坡度可通过地震数据直接测量或者通过勘测船的雷达扫描成像的方式进行测量。沉积颗粒在深水水道中的分选、淘洗和改造作用在密度跃层的最大波动速度处更强，并且，本实施例中通过定量计算密度跃层的波动幅度，结合密度跃层的波动速度和波动传播方向，可以获得两相流体相互作用密度跃层最大波动速度出现的位置，能够更加精确地确定深水水道中粗粒油气储集的发育位置。
[0120]
根据本发明提供的深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第八实施例提出深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第九实施例，在本发明实施例中，根据以下公式计算得出所述浊流层的浊流流速：
[0121][0122]
其中，v
t
为所述浊流层的浊流流速；
[0123]
s为所述平均地形坡度；
[0124]
c
f
(1 α)为所述浊流层的复合摩擦系数；
[0125]
v
s
为所述浊流层的悬浮物沉降速度；
[0126]
u
*
为所述浊流层的流体剪切速度；
[0127]
g为重力加速度；
[0128]
为所述浊流层的平均密度差；
[0129]
为所述浊流层的平均速度。
[0130]
在一实施例中，在此基础上，通过地震或其它测深数据直接测量水道c1
‑
c3的平均
地形坡度，平均地形坡度为0.0115～0.0183(平均为0.0146)，并对其他变量进行赋值，利用公式5计算求解浊流层的浊流流速为1.72m/s～2.59m/s(均值为2.20m/s)，可精准定量计算得所述浊流层的浊流流速。
[0131]
根据本发明提供的深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第九实施例提出深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第十实施例，在本发明实施例中，根据以下公式计算得出所述密度跃层的波动速度：
[0132][0133]
其中，v为所述密度跃层的波动速度。
[0134]
在一实施例中，根据公式5计算得出所述浊流层的浊流流速的变化范围后，结合公式7，计算得出当所述底流层的层平均速度为0.10m/s时，所述密度跃层的波动速度的波动速度变化范围为1.07m/s～1.60m/s(均值为1.36m/s)；当所述底流层的层平均速度为0.30m/s时，所述底流层的波动速度变化范围为1.10m/s～1.63m/s(均值为1.39m/s)，可精准定量计算得所述密度跃层的波动速度。
[0135]
根据本发明提供的深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第九实施例提出深水水道中两相流体相互作用沉积动力学机制计算方法的第十一实施例，在本发明实施例中，根据以下公式计算得出所述密度跃层的波动传播方向：
[0136]
α＝arctan[v
c
/(0.618v
t
)]，
ꢀꢀ
(7)
[0137]
其中，α为所述密度跃层的波动传播方向。
[0138]
在一实施例中，根据公式5计算得出所述浊流层的浊流流速的变化范围后，结合公式7，计算得出当所述底流层的层平均速度为0.10m/s时，所述密度跃层的波动传播方向的变化范围为3.6
°
～5.4
°
(均值为4.3
°
)；当所述底流层的层平均速度为0.30m/s时，所述密度跃层的波动传播方向的变化范围为10.6
°
～15.8
°
(均值为12.7
°
)，可精准定量计算得所述密度跃层的波动传播方向。
[0139]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0140]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0141]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。
[0142]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。