第一章 滲流的基本概念和基本規(guī)律

1、第一章 滲流的基本概念和基本規(guī)律 內(nèi)容概要： 油氣滲流是在地下油層中進(jìn)行的，因此學(xué)習(xí)滲流力學(xué)首先需了解油氣儲集層和多孔介質(zhì)的概念；流體在地下滲流需要里的作用，故還要了解流體受到哪些力的作用、地層中有哪些能量；然后學(xué)習(xí)滲流的基本規(guī)律-達(dá)西定律；流體滲流不總是遵循達(dá)西定律，就有了非達(dá)西滲流或稱非線性滲流；對于地層中有多相流體同時參與流動的情況就是兩相或多相滲流了，在本章也做一簡單介紹。 非線性滲流及兩相滲流規(guī)律內(nèi)容概要：在大多數(shù)情況下，滲流是服從達(dá)西線性滲流定律的，但當(dāng)流動壓差繼續(xù)增大，與就會偏離直線關(guān)系，而出現(xiàn)曲線段，這就是非線性滲流，它是達(dá)西定律的上限，而在低速滲流的條件下，由于吸附等物理化學(xué)

2、現(xiàn)象的作用，也會出現(xiàn)非線性滲流的情況，這是達(dá)西定律的下限。本節(jié)將介紹這兩種偏離線性滲流的線性分析其原因及其描述形式；在多孔介質(zhì)中存在2相多相流體同時流動的情況就是兩相滲流或多相滲流，本節(jié)還將簡要介紹兩相滲流規(guī)律。課程講解：講解ppt教材自學(xué)：第四節(jié) 非線性滲流規(guī)律本節(jié)導(dǎo)學(xué) 流體滲流不總是遵循達(dá)西定律，就有了非達(dá)西滲流或稱非線性滲流；本節(jié)簡要介紹非線性滲流的基本規(guī)律。本節(jié)重點1、非線性滲流的概念2、判斷標(biāo)準(zhǔn) 3、非達(dá)西滲流的表達(dá)形式 線性,達(dá)西定律適用非線性達(dá)西定律不適用QPr一、非線性滲流的概念當(dāng)壓差不斷增大時，Q與P就會偏離線性關(guān)系，此時的滲流稱為非線性滲流或非達(dá)西滲流。滲流分為三個區(qū)域：層

3、流區(qū)：低速，粘滯力占優(yōu)勢，達(dá)西定律適用。過渡區(qū)：流速增加，粘滯力變小，慣性力增加，非線性層流,達(dá)西定律不適用。 湍流(紊流)區(qū)：高速，慣性力占優(yōu)勢，達(dá)西定律不適用。 Q與P的關(guān)系曲線二、判斷標(biāo)準(zhǔn)常用滲流雷諾數(shù)來判斷滲流是線性還是非線性滲流。如前蘇聯(lián)的卡佳霍夫公式： 雷諾數(shù)，其臨界值為0.20.3；.V滲流速度，cm/s；K滲透率，m2；粘度，mPa·s；流體密度，g/cm3； ø孔隙度，分?jǐn)?shù) 當(dāng)(0.2 0.3)時，滲流服從達(dá)西定律；當(dāng)>(0.20.3)時，滲流不服從達(dá)西定律，出現(xiàn)非線性滲流。 三、非達(dá)西滲流的表達(dá)形式指數(shù)式 C與巖石和流體性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)。 n為滲流指

4、數(shù)，其值在10.5之間，n=1時為達(dá)西滲流。二項式 A、B是與巖石和滲流性質(zhì)有關(guān)的系數(shù) 其中Av表示由粘滯力引起的壓力損失，流速小時占優(yōu)勢 ，Bv2表示慣性力引起的壓力損失，流速大時占優(yōu)勢 ，流速小可忽略為線性流。第五節(jié) 在低速下的滲流規(guī)律本節(jié)導(dǎo)學(xué) 非線性滲流是達(dá)西定律應(yīng)用的上限，即與高速滲流中顯示出的慣性力有關(guān)的偏差。達(dá)西定律應(yīng)用的下限：當(dāng)滲流速度相當(dāng)?shù)蜁r，由液體的非牛頓流變學(xué)特性以及液體與孔隙介質(zhì)的固體格架相互作用而產(chǎn)生的偏差。流體在低速下滲流時，也不遵循達(dá)西定律，有它們自己的特點，本節(jié)將介紹液體、氣體在低速滲流時的基本規(guī)律。本節(jié)重點1、吸附現(xiàn)象與水化膜對滲流的影響 2、具有物理化學(xué)作用的

5、滲流的運動方程 3、氣體在低速下的滲流 4、滑脫效應(yīng)非牛頓流體：粘度隨剪切速度增加而改變，不符合牛頓內(nèi)摩擦定律。如：粘彈性、擬塑型、賓漢型流體。液體與骨架的相互作用：活性物質(zhì)(酸、酚、酯等)與巖石之間產(chǎn)生吸附作用，水被粘土中的極性分子吸引形成水化膜。這時對滲流都有影響，降低了滲透率，并只有附加一個壓力梯度時，液體才能流動。一、液體在低速下的滲流1.吸附現(xiàn)象與水化膜對滲流的影響原油中含有氧化物、酚、酯等，多為表面活性劑。隨原油流動時會吸附在巖石表面，降低巖石滲透率。只有當(dāng)一個附加的壓力梯度克服吸附層阻力后，流體才能流動；吸附層和滲流速度有關(guān)，滲流速度越大吸附層被破壞越大，滲透率恢復(fù)越多。粘土中的

6、晶片,具有吸引水中的極性分子的能力，水在其中滲流時，會形成水化膜，雖膜的厚度很小，但巖石的比面大，會把水束縛住，只有附加一壓力梯度，使水化膜破壞后才開始流動。2.具有物理化學(xué)作用的滲流的運動方程 一常數(shù)，具有壓力梯度的因次，由實驗確定。 與達(dá)西定律相對比K 被函數(shù)代替，稱為視滲透率。它小于絕對滲透率，說明液體的吸附作用或粘土對水分子的吸附作用使?jié)B透率降低了。v與gradP在直角坐標(biāo)系中為一條不通過原點的直線。只有當(dāng)壓力梯度大于起始壓力梯度時，液體才能運動。在gradP時，液體不運動且速度v=0，起始壓力梯度就是破壞水化膜必須附加的外力。 速度與壓力梯度關(guān)系圖將上式改寫為：驅(qū)動力=粘滯阻力+水化

7、膜或吸附層阻力。二、氣體在低速下的滲流 氣體在低速下的滲流時,視滲透率會增加,即為“滑脫效應(yīng)”。運動方程-平均壓力,它等于兩端壓力的平均值；b-常數(shù)(稱克林伯格常數(shù)),對一定的氣固系統(tǒng)為一固定值。滲透率K的位置上為函數(shù) 所取代，因而視滲透率K( )要比絕對滲透率高。 上式改寫為：驅(qū)動力增加了一項附加的滑脫動力，而滲流阻力仍是粘滯阻力。實驗表明：同一種氣體在同一塊巖心中，在不同壓力差下，測得的滲透率是變化，滲透率與平均壓力的倒數(shù)成線性關(guān)系原因是因為液體層流時，由于潤濕性，使孔隙處v=0具有粘滯阻力，而氣體滲流時沒有v=0的薄層，所有氣體同一流速，形成“氣體滑脫效應(yīng)”，好象同一壓差下，氣體滲透率比

8、液體高。由分子熱運動,當(dāng)壓力低時，分子自由度大，分子擴(kuò)散的范圍較大，分子可以不受碰撞而自由運動，有更多的氣體分子附加到通過多孔介質(zhì)的氣 體總量中去，好象增加了氣體的滲透率。 氣測K關(guān)系曲線第六節(jié) 兩相滲流規(guī)律本節(jié)導(dǎo)學(xué) 對于地層中有多相流體同時參與流動的情況就是兩相或多相滲流了，本節(jié)介紹兩相滲流的基本規(guī)律。本節(jié)重點1、兩相滲流時的附加阻力2、毛管力對兩相滲流的影響兩相滲流時，滲流阻力明顯增加，因為對其中一相來說，另一相可以看成巖石骨架的增加，但實驗表明單相滲透率之和小于絕對滲透率，K1+K2<K；故兩相滲流時，不能只看成粘滯阻力的增加，而且還有新的阻力產(chǎn)生。毛管力賈敏效應(yīng)產(chǎn)生的阻力 毛管壓

9、力圖珠泡在孔隙喉道處遇阻變形示意圖1KrofwKrwSw其它附加阻力，克服油滴在巖石表面上的附著力。結(jié)論：兩相滲流的基本特點是阻力規(guī)律中毛管力不可忽略。毛管力的影響主要是通過滲透率與飽和度的關(guān)系來體現(xiàn)。相對滲透率與飽和度圖例題分析：1、管狀地層模型中通過的流量為12cm3/min，模型直徑為2cm，實驗液體粘度為9，密度為0.85，模型孔隙度0.2，滲透率1。該滲流是否破壞了線性關(guān)系？解：雷諾數(shù) 所以該滲流沒有破壞線性關(guān)系。內(nèi)容小結(jié)： 在滲流速度過大或過小時都會出現(xiàn)非線性滲流，滲流速度過大時是慣性力占主要地位，且不能忽略，過小時原因則是吸附膜和水化膜、氣體的滑脫效應(yīng)影響滲流的線性關(guān)系，它們的機(jī)理不同，描述方式也不同，但都造成了非線性滲流。兩相