單向流和平面徑向流實(shí)驗(yàn)

1、中國(guó)石油大學(xué)滲流力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)日期： 2015.4.22 成績(jī)： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 教師： 同組者： 實(shí)驗(yàn)一 不可壓縮流體單向穩(wěn)定滲流實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、本實(shí)驗(yàn)采用的是變截面兩段均質(zhì)模型，通過實(shí)驗(yàn)觀察不同段的不同壓力降落情況。2、進(jìn)一步加深對(duì)達(dá)西定律的深入理解，并了解它的適用范圍及其局限性。二、實(shí)驗(yàn)原理一維單相滲流實(shí)驗(yàn)以穩(wěn)定滲流理論為基礎(chǔ)，采用變直徑填砂管模型，以流體在模型中的流動(dòng)模擬水平均質(zhì)地層中不可壓縮流體單向穩(wěn)定滲流過程。保持填砂管兩端恒定壓力，改變出口端流量，在穩(wěn)定條件下測(cè)量填砂管不同位置處的壓力值，可繪制壓力隨位置的變化曲線；根據(jù)一維單相穩(wěn)定滲流方程的解并計(jì)算兩段填砂管的滲透

2、率。三、實(shí)驗(yàn)流程圖1-1 一維單相穩(wěn)定滲流實(shí)驗(yàn)流程圖110測(cè)壓管 11供液閥 12供液筒 13溢流管 14供液控制閥15水平單向滲流管（粗）16支架17水平單向滲流管（細(xì)）18出口控制閥 19量筒四、實(shí)驗(yàn)步驟1、記錄滲流管長(zhǎng)度、滲流管直徑、測(cè)壓管間距等相關(guān)數(shù)據(jù)。2、關(guān)閉出口控制閥 “18”，打開供液閥“11”，打開管道泵電源，向供液筒注水。3、打開并調(diào)節(jié)供液控制閥“14”，使各測(cè)壓管液面與供液筒內(nèi)的液面保持在同一水平面上。4、稍微打開出口控制閥 “18”，待滲流穩(wěn)定后，記錄各測(cè)壓管的液面高度，用量筒、秒表測(cè)量滲流液體流量，重復(fù)三次。5、調(diào)節(jié)出口控制閥“18”，適當(dāng)放大流量，重復(fù)步驟4；測(cè)量不同

3、流量下各測(cè)壓管高度，共測(cè)三組流量。6、關(guān)閉出口控制閥“18”，關(guān)閉供液控制閥“14”，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。注：待學(xué)生全部完成實(shí)驗(yàn)后，先關(guān)閉管道泵電源，再關(guān)閉供液閥“11”。五、實(shí)驗(yàn)要求與數(shù)據(jù)處理1、實(shí)驗(yàn)要求（1）根據(jù)表1-1，記錄取全所需數(shù)據(jù)，計(jì)算三個(gè)不同流量下的測(cè)壓管水柱高度（舉例）。（2）繪制三個(gè)流量下，測(cè)壓管壓力與流動(dòng)距離的關(guān)系曲線，說明曲線斜率變化原因。 （3）繪制滲流截面不同的兩段地層流量與巖石兩端壓差的關(guān)系曲線，觀察線性或非線性流動(dòng)規(guī)律。（4）根據(jù)達(dá)西定律，分別計(jì)算兩段地層的平均滲透率。2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理測(cè)壓管壓力計(jì)算公式 （1-1）式中：測(cè)壓管中水柱高度對(duì)應(yīng)的壓力（表壓），Pa； 測(cè)壓管中水

4、柱高度，m； 水的密度，kg/m3； g重力加速度，g=9.8m/s2。地層中任一點(diǎn)的壓力 （1-2）滲透率公式為 （1-3）式中：滲流截面積，cm2；兩個(gè)橫截面之間距離，cm；入口端面壓力，10-1MPa；出口端面壓力，10-1MPa； 流體粘度，。3、單向流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表 實(shí)驗(yàn)儀器編號(hào)：?jiǎn)?井 表1-1 測(cè)壓管液面基準(zhǔn)讀數(shù)記錄表測(cè)壓管序號(hào)填砂管粗端填砂管細(xì)端12345678910測(cè)壓管基準(zhǔn)讀數(shù)cm1.11.11.10.31.11.11.40.81.00.6表1-2 測(cè)壓管液面讀數(shù)記錄表數(shù)據(jù)次數(shù)測(cè)壓管液面讀數(shù) cm體積cm3時(shí)間s流量cm3/s平均流量cm3/s填砂管粗端填砂管細(xì)端12345

5、678910178.177.377.676.777.279.379.269.757.039.220028.437.037.0420228.807.0120228.537.08271.971.371.370.771.273.772.757.236.312.820220.389.9110.0820620.1710.2120520.2710.11385.484.985.184.785.087.887.782.878.270.519868.292.912.9220470.222.9119165.152.93填砂管粗端直徑9.0cm，長(zhǎng)度52.3cm；填砂管細(xì)端直徑4.5cm，長(zhǎng)度50.8cm；填砂管粗

6、端截面積A163.617cm2，填砂管細(xì)端截面積A215.904cm2；填砂管上部接頭厚度3.0 cm，相鄰兩測(cè)壓管中心間距12.5cm；流體粘度1mPas。（2）計(jì)算流量及平均流量填入表中，如表1-2所示，得到表1-3。舉例如下：一流量下，1管水柱高度為：78.1+9.02+3-1.1=84.5cm； 二流量下，6管水柱高度為：73.7+4.52+3-1.1=77.9cm； 三流量下，10管水柱高度為：70.5+4.52+3-0.6=75.2cm。表1-3 流壓測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表序號(hào) 測(cè)壓管水柱高度，cm平均流量cm3/s12345678910184.583.784.083.983.683.58

7、3.174.261.343.97.04278.377.777.777.977.677.976.661.740.617.510.08391.891.391.591.991.492.091.687.382.575.22.92以流量一為例:流動(dòng)距離為0時(shí)，測(cè)壓管壓力為：10009.884.510-2=8281.0Pa，同理可得下表數(shù)據(jù)：測(cè)壓管壓力/Pa8281.08202.68232.08222.28192.88183.08143.87271.66007.44302.2流動(dòng)距離/cm012.52537.55062.57587.5100112.5根據(jù)上圖數(shù)據(jù)可得測(cè)壓管壓力與流動(dòng)距離的關(guān)系曲線圖，同理可

8、得其余兩個(gè)流量下的關(guān)系曲線，如下圖所示。斜率變化原因：流體隨著流入的距離的增大阻力也逐漸的變大，因此1-5號(hào)管和6-10管中的流體，由于流動(dòng)阻力的線性增加，致使流動(dòng)動(dòng)力也隨著線性減少，因此各段曲線的斜率幾乎不變化。而各個(gè)序號(hào)中5、6管則由于管徑的變化而使壓力發(fā)生變化，導(dǎo)致曲線斜率也發(fā)生突變。（3）取流量一、粗管為例進(jìn)行計(jì)算：同理可得其余各組數(shù)據(jù)填入表1-4中。表1-4 滲透率計(jì)算數(shù)據(jù)表 數(shù)序 號(hào) 據(jù)流量cm3/s10-1MPa10-1MPa滲透率 K1K2 17.046.8610-43.8810-28436.7149.2210.088.8210-45.9210-29395.5140.032.9

9、23.9210-41.6510-26123.9145.5由表1-4數(shù)據(jù)，繪制滲流截面不同的兩段地層流量與巖石兩端壓差的關(guān)系曲線，如下圖所示。由上圖可知，兩段地層流量與巖石兩端壓差基本成線性規(guī)律。（4）根據(jù)達(dá)西定律，分別計(jì)算兩段地層的平均滲透率。取流量一、粗管為例進(jìn)行計(jì)算：同理可得其余各組數(shù)據(jù)，如表1-4所示。則粗截面平均滲透率為：細(xì)截面平均滲透率為：六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步加深了我對(duì)達(dá)西定律的理解，并了解了它的適用范圍及其局限性。最后，感謝老師的悉心指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)二 不可壓縮流體平面徑向穩(wěn)定滲流實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、平面徑向滲流實(shí)驗(yàn)是達(dá)西定律在徑向滲流方式下的體現(xiàn)，通過本實(shí)驗(yàn)加深對(duì)達(dá)西定律的理解；

10、2、要求熟悉平面徑向滲流方式下的壓力降落規(guī)律，并深刻理解該滲流規(guī)律與單向滲流規(guī)律的不同，進(jìn)而對(duì)滲透率突變地層、非均質(zhì)地層等復(fù)雜情況下的滲流問題及其規(guī)律深入分析和理解。二、實(shí)驗(yàn)原理平面徑向滲流實(shí)驗(yàn)以穩(wěn)定滲流理論為基礎(chǔ)，采用圓形填砂模型，以流體在模型中的流動(dòng)模擬水平均質(zhì)地層中不可壓縮流體平面徑向穩(wěn)定滲流過程。保持填砂模型內(nèi)、外邊緣壓力恒定，改變出口端流量，在穩(wěn)定條件下測(cè)量填砂模型不同位置處的水頭高度，可繪制水頭高度或壓力隨位置的變化曲線(壓降漏斗曲線)；根據(jù)平面徑向穩(wěn)定滲流方程的解計(jì)算填砂模型的流動(dòng)系數(shù)及滲透率。三、實(shí)驗(yàn)流程實(shí)驗(yàn)流程見圖2-1，圓形填砂模型18上部均勻測(cè)壓管，供液筒內(nèi)通過溢流管保持

11、液面高度穩(wěn)定，以保持填砂模型外邊緣壓力穩(wěn)定。1測(cè)壓管（模擬井）；216測(cè)壓管（共16根）；18圓形邊界（填砂模型）；19排液管（生產(chǎn)井筒）；20量筒； 21進(jìn)水管線；22供液筒；23溢流管；24排水閥；25進(jìn)水閥；26供水閥。圖2-1 平面徑向流實(shí)驗(yàn)流程圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1、記錄填砂模型半徑、填砂模型厚度，模擬井半徑、測(cè)壓管間距等數(shù)據(jù)。2、打開供水閥“26”，打開管道泵電源，向供液筒注水，通過溢流管使供液筒內(nèi)液面保持恒定。3、關(guān)閉排水閥“24”，打開進(jìn)水閥“25”向填砂模型注水。4、當(dāng)液面平穩(wěn)后，打開排水閥“24”，控制一較小流量。5、待液面穩(wěn)定后，測(cè)試一段時(shí)間內(nèi)流入量筒的水量，重復(fù)三次。；6、記

12、錄液面穩(wěn)定時(shí)各測(cè)壓管內(nèi)水柱高度。7、調(diào)節(jié)排水閥，適當(dāng)放大流量，重復(fù)步驟5、6；在不同流量下測(cè)量流量及各測(cè)壓管高度，共測(cè)三組流量。8、關(guān)閉排水閥24、進(jìn)水閥25，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。注：待學(xué)生全部完成實(shí)驗(yàn)后，先關(guān)閉管道泵電源，再關(guān)閉供水閥26。五、實(shí)驗(yàn)要求及數(shù)據(jù)處理1、實(shí)驗(yàn)要求(1)將原始數(shù)據(jù)記錄于測(cè)試數(shù)據(jù)表中，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)將每組的3個(gè)流量求平均值，并計(jì)算測(cè)壓管高度；繪制三個(gè)流量下壓力隨位置的變化曲線（壓降漏斗曲線），說明曲線形狀及其原因。(2)根據(jù)平面徑向穩(wěn)定滲流方程，計(jì)算填砂模型平均滲透率、不同半徑范圍的滲透率，評(píng)價(jià)砂體的均勻性。(3)寫出填砂模型流量與總壓差的關(guān)系表達(dá)式，并繪出流量與總壓差的關(guān)系曲線

13、。2、數(shù)據(jù)處理流量與總壓差的關(guān)系表達(dá)式： （2-1）任意半徑范圍的滲透率計(jì)算公式： （2-2）式中：模型外邊緣壓力，10-1MPa； 模型出口端面壓力，10-1MPa；供給邊緣半徑，cm； 井筒半徑，cm；地層厚度，cm； 流體粘度，；、任意半徑、處的壓力，10-1MPa。3、平面徑向流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表實(shí)驗(yàn)設(shè)備編號(hào)：徑5井表2-1 測(cè)壓管液面基準(zhǔn)讀數(shù)記錄表 測(cè)壓管編號(hào)1234567891011121314151617測(cè)壓管基準(zhǔn)讀數(shù)，cm00.20.30.10.20.10.10.10.30.10.20.20.20.30.10.10.2表2-2 測(cè)壓管液面讀數(shù)記錄表序號(hào)測(cè)壓管液面讀數(shù)，cm體積cm3

14、時(shí)間s1234567891011121314151617162.868.568.568.468.568.768.968.668.968.968.968.769.069.269.169.169.320066.820568.219563.8230.355.655.855.555.556.356.756.356.556.956.856.757.158.158.057.958.222024.923526.323026.235.144.945.144.844.946.046.346.046.146.646.546.346.848.448.348.548.522018.0821517.9321517.15

15、填砂模型（內(nèi)）半徑18.0cm， 填砂厚度2.5cm， 中心孔（內(nèi)）半徑0.3cm， 相鄰兩測(cè)壓管中心間距4.44cm， 水的粘度1mPas。（1）取流量一下1管為例計(jì)算：測(cè)壓管水柱高度為：62.8-2.52-0=61.55，同理可得其余各組數(shù)據(jù)，填入表2-3中。表2-3 定壓邊界測(cè)試數(shù)據(jù)表序號(hào)測(cè)壓管水柱高度，cm流量cm3/s平均流量cm3/s1234567891011121314151617161.5567.2567.2567.1567.2567.4567.6567.3567.6567.6567.6567.4567.7567.9567.8567.8568.052.993.023.013.0

16、6229.0554.3554.5554.2554.2555.0555.4555.0555.2555.6555.5555.4555.8556.8556.7556.6556.958.848.858.948.7834.7543.6543.8543.5543.6544.7545.0544.7547.8548.3548.2548.0548.5548.1548.0548.2547.2512.1712.2412.0012.54Re=18.0cm； Rw=0.3cm； h=2.5cm；測(cè)壓管距中心：r1=4.44cm； r2=4.44cm；r3=4.44cm； 水的粘度=1。根據(jù)表2-3，由P=gh，計(jì)算得下

17、表。表2-4 流量一下壓力隨位置的變化數(shù)據(jù)表測(cè)壓管標(biāo)號(hào)1713951371115測(cè)壓管水柱高度/cm68.0567.7567.6567.2561.5567.2567.6567.6567.85流動(dòng)距離/cm-17.76-13.32-8.88-4.4404.448.8813.3217.76測(cè)壓管壓力/Pa6668.96639.56629.76590.56031.96590.56629.76629.76649.3同理可得其余兩個(gè)流量下的相關(guān)數(shù)據(jù)，繪制三個(gè)流量下壓力隨位置的變化曲線圖，如圖2-2所示。分析：由壓力公式 ，壓力是表示能量大小的物理量。由壓力分布可知，當(dāng)距離 r 成等比級(jí)數(shù)變化時(shí)，壓力 p 成等差級(jí)數(shù)變化。因此，壓 力在供給邊緣附近下降緩慢，而在井底附近變陡，說明液體從邊緣流到井底其能 量大部分消耗在井底附近。這是因?yàn)槠矫鎻较驖B流時(shí)，從邊緣到井底滲流斷面逐漸減小。由于穩(wěn)定滲流時(shí)從邊緣到井底各斷面通過的流量相等，所以斷面越小滲 流速度越大，滲流阻力越大，因此能量大部分消耗在井底附近，所以曲線大體呈 中間低,周圍高的漏斗形狀。（2）r1=4.44cm時(shí)，則平均滲透率為：同理可以求出r1=8.88cm,13.32cm,17.76cm時(shí)的滲透率，如表2-5所示。表