[发明专利]一种弱胶结地层水砂溃涌模拟试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种弱胶结地层水砂溃涌模拟试验装置，其特征在于，包括：装置本体、水砂溃涌观察组件、可视化组件和水供压组件；所述水砂溃涌观察组件与所述装置本体连接；所述可视化组件设置在所述装置本体外壁，所述水供压组件设置在所述装置本体顶部。

2.根据权利要求1所述的一种弱胶结地层水砂溃涌模拟试验装置，其特征在于，所述装置本体包括：闷板(9)、试验筒体(2)和底板(1)，所述试验筒体(2)的顶端设置有法兰盘(8)，且所述闷板(9)通过螺栓(10)穿过所述法兰盘(8)与所述试验筒体(2)连接；所述试验筒体(2)的底端设置有法兰盘(8)，且所述底板(1)通过螺栓(10)穿过所述法兰盘(8)与所述试验筒体(2)连接；在所述底板(1)的底端一周设置有支架(13)；所述底板(1)上设置有窄槽，所述水砂溃涌观察组件安装在所述底板(1)底部。

3.根据权利要求2所述的一种弱胶结地层水砂溃涌模拟试验装置，其特征在于，所述可视化组件包括：焊板(3)、压板(4)、垫圈(5)和钢化玻璃(6)，所述焊板(3)设置在所述试验筒体(2)外壁上，利用紧固装置(7)依次将所述压板(4)、所述垫圈(5)和所述钢化玻璃(6)安装在所述焊板(3)上。

4.根据权利要求3所述的一种弱胶结地层水砂溃涌模拟试验装置，其特征在于，所述可视化组件设置有3组，且高低错落地设置在所述试验筒体(2)外壁。

5.根据权利要求4所述的一种弱胶结地层水砂溃涌模拟试验装置，其特征在于，3组所述可视化组件在所述试验筒体(2)外壁圆周均匀布置，即3组所述可视化组件的外法线彼此之间的夹均为120°。

6.根据权利要求1所述的一种弱胶结地层水砂溃涌模拟试验装置，其特征在于，所述水供压组件包括：四通接头(11)和压力表(12)，所述压力表(12)与所述四通接头(11)的顶端连接，所述四通接头(11)的水平两端分别安装卸压阀和加压泵；所述四通接头(11)的底端与所述装置本体连接。

7.根据权利要求2所述的一种弱胶结地层水砂溃涌模拟试验装置，其特征在于，所述水砂溃涌观察组件包括：两块调整滑板(15)和调节装置(14)，两块所述调整滑板(15)之间的缝隙形成水砂溃涌通道(16)，且所述水砂溃涌通道(16)与所述底板(1)上的窄槽对应设置；所述调节装置(14)与所述底板(1)连接，且其一端为自由端，另一端与所述调整滑板(15)连接。

8.一种使用如权利要求1至权利要求7任一项所述装置的弱胶结地层水砂溃涌模拟试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1筛选砂粒：利用筛析法筛选不同粒径的砂粒并配比10％体积的黏土用来分别模拟弱胶结的细砂岩、中砂岩、粗砂岩和砾岩；

S2砂体填充：将细砂岩粒径的砂粒与黏土形成的砂体完全填充满装置本体；

S3调整水压测试：使水砂溃涌观察组件保持0.1cm的水砂溃涌通道，通过对装置本体内的水压进行加压，使砂体充满水并饱和，装置内的水压稳定在0.1MPa至少10min，观察是否发生水砂溃涌，如果发生水砂溃涌现象，则0.1cm水砂溃涌通道的试验停止，记录此时的临界水压；如果没有发生水砂溃涌，则循环升高水压直至0.5MPa，水压稳定在0.5MPa仍未发生水砂溃涌则调整水砂溃涌通道的宽度；

S4调整水砂溃涌通道的宽度：增大水砂溃涌通道的宽度并循环升高水压测试是否发生溃涌，记录溃涌时的临界水压，如果水压稳定在0.5MPa仍未发生水砂溃涌则继续加大水砂溃涌通道的宽度直至2.0cm；

S5更换不同粒径的砂粒：将细砂岩粒径的砂体移出装置本体并清洗装置本体，然后依次增大砂粒粒径，并重复S2-S4的步骤。

9.根据权利要求8所述的一种弱胶结地层水砂溃涌模拟试验方法，其特征在于，在步骤S1中，分别筛选出粒径为0.1～0.25mm、0.25～0.5mm、0.5～1.0mm和1.0～2.0mm的砂粒。

10.根据权利要求8所述的一种弱胶结地层水砂溃涌模拟试验方法，其特征在于，在步骤S2中，砂粒分次装入装置本体中，每次厚度不超过5cm，然后通过将装置本体放置在振动器上振动使砂体在装置本体内铺设均匀，每次振动时间不少于1min，直至砂体将装置本体完全填充。