滲流力學油工

滲流力學油工第一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG2

§1.1油氣儲集層及其簡化§1.2滲流過程中的力學分析及驅動類型§1.3滲流的基本規(guī)律和滲流方式§1.4非線性滲流規(guī)律§1.5流體低速下的滲流規(guī)律§1.6兩相滲流規(guī)律主要內(nèi)容第二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG3§1.1油氣儲集層及其簡化一、油氣儲集層

油氣層是油氣儲集的場所和空間。儲集層限制流體運動的范圍，也影響著流體運動的形態(tài)，同時還決定流動邊界形狀。所以，油氣儲集層是流體滲流的重要外部條件。第三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG4§1.1油氣儲集層及其簡化氣頂邊水底水油氣分界面含氣邊緣油水分界面含油外、內(nèi)緣計算含油邊緣開敞式油藏供給邊界定壓邊界封閉式油藏封閉邊界油層外部形狀及簡化示意圖氣油水第四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日聯(lián)絡測線380地震剖面第五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日CCFY（Parm）反演技術CCFY波阻抗反演剖面第六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日高精度三維反演—HARI波阻抗柵狀圖第七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日陜北中生界低孔滲儲層預測波阻抗剖面

泥巖變薄mud.becomesthinner.砂巖及其不均質性sandstoneanditsheterogeneous灰?guī)r及其不均質性limestoneanditsheterogeneous第八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG9§1.1油氣儲集層及其簡化二、油氣儲集層的簡化油氣儲集層分類層狀油氣藏塊狀油氣藏

層狀油氣藏：地層物性在縱向上的變化比在平面上的變化大得多的油藏。簡化成”平面等厚模型”，即把油氣藏看成等厚度的薄板。塊狀油氣藏：油層厚度相當大的油藏。簡化成“厚度模型”，有時也將這種模型看成“半球狀模型”。第九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日AB條帶狀薄板圓形薄板A>3BA<3B平面等厚模型(x，y)厚度模型(x，y，z)半球狀模型第十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG11§1.1油氣儲集層及其簡化三、油氣層的孔隙結構模型和參數(shù)模型1.油氣層的孔隙結構模型單純介質雙重介質三重介質粒間孔隙結構溶洞孔隙結構純裂縫結構裂縫孔隙結構三重混合結構微層理結構非層理結構三種介質六種結構第十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日假想結構模型理想結構模型粒間孔隙結構簡化簡化第十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日純裂縫結構純裂縫結構模型簡化第十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日裂縫孔隙結構裂縫孔隙結構模型溶洞孔隙結構溶洞孔隙結構模型第十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG15§1.1油氣儲集層及其簡化2.油氣層的參數(shù)模型油氣藏中巖石和流體的物性參數(shù)是隨機變化的難以用連續(xù)函數(shù)來描述其分布。如地層的滲透率具有均質和非均質性、向同各性和各向異性。均質非均質各向同性各向異性第十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG16§1.1油氣儲集層及其簡化

等值參數(shù)模型：即平均值參數(shù)模型。用算術平均或加權平均的方法來確定油藏的平均滲透率。現(xiàn)在多用概率統(tǒng)計的方法確定。等價參數(shù)模型：就是利用實物與模型等價的方法來確定地層滲透率。如粒間孔隙結構采用等直徑毛管束的理想結構模型求得滲透率值。第十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG17§1.2滲流過程中的力學分析及驅動類型一、滲流過程中的力學分析

1.流體的重力和重力勢能液源水頭壓力ABMN動力阻力重力作用示意圖表示重力勢能的壓力：重率：第十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG18§1.2滲流過程中的力學分析及驅動類型2.流體的質量和慣性力表現(xiàn)為阻力。

3.流體的粘度和粘滯力y阻力第十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG19§1.2滲流過程中的力學分析及驅動類型4.巖石及流體的壓縮性和彈性力巖石和流體壓縮性的大小用壓縮系數(shù)表示。巖石壓縮系數(shù)：流體壓縮系數(shù)：對氣體：開采前開采后第十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG20§1.2滲流過程中的力學分析及驅動類型5.毛管力水油油水阻力動力2r油水接觸面為形狀簡單的彎曲面：單根毛管，油水接觸面為球面：單根毛管，油水接觸面為柱面：第二十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG21§1.2滲流過程中的力學分析及驅動類型二、與油藏有關的壓力概念

1.原始地層壓力

2.邊界壓力

3.地層靜壓（目前地層壓力）

4.井底壓力及井底流壓第二十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG22§1.2滲流過程中的力學分析及驅動類型5.折算壓力xzAmz投產(chǎn)前，而油藏中流體不流動?M點液體總水頭：總水頭用壓力的形式表示為：稱為折算壓力，表示油層中各點液體具有的總能量。第二十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG23§1.2滲流過程中的力學分析及驅動類型

基準面選?。和ǔＨ≡加退缑鏋榛鶞拭?。優(yōu)點：在滲流規(guī)律研究中，直接使用折算壓力，就不必考慮油層深度的影響，簡化了理論推導和計算公式。特性：在靜止流體內(nèi)部各點的折算壓力相等。第二十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG24§1.2滲流過程中的力學分析及驅動類型

例1-1

油藏中兩點A、B，高差10米，壓力分別為=9.35Mpa，=9.55Mpa，地層原油密度0.85，試判斷地層中流體的流向？ABh=10m

解：以B點所在平面為基準面，則：故，流向為由B點向A點。第二十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG25§1.2滲流過程中的力學分析及驅動類型6.壓力梯度曲線在直角坐標中，根據(jù)最初的探井所實測到的油藏埋藏深度H和實測壓力P所得的關系曲線，稱為壓力梯度曲線。

P=a+bHHP推算開發(fā)井原始地層壓力。第二十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG26§1.2滲流過程中的力學分析及驅動類型三、驅動類型（驅動方式）驅動方式是指在石油開采過程中油藏依靠哪一種能量為主來驅油。

1.重力水壓驅動可分為：剛性水壓驅動和彈性水壓驅動。

2.彈性驅動

3.氣壓驅動

4.溶解氣驅

5.重力驅驅動方式不是一成不變的，隨驅油能量來源的變化而變化。第二十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG27§1.2滲流過程中的力學分析及驅動類型ABC

重力水壓驅動彈性驅動氣壓驅動溶解氣驅第二十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG28§1.3滲流的基本規(guī)律和滲流方式一、達西定律

1.達西實驗及其結果1122abcdL達西實驗裝置圖●實驗目的●實驗裝置●實驗過程●實驗結果第二十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日實驗裝置水平放置巖層水平達西定律達西線性滲流定律達西公式第二十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG30§1.3滲流的基本規(guī)律和滲流方式2.達西定律的討論

(1)滲流速度與真實速度★滲流速度為假想速度，引入滲流速度給滲流規(guī)律的研究帶來了很大的方便，可利用連續(xù)函數(shù)理論研究滲流問題?！镎鎸嵥俣葘嶋H上是平均真實速度，常用于研究流體質點的運動規(guī)律，計算流體質點的排出時間?；虻谌摚参迨屙?，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG31§1.3滲流的基本規(guī)律和滲流方式(2)滲流阻力(3)達西定律的微分形式一維：三維：第三十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG32§1.3滲流的基本規(guī)律和滲流方式(4)達西定律的力學分析

作用圓柱體液體上的壓力為：

流體沿L方向以滲流時的摩擦力為：

流體本身重力在流動方向上的分力為：單元體受力圖第三十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG33§1.3滲流的基本規(guī)律和滲流方式

由受力平衡，且忽略慣性力的作用，則有：

整理，并令得：或：

對水平地層，有：第三十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG34§1.3滲流的基本規(guī)律和滲流方式◆達西定律是不考慮慣性阻力時的滲流定律；◆滲透率K是與巖石孔隙結構形式及大小有關的參數(shù)，是巖石本身的特性，而與通過的流體無關。其量綱為。達西定律的適用條件：﹡流體為牛頓流體；﹡流速在適當范圍內(nèi)，可不考慮慣性阻力；﹡不考慮其它物理化學作用。第三十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日摩擦力的推導：L單根毛管流速分布任一截面上微元體一、推導泊謖葉公式同心液筒圓柱面積作用于同一液筒上的驅動力：積分第三十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日二、由泊謖葉公式推導總摩擦力公式流過該毛管的流量為：積分對于任一半徑的毛管毛管中平均真實速度毛管截面積毛管不是等直徑，也非圓形，引入修正系數(shù)單根毛管粘滯阻力對于巖芯（毛管束），截面積為A，孔隙截面積為，則毛管根數(shù)為：，總的粘滯力令：第三十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG37§1.3滲流的基本規(guī)律和滲流方式二、滲流力學中常用物理量的單位（單位制）油氣層滲流力學中常用的單位制有：國際標準單位制（SI制)和達西混合單位制。如表所示。達西單位的物理意義：當液體粘度為1厘泊，壓降為1大氣壓下，流體流過截面積為1平方厘米，長度為1厘米的巖樣，其流量為1立方厘米每秒，那么，這個巖樣的滲透率就定為1達西。第三十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日單位制表參數(shù)名稱產(chǎn)量符號SI制SI制實用單位DC混合單位制面積滲透率長度壓縮系數(shù)時間厚度半徑粘度壓力密度，，，，，第三十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG39§1.3滲流的基本規(guī)律和滲流方式

本課程涉及大部分關系式中，各物理量的單位既可直接采用SI制下的基本單位，也可直接采用DC混合單位制下的基本單位，而無須對關系式進行變換；

當采用某一單位制時，計算關系式中各物理量就必須使用符合該單位制規(guī)定的單位。（達西混合單位制）（SI制）第三十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG40§1.3滲流的基本規(guī)律和滲流方式三、基本滲流方式（滲流形態(tài)）流線：在某一時刻t，經(jīng)過流動空間的許多點連接起來的一條光滑曲線，該曲線上各點的流速矢量與曲線相切。滲流方式單向流平面徑向流球面徑向流第四十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG41§1.3滲流的基本規(guī)律和滲流方式1.單向流

●流線是彼此平行的直線；

●滲流截面上，各點的流速相等；

●在液流方向上，滲流速度和壓力是一維坐標x的函數(shù)。巖芯平面等厚薄板模型第四十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG42§1.3滲流的基本規(guī)律和滲流方式2.平面徑向流

●各個平面上的滲流狀況相同；

●若是穩(wěn)定滲流，壓力和流速是極坐標r的函數(shù)。聚集發(fā)散

●流線是一組向一點聚集，或由一點向四周發(fā)散的直線；圓形等厚地層中間一口井滲流截面或第四十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG43§1.3滲流的基本規(guī)律和滲流方式3.球面徑向流●流體質點沿徑向向一點匯集，或由一點沿徑向向四周發(fā)散，流線為球的徑向線；●若是穩(wěn)定滲流，壓力和流速是坐標x、y、z的函數(shù)或空間極坐標的函數(shù)?；虻谒氖?，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG44§1.4非線性滲流規(guī)律一、產(chǎn)生非線性滲流的原因

非線性滲流：實驗發(fā)現(xiàn)，當滲流速度增加到一定程度后，滲流速度和壓力梯度之間不呈線性關系，達西定律被破壞，稱為非線性滲流。

孔道彎彎曲曲，滲流速度較高，產(chǎn)生的慣性力大到與粘滯阻力相比不可忽略的程度。原因氣井；裂縫性油井；砂巖油藏井底附近。第四十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG45§1.4非線性滲流規(guī)律二、判斷方法

采用管道水力學中判別層流和紊流的無量綱量——雷諾數(shù)來進行判別。

前蘇聯(lián)的卡佳霍夫提出的表達式是目前公認較為合理的雷諾數(shù)表達式：第四十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG46§1.4非線性滲流規(guī)律

滲流規(guī)律由線性轉化為非線性的雷諾數(shù)值稱為臨界雷諾數(shù)。粒間孔隙介質：=0.2～0.3

純裂縫介質：=300～500

大的洞穴（接近管流）：=2000～3000小數(shù)臨界雷諾數(shù)第四十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG47§1.4非線性滲流規(guī)律三、高速下非線性滲流規(guī)律

1.指數(shù)式

式中：——取決于流體和巖石性質的系數(shù)；

——滲流指數(shù)，實驗證明：線性區(qū)；線性關系破壞，為過渡區(qū)；滲流平方區(qū)。

2.兩項式

第一項反映的是粘滯阻力損耗；第二項反映的是慣性阻力損耗。第四十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

例1-2設有一下套管射孔完成井，液體僅能從直徑為0.5厘米的100個小孔流入井中，油層厚度為10米，折算自地下日產(chǎn)量為100立方米，井半徑=10厘米，地層滲透率K=1平方微米，孔隙度=0.2,原油粘度=3毫帕秒，原油密度0.80,試問：此時井底附近地層內(nèi)滲流是否服從達西定律。小孔直徑D，孔數(shù)n

解：流入小孔的滲流速度為：

則由雷諾數(shù)公式得井底附近地層內(nèi)滲流的雷諾數(shù)為：

故，井底附近的滲流不服從達西定律。第四十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG49§1.5流體低速下的滲流規(guī)律一、液體低速下的滲流規(guī)律存在不可忽略的固液相界面上的表面分子力作用，這種作用隨著流體質點與固液界面距離的加大而減弱，從而形成隨滲流速度（亦即壓力梯度）的改變而變化的流動孔隙度和流動滲透率，產(chǎn)生非線性滲流?！袷椭械谋砻婊钚晕镔|，如環(huán)烷酸、瀝青、膠質等，會吸附在巖石表面?！袼谡惩林袝r，水分子會進入粘土晶片，并在其表面形成水化膜。一般滲透率地層滲流曲線特征第四十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG50§1.5流體低速下的滲流規(guī)律

對于低滲透油氣層，與一般滲透率地層比較，在相同壓力梯度下，低滲透層中的滲流速度會大大減小。微細孔道固液界面分子力以及電荷作用的增強和滲流速度的減小會導致低滲油層中滲流附加阻力的相對增強。低滲巖芯中液體滲流曲線特征擬初始壓力梯度下臨界壓力梯度第五十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2023/6/1HX-CHENG51§1.5流體低速下的滲流規(guī)律▲低速非線性滲流的運動方程：有各種形式的非線性滲流運動方程