油氣滲流的基本規(guī)律

油氣層滲流力學(xué)MechanicsoftheOilandGasFlowinPorousMedia第二章油氣滲流的基本規(guī)律

第一節(jié)油氣滲流的力學(xué)基礎(chǔ)

第二節(jié)油氣滲流的達(dá)西定律

第三節(jié)油氣滲流的非達(dá)西定律

第四節(jié)兩相滲流規(guī)律關(guān)鍵詞：受力、驅(qū)動方式、達(dá)西定律、毛管力、相滲曲線油氣層滲流力學(xué)MechanicsoftheOilandGasFlowinPorousMedia第二章油氣滲流的基本規(guī)律

第一節(jié)油氣滲流的力學(xué)基礎(chǔ)

第二節(jié)油氣滲流的達(dá)西定律

第三節(jié)油氣滲流的非達(dá)西定律

第四節(jié)兩相滲流規(guī)律關(guān)鍵詞：受力、驅(qū)動方式、達(dá)西定律、毛管力、相滲曲線第一節(jié)油氣滲流的力學(xué)基礎(chǔ)一、流體及多孔介質(zhì)的力學(xué)分析

流體受力（重力、慣性力、粘滯力、彈性力、毛細(xì)管力）→流動1、重力定義：地球?qū)α黧w的吸引力特性：動力或者阻力（厚油藏或傾斜油藏）舉例：A-阻力；B-動力AAB重力滲流方向B重力滲流方向A-阻力；B-動力第一節(jié)油氣滲流的力學(xué)基礎(chǔ)一、流體及多孔介質(zhì)的力學(xué)分析

流體受力（重力、慣性力、粘滯力、彈性力、毛細(xì)管力）→流動2、慣性力定義：由物體的慣性所表現(xiàn)出來的力特性：當(dāng)流體開始流動或流速發(fā)生改變（大小、方向），會產(chǎn)生慣性力；大小取決于質(zhì)量（密度）和加速度，是流體滲流的阻力舉例：起始流動阻力（慣性力是重要因素）第一節(jié)油氣滲流的力學(xué)基礎(chǔ)一、流體及多孔介質(zhì)的力學(xué)分析

流體受力（重力、慣性力、粘滯力、彈性力、毛細(xì)管力）→流動3、粘滯力定義：流動時，流體分子之間產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力特性：與粘度有關(guān)，是滲流的阻力舉例：稠油的驅(qū)替壓差較大，天然氣生產(chǎn)壓差小第一節(jié)油氣滲流的力學(xué)基礎(chǔ)一、流體及多孔介質(zhì)的力學(xué)分析

流體受力（重力、慣性力、粘滯力、彈性力、毛細(xì)管力）→流動4、彈性力定義：巖石、流體處于壓縮狀態(tài)，衰竭式開采時，儲層壓力下降，彈性力表現(xiàn)為彈性能的釋放，采用壓縮系數(shù)表征特性：壓力越大，彈性能聚集就越多，彈性力就越強(qiáng)，是滲流動力舉例：自噴井第一節(jié)油氣滲流的力學(xué)基礎(chǔ)一、流體及多孔介質(zhì)的力學(xué)分析

流體受力（重力、慣性力、粘滯力、彈性力、毛細(xì)管力）→流動5、毛細(xì)管力定義：毛管中兩相流體在流動時，相界面彎曲液面產(chǎn)生的附加力特性：與流體-介質(zhì)潤濕性有關(guān)，流動的阻力或動力毛細(xì)管力表現(xiàn)為動力毛細(xì)管力表現(xiàn)為阻力水濕油濕第一節(jié)油氣滲流的力學(xué)基礎(chǔ)二、驅(qū)動能量流體流動的驅(qū)動力1、天然能量（1）流體和巖石的彈性能（2）溶解于原油中的天然氣膨脹能（3）邊水和底水的壓能和彈性能（4）氣頂氣的膨脹能（5）重力能2、人工能量補(bǔ)充或驅(qū)替（1）注水（2）注氣第一節(jié)油氣滲流的力學(xué)基礎(chǔ)三、驅(qū)動方式主要驅(qū)動力決定了油藏的驅(qū)動方式1、水壓驅(qū)動方式（1）剛性水壓驅(qū)動開發(fā)過程中，水頭壓力或人工注水壓力維持不變（2）彈性水壓驅(qū)動開發(fā)過程中，水頭壓力或人工注水壓力發(fā)生變化定義：以與外界連通的水頭壓力或人工注水壓力作為主要驅(qū)動力的驅(qū)替方式第一節(jié)油氣滲流的力學(xué)基礎(chǔ)三、驅(qū)動方式主要驅(qū)動力決定了油藏的驅(qū)動方式2、彈性驅(qū)動方式以巖石及流體本身的彈性力作為主要驅(qū)動力的驅(qū)動方式水濕孔道，壓力下降

→

膨脹→出氣→

束縛水飽和度增加→出水第一節(jié)油氣滲流的力學(xué)基礎(chǔ)三、驅(qū)動方式主要驅(qū)動力決定了油藏的驅(qū)動方式3、溶解氣驅(qū)動以從石油中不斷分離出的溶解氣的彈性能作為主要驅(qū)動力的驅(qū)動方式第一節(jié)油氣滲流的力學(xué)基礎(chǔ)三、驅(qū)動方式主要驅(qū)動力決定了油藏的驅(qū)動方式4、氣頂氣壓驅(qū)動存在氣頂，且依靠氣頂氣的彈性力作為主要驅(qū)動力的驅(qū)油方式氣頂氣第一節(jié)油氣滲流的力學(xué)基礎(chǔ)三、驅(qū)動方式主要驅(qū)動力決定了油藏的驅(qū)動方式5、重力驅(qū)動以流體所受到的重力作為主要驅(qū)動力的驅(qū)油方式重力滲流方向重力滲流方向第一節(jié)油氣滲流的力學(xué)基礎(chǔ)三、驅(qū)動方式主要驅(qū)動力決定了油藏的驅(qū)動方式水壓驅(qū)動彈性驅(qū)動溶解氣驅(qū)動重力驅(qū)動氣頂氣壓驅(qū)動油氣藏的驅(qū)動方式是根據(jù)主要的驅(qū)動力命名，實際油氣藏的開采過程中，同時存在多種驅(qū)動力；在油氣藏的整個開發(fā)過程中，驅(qū)動方式并非一成不變，若主要驅(qū)動力改變，其驅(qū)動方式也隨之改變油氣層滲流力學(xué)MechanicsoftheOilandGasFlowinPorousMedia第二章油氣滲流的基本規(guī)律

第一節(jié)油氣滲流的力學(xué)基礎(chǔ)

第二節(jié)油氣滲流的達(dá)西定律

第三節(jié)油氣滲流的非達(dá)西定律

第四節(jié)兩相滲流規(guī)律關(guān)鍵詞：受力、驅(qū)動方式、達(dá)西定律、毛管力、相滲曲線1856年法國水利工程師Darcy在研究城市供水問題時，進(jìn)行了將水通過填滿砂粒管子的實驗，希望測得一定流量下所需要消耗的能量。實驗得到了水流速度與管子截面積、入口與出口壓頭差之間的關(guān)系式，該關(guān)系式描述的規(guī)律稱為達(dá)西定律達(dá)西定律廣泛應(yīng)用于油氣層滲流，是油氣滲流的基本規(guī)律第二節(jié)油氣滲流的達(dá)西定律一、概述第二節(jié)油氣滲流的達(dá)西定律一、概述實驗發(fā)現(xiàn)：流量q與管子截面積A、入口及出口壓頭H1-H2成正比，與填砂管長度ΔL成反比Ki—滲濾系數(shù)表征多孔介質(zhì)中液體的滲濾能力第二節(jié)油氣滲流的達(dá)西定律二、導(dǎo)出（管路水力學(xué)）1、任意過水?dāng)嗝娴目偰芰?/p>

=勢能+壓力能+動能Bernoulli方程位置水頭壓力水頭速度水頭總水頭第二節(jié)油氣滲流的達(dá)西定律二、導(dǎo)出（管路水力學(xué)）2、滲流具有流速小的特點，速度水頭可以忽略，則總水頭為：3、過水?dāng)嗝?、2的總水頭差第二節(jié)油氣滲流的達(dá)西定律二、導(dǎo)出（管路水力學(xué)）4、單位長度上的壓頭損失（水力坡度）5、因此，滲流速度的表達(dá)式實驗觀察得：上式為達(dá)西定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式滲流速度與水力坡度之間呈一次方關(guān)系達(dá)西定律又稱為線性滲流定律第二節(jié)油氣滲流的達(dá)西定律二、導(dǎo)出（管路水力學(xué)）6、滲濾系數(shù)Ki通過對不同流體的大量滲流實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)保持ΔH不變時，通過多孔介質(zhì)的流量與流體的粘度成反比。滲濾系數(shù)Ki定義為：7、達(dá)西（Darcy）方程水平放置，Z1=Z2，則：第二節(jié)油氣滲流的達(dá)西定律二、導(dǎo)出（管路水力學(xué)）8、達(dá)西方程的微分形式由于速度方向與壓力梯度方向相反，則達(dá)西方程表示為：vdP/dL

0式中（注意單位）：

v-滲流速度，cm/sK-滲透率，Dμ-流體粘度，cPdp/dL-壓力梯度，atm/cm第二節(jié)油氣滲流的達(dá)西定律二、導(dǎo)出（管路水力學(xué)）9、達(dá)西方程的矢量（方向）屬性（1）一維（2）三維（3）通式哈密爾頓算符第二節(jié)油氣滲流的達(dá)西定律三、Darcy定律的適用范圍vdp/dL

0線性滲流高速非線性滲流線性滲流vdp/dLP0線性滲流低速非線性滲流達(dá)西公式（線性滲流）1、滲流類型第二節(jié)油氣滲流的達(dá)西定律三、Darcy定律的適用范圍2、滲流類型的判斷（達(dá)西定律的適用范圍）簡化簡化實際儲層各處管徑不同、彎曲程度不同、連接方式不同（1）原理由于實際儲層的儲集和滲流空間可以簡化為一系列的變直徑、彎曲程度不同、連接方式各異的毛細(xì)管，因此滲流的力學(xué)規(guī)律與管流類似，可以采用管流中區(qū)分層流、紊流的方法來區(qū)分滲流的線性與非線性第二節(jié)油氣滲流的達(dá)西定律三、Darcy定律的適用范圍2、滲流類型的判斷（達(dá)西定律的適用范圍）用雷諾數(shù)Re值判別層流與紊流

Re>Rekp：紊流

Re<Rekp：層流通過實驗確定臨界雷諾數(shù)Rekp在lgλ~lgRe關(guān)系曲線上，由線性關(guān)系被破壞的點可得到Rekp。（2）管流中流態(tài)的判斷Rekp第二節(jié)油氣滲流的達(dá)西定律三、Darcy定律的適用范圍2、滲流類型的判斷（達(dá)西定律的適用范圍）（3）管流與滲流的流態(tài)判別參數(shù)管流雷諾數(shù)水力阻力系數(shù)滲流油氣層滲流力學(xué)MechanicsoftheOilandGasFlowinPorousMedia第二章油氣滲流的基本規(guī)律

第一節(jié)油氣滲流的力學(xué)基礎(chǔ)

第二節(jié)油氣滲流的達(dá)西定律

第三節(jié)油氣滲流的非達(dá)西定律

第四節(jié)兩相滲流規(guī)律關(guān)鍵詞：受力、驅(qū)動方式、達(dá)西定律、毛管力、相滲曲線第三節(jié)油氣滲流的非達(dá)西定律一、低速非達(dá)西滲流1、啟動壓力v0dp/dLλ石油中的氧化物（如環(huán)烷酸、瀝青膠質(zhì)、酚、酯等）會在巖石表面產(chǎn)生吸附層，從而降低巖石的滲透率。有的孔道必須有一個附加的壓力梯度克服吸附層的阻力才能開始流動。吸附層與滲流速度有關(guān)，滲流速度越大，吸附層被破壞越多，因此巖石的滲透率會隨滲流速度增大而恢復(fù)。

啟動壓力梯度第三節(jié)油氣滲流的非達(dá)西定律一、低速非達(dá)西滲流1、流體流動的啟動壓力v0dp/dLλ啟動壓力梯度描述方程（1）大于啟動壓力后，視滲透率將逐漸恢復(fù)（2）儲層擾動時，壓力梯度總是從無到有，從小達(dá)到，對動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響不容忽略，流體及巖石表面的物性分析非常關(guān)鍵第三節(jié)油氣滲流的非達(dá)西定律一、低速非達(dá)西滲流2、氣體滑脫效應(yīng)

氣測滲透率實驗發(fā)現(xiàn)：同一種氣體通過同一塊巖芯，所測得的滲透率將隨巖芯中平均壓力的下降而增大描述方程：（1）氣測視滲透率比絕對滲透率高，與液測低速滲流完全相反（2）氣測滲透率實驗，不僅要考慮壓差，還要充分考慮平均壓力液體層流近壁吸附薄膜不動氣體流動無吸附層無不動層滑脫第三節(jié)油氣滲流的非達(dá)西定律二、高速非達(dá)西滲流1、二項式方程

在驅(qū)替實驗中不斷增加壓差，計算

、Re，繪制雙對數(shù)坐標(biāo)曲線（1）實驗數(shù)據(jù)高速非線性滲流線性滲流第三節(jié)油氣滲流的非達(dá)西定律二、高速非達(dá)西滲流1、二項式方程（2）曲線特點（三段）低速：斜率-1的直線高速：水平直線中間段：過渡曲線層流區(qū)粘滯力紊流區(qū)慣性力過渡帶粘滯力+慣性力第三節(jié)油氣滲流的非達(dá)西定律二、高速非達(dá)西滲流1、二項式方程（3）物理意義全稱：非線性運動方程二項式表征：滲流過程中有慣性阻力出現(xiàn)時的力學(xué)規(guī)律物理意義：滲流阻力由兩部分組成①粘滯阻力：與流速一次方成正比，低速時以粘滯阻力為主②慣性阻力：與流速平方成正比，破壞了流速與壓力梯度的線性關(guān)系，高速時以慣性阻力為主第三節(jié)油氣滲流的非達(dá)西定律二、高速非達(dá)西滲流2、指數(shù)式方程C—滲流系數(shù)，與流體及多孔介質(zhì)有關(guān)n—滲流指數(shù)，實驗測試0.5~1（1）n=1：線性滲流區(qū)，只有粘滯阻力起作用（2）0.5<n<1：滲流過渡區(qū)，隨著n減小，慣性阻力的比例逐漸增大，粘滯阻力所占比例逐漸減少（3）n＝1/2：滲流平方區(qū)，以慣性阻力為主第三節(jié)油氣滲流的非達(dá)西定律二、高速非達(dá)西滲流3、高速非達(dá)西流二項式與指數(shù)式的對比具有明確的力學(xué)含義：滲流阻力由粘滯阻力和慣性阻力兩部分組成需要的參數(shù)較多，計算過程較復(fù)雜，擬合精度較差不具有明確的力學(xué)含義，是由實驗得出來的經(jīng)驗公式從數(shù)值特征上描述了滲流阻力隨速度的變化全過程，計算簡化，擬合精度高油氣層滲流力學(xué)MechanicsoftheOilandGasFlowinPorousMedia第二章油氣滲流的基本規(guī)律

第一節(jié)油氣滲流的力學(xué)基礎(chǔ)

第二節(jié)油氣滲