渗流力学-油气渗流

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1、一、油气储集层的分类和性质二、力学分析（质量力、粘滞力、弹性力、毛管力）三、相关压力（原始地层压力、折算压力、目前地层压力、供给压力、井底压力）M点所具有的总能量？ZPHPrp折算压力表示油层中各点流体所具有的总能量；P仅仅表示该点处压能的大小。油水界面 供给压力pe表示油藏存在稳定供给区时，在供给边缘上的压力 静压（或静止压力）-油气井关井后，液面恢复到稳定时所测得的井底压力（地层压力）井底压力-在井底油层中部测得的压力 油井生产时井底测量得到的压力，习惯上也称为该井的流压。油层能量边水压头气压驱动液体及岩石的弹性能溶解气的膨胀能原油本身的重力能油藏中的驱油能量和驱动方式压力边水压力注水压力

2、边水刚性水驱注水刚性水驱边水弹性水驱注入水弹性驱动弹性力气顶气弹性力溶解气弹性液体弹性岩石（颗粒）弹性气压驱动气压驱动溶解气驱溶解气驱弹性驱动（弹性水压驱动）弹性驱动（弹性水压驱动）质量力质量力重力势能重力势能惯性惯性重力驱动重力驱动液体渗流阻力液体渗流阻力驱动方式 水压驱动 弹性水压驱动 刚性水压驱动 气压驱动 溶解气驱动 水压混气驱 重力驱动油气渗流基本规律 3.1 渗流速度 3.2 线性渗流定律 3.3 线性渗流定律的适用范围3.1 渗流速度渗流微观环境多孔介质孔隙度、比面、渗透性和可压缩性 多孔介质的特征孔隙截面积很小孔道形状弯曲多变、不规则孔道中流体于固体接触面积大孔道表面粗造渗流的

3、基本特征流速低，渗流阻力大渗流速度与真实速度为了研究流体在多孔介质中的流动，我们考察多孔介质中法向为n的特征面元（An），实际上，流体只能通过这个区域中的空隙面积（Apn)而流动，被固体占据的那部分面积（Asn）上没有流体流动。但为了计算方便m，我们把单位时间内通过这个区域的流体体积记作为特征流量（Qn），定义渗流速度v为特征流量除以特征面元的商，即nnAQv 渗流速度v与流体实际质点速度u之间的关系。质点速度的法向分量在特征面元空隙部分（Apn)上的积分就是特征流量，即pnApnnndAuQpnApnnndAuAv1pnApnpnnpnndAuAAA1uuv真实速度与渗流速度之关系渗流速度与

4、真实速度 真实速度q:通过渗流过水断面的体积流量f:岩石过水断面上，各个孔隙通道截面积之和 渗流速度A:岩石的渗流过水断面面 真实速度与渗流速度之关系fqu/vu Aqv/表述流体流动的两种方式空间中任意一点上，在某一个特定的时刻各种物理量的变化情况，如压力、密度、速度和饱和度。任意一个流体质点的各个物理量（压力、密度、速度和饱和度）随时间的变化情况欧拉观点拉格朗日观点 固定空间点和固定流体质点是两个不同的概念。流体在多孔介质中运动时，一个固定空间点在不同时到是由不同的流体质点所占据的。反过来说，一个固定的流体质点在不同时刻位于不同的空间点。3.2 线性渗流定律LhhAKQ21流体通过砂柱横截

5、面的体积流量Q与横截面积A和水头差h1一h2成正比，而与砂柱长度L成反比渗滤系数gupZh22pZh)()(2211pZpZh 根据水力学原理，每个截面上单位质量流体的能量由压力能、势能和动能3部分组成，即：212211)()(ppLpZpZh把上式代入：LhhAKQ21LppKLppKAQV21211g实验表明，渗滤系数K与流体重率成正比，与流体粘度成反比用K作比例系数，即有：gKK 渗透率LpAKQLpAQK 对各种不同的单相牛顿流体通过多孔介质流动的研究表明：以上Darcy定律中的K只与多孔介质本身的结构特性有关，而与单相牛顿流体的特性无关。也就是说，用不同的单相牛顿流体通过同一多孔介质

6、流动时，Darcy定律中的K值保持不变，这个K就称为渗透率。也称为绝对渗透牢。这一结论只适用于牛顿流体，它对非牛顿流体是不适用的。几种表现形式：垂直流动：gLppKV21取坐标轴Z垂直向上，考虑到速度方向与Z轴方向相反zpLpp21LppKLppKAQV21211gKK 以微分形式表示，可以得到达西定律：gzpKV倾斜地层流动：LsingLpKVLzpKVr水平地层流动：LxpKVDarcy定律得推广几个概念：均质（均匀）：某一性质与其在介质中的位置无关各向同性：某一性质与其沿介质中的方向无关各向异性各向同性介质中单相流体渗流gpKV写成分量形式gzpKVypKVxpKVzyx均匀介质各向异性

7、介质中单相流体渗流zzzyzxyzyyyxxzxyxxKKKKKKKKKK 若将坐标轴方向取得与介质中某点渗透率张量的主方向一致，则该点渗透率张量矩阵可写成如下对角线形式：zzyyxxKKKK000000各向异性介质中单相流体渗流写成分量形式gzpKVypKVxpKVzzyyxx各向异性介质中单相流体渗流各向同性介质中两相流体渗流 设有两种不混溶的流体同时流过一个多孔介质，原来描写单相液体饱和多孔介质流动的Darcy定律，形式上推广为两种不混溶流体各自分别满足Darcy定律。将两种流体分别用下标1和2表示，若不计重力，则其方程组为xpKVxpKV22221111相渗透率KALpKALgLppQ

8、r21RUI驱油动力渗流阻力3.3 线性渗流定律的适用范围 问题的提出 低速渗流时（达西定律的适用下限）Inmay(1968)总结 液体的低速渗流时 存在的现象-启动压力梯度Vgradp引起存在启动压力梯度的原因 液体的非牛顿流变性 岩石表面的相互作用 岩石表面形成水化膜高速渗流时 现象 研究的问题 研究的思路和方法-借助于管流理论 研究的结果vgradp判断达西流与非达西流的方法 公式 判断方法3.02.0ekpR22321750LvpkkvRe服从达西定律过度流紊流不服从达西定律层流eR非线性渗流的数学描述 低速液流的非达西描述 用带启动压力梯度的非线性规律描述vgradpC与孔隙度和渗透

9、率有关)(0cgradpkvvcgradpcgradp用不同斜率的直线组合来描述渗流过程初始段用幂律关系来描述，后一段用直线关系描述gradpkvgradpkv21bgradpbgradp高速非达西流的数学描述 指数式描述 物理意义:n=1 达西流 n-1 过渡流 ;n 完全紊流平方区,惯性力成为主要作用力ndldpcv121 n二项式描述 描述的表达式 物理意义:2vvkuLp分段线性描述 分段线性 目的:为方便数学处理而提出来的一种近似方法vdp/dl气体的低速渗流 现象(滑脱效应）原因 气体在固体壁面上具有一定的非零速度 气体分子的平均自由程接近通道的大小时界面上的分子都将处于运动状态 Kp1Lppbukv1低速气流的非达西描述 Klinkenberg实验 数学描述vLppbgradpkv1四两相渗流的数学描述 现象：原因：毛管力的作用 贾敏效应 数学描述kkkkkk2121ccrpcos21121212rrppp两相渗流的数学描述gradpkvgradpkvooowww