滲流力學(xué)--油氣滲流教學(xué)內(nèi)容

1、滲流力學(xué)-油氣滲流 供給壓力pe表示油藏存在穩(wěn)定供給區(qū)時(shí)，在供給邊緣上的壓力 靜壓（或靜止壓力）-油氣井關(guān)井后，液面恢復(fù)到穩(wěn)定時(shí)所測(cè)得的井底壓力（地層壓力） 井底壓力-在井底油層中部測(cè)得的壓力 油井生產(chǎn)時(shí)井底測(cè)量得到的壓力，習(xí)慣上也稱為該井的流壓。油層能量邊水壓頭氣壓驅(qū)動(dòng)液體及巖石的彈性能溶解氣的膨脹能原油本身的重力能油藏中的驅(qū)油能量和驅(qū)動(dòng)方式壓力邊水壓力注水壓力邊水剛性水驅(qū)注水剛性水驅(qū)邊水彈性水驅(qū)注入水彈性驅(qū)動(dòng)彈性力氣頂氣彈性力溶解氣彈性液體彈性巖石（顆粒）彈性氣壓驅(qū)動(dòng)氣壓驅(qū)動(dòng)溶解氣驅(qū)溶解氣驅(qū)彈性驅(qū)動(dòng)（彈性水壓驅(qū)動(dòng)）彈性驅(qū)動(dòng)（彈性水壓驅(qū)動(dòng)）質(zhì)量力質(zhì)量力重力勢(shì)能重力勢(shì)能慣性慣性重力驅(qū)動(dòng)重力驅(qū)動(dòng)

2、液體滲流阻力液體滲流阻力驅(qū)動(dòng)方式 水壓驅(qū)動(dòng) 彈性水壓驅(qū)動(dòng) 剛性水壓驅(qū)動(dòng) 氣壓驅(qū)動(dòng) 溶解氣驅(qū)動(dòng) 水壓混氣驅(qū) 重力驅(qū)動(dòng)油氣滲流基本規(guī)律 3.1 滲流速度 3.2 線性滲流定律 3.3 線性滲流定律的適用范圍3.1 滲流速度滲流微觀環(huán)境多孔介質(zhì)孔隙度、比面、滲透性和可壓縮性 多孔介質(zhì)的特征孔隙截面積很小孔道形狀彎曲多變、不規(guī)則孔道中流體于固體接觸面積大孔道表面粗造滲流的基本特征流速低，滲流阻力大滲流速度與真實(shí)速度為了研究流體在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)，我們考察多孔介質(zhì)中法向?yàn)閚的特征面元（An），實(shí)際上，流體只能通過(guò)這個(gè)區(qū)域中的空隙面積（Apn)而流動(dòng)，被固體占據(jù)的那部分面積（Asn）上沒(méi)有流體流動(dòng)。但為了

3、計(jì)算方便m，我們把單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)這個(gè)區(qū)域的流體體積記作為特征流量（Qn），定義滲流速度v為特征流量除以特征面元的商，即nnAQv 滲流速度v與流體實(shí)際質(zhì)點(diǎn)速度u之間的關(guān)系。質(zhì)點(diǎn)速度的法向分量在特征面元空隙部分（Apn) 上的積分就是特征流量，即pnApnnndAuQpnApnnndAuAv1pnApnpnnpnndAuAAA1uuv真實(shí)速度與滲流速度之關(guān)系滲流速度與真實(shí)速度 真實(shí)速度q:通過(guò)滲流過(guò)水?dāng)嗝娴捏w積流量f:巖石過(guò)水?dāng)嗝嫔?，各個(gè)孔隙通道截面積之和 滲流速度A:巖石的滲流過(guò)水?dāng)嗝婷?真實(shí)速度與滲流速度之關(guān)系fqu/vu Aqv/表述流體流動(dòng)的兩種方式空間中任意一點(diǎn)上，在某一個(gè)特定的時(shí)刻各

4、種物理量的變化情況，如壓力、密度、速度和飽和度。任意一個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)的各個(gè)物理量（壓力、密度、速度和飽和度）隨時(shí)間的變化情況歐拉觀點(diǎn)拉格朗日觀點(diǎn) 固定空間點(diǎn)和固定流體質(zhì)點(diǎn)是兩個(gè)不同的概念。流體在多孔介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，一個(gè)固定空間點(diǎn)在不同時(shí)到是由不同的流體質(zhì)點(diǎn)所占據(jù)的。反過(guò)來(lái)說(shuō)，一個(gè)固定的流體質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻位于不同的空間點(diǎn)。3.2 線性滲流定律LhhAKQ21流體通過(guò)砂柱橫截面的體積流量Q與橫截面積A和水頭差h1一h2成正比，而與砂柱長(zhǎng)度L成反比滲濾系數(shù)gupZh22pZh)()(2211pZpZh 根據(jù)水力學(xué)原理，每個(gè)截面上單位質(zhì)量流體的能量由壓力能、勢(shì)能和動(dòng)能3部分組成，即：212211)()(pp

5、LpZpZh把上式代入：LhhAKQ21LppKLppKAQV21211g實(shí)驗(yàn)表明，滲濾系數(shù)K與流體重率成正比，與流體粘度成反比用K作比例系數(shù)，即有：gKK 滲透率LpAKQLpAQK 對(duì)各種不同的單相牛頓流體通過(guò)多孔介質(zhì)流動(dòng)的研究表明：以上Darcy定律中的K只與多孔介質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)特性有關(guān)，而與單相牛頓流體的特性無(wú)關(guān)。也就是說(shuō)，用不同的單相牛頓流體通過(guò)同一多孔介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，Darcy定律中的K值保持不變，這個(gè)K就稱為滲透率。也稱為絕對(duì)滲透牢。這一結(jié)論只適用于牛頓流體，它對(duì)非牛頓流體是不適用的。幾種表現(xiàn)形式：垂直流動(dòng)：gLppKV21取坐標(biāo)軸Z垂直向上，考慮到速度方向與Z軸方向相反zpLpp21

6、LppKLppKAQV21211gKK 以微分形式表示，可以得到達(dá)西定律：gzpKV傾斜地層流動(dòng)：LsingLpKVLzpKVr水平地層流動(dòng)：LxpKVDarcy定律得推廣幾個(gè)概念： 均質(zhì)（均勻）：某一性質(zhì)與其在介質(zhì)中的位置無(wú)關(guān)各向同性：某一性質(zhì)與其沿介質(zhì)中的方向無(wú)關(guān)各向異性各向同性介質(zhì)中單相流體滲流gpKV寫成分量形式gzpKVypKVxpKVzyx均勻介質(zhì)各向異性介質(zhì)中單相流體滲流zzzyzxyzyyyxxzxyxxKKKKKKKKKK 若將坐標(biāo)軸方向取得與介質(zhì)中某點(diǎn)滲透率張量的主方向一致，則該點(diǎn)滲透率張量矩陣可寫成如下對(duì)角線形式： zzyyxxKKKK000000各向異性介質(zhì)中單相流體滲

7、流寫成分量形式gzpKVypKVxpKVzzyyxx各向異性介質(zhì)中單相流體滲流各向同性介質(zhì)中兩相流體滲流 設(shè)有兩種不混溶的流體同時(shí)流過(guò)一個(gè)多孔介質(zhì)，原來(lái)描寫單相液體飽和多孔介質(zhì)流動(dòng)的Darcy定律，形式上推廣為兩種不混溶流體各自分別滿足Darcy定律。將兩種流體分別用下標(biāo)1和2表示，若不計(jì)重力，則其方程組為xpKVxpKV22221111相滲透率KALpKALgLppQr21RUI驅(qū)油動(dòng)力滲流阻力3.3 線性滲流定律的適用范圍 問(wèn)題的提出 低速滲流時(shí)（達(dá)西定律的適用下限） Inmay(1968)總結(jié) 液體的低速滲流時(shí) 存在的現(xiàn)象-啟動(dòng)壓力梯度Vgradp引起存在啟動(dòng)壓力梯度的原因 液體的非牛頓

8、流變性 巖石表面的相互作用 巖石表面形成水化膜高速滲流時(shí) 現(xiàn)象 研究的問(wèn)題 研究的思路和方法-借助于管流理論 研究的結(jié)果vgradp判斷達(dá)西流與非達(dá)西流的方法 公式 判斷方法3 . 02 . 0ekpR22321750LvpkkvRe服從達(dá)西定律過(guò)度流紊流不服從達(dá)西定律層流eR非線性滲流的數(shù)學(xué)描述 低速液流的非達(dá)西描述 用帶啟動(dòng)壓力梯度的非線性規(guī)律描述vgradpC與孔隙度和滲透率有關(guān))(0cgradpkvvcgradpcgradp用不同斜率的直線組合來(lái)描述滲流過(guò)程初始段用冪律關(guān)系來(lái)描述，后一段用直線關(guān)系描述gradpkvgradpkv21bgradpbgradp高速非達(dá)西流的數(shù)學(xué)描述 指數(shù)式描述 物理意義 : n=1 達(dá)西流 n =0.5-1 過(guò)渡流 ; n =0.5 完全紊流平方區(qū),慣性力成為主要作用力ndldpcv121 n二項(xiàng)式描述 描述的表達(dá)式 物理意義:2vvkuLp分段線性描述 分段線性 目的:為方便數(shù)學(xué)處理而提出來(lái)的一種近似方法vdp/dl氣體的低速滲流 現(xiàn)象(滑脫效應(yīng)） 原因 氣體在固體壁面上具有一定的非零速度 氣體分子的平均自由程接近通道的大小時(shí)界面上的分子都將處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài) Kp1Lppbukv1低速氣流的非達(dá)西描述 Klinkenberg實(shí)驗(yàn) 數(shù)學(xué)描述vLppbgradpkv1四兩相滲流的數(shù)學(xué)描述 現(xiàn)象： 原因： 毛管力的作用