渗流的基本概念和基本规律

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1、第一章 渗流的基本概念和基本规律内容概要：油气渗流是在地下油层中进行的，因此学习渗流力学首先需了解油气储集层 和多孔介质的概念；流体在地下渗流需要里的作用，故还要了解流体受到哪些力 的作用、地层中有哪些能量；然后学习渗流的基本规律-达西定律；流体渗流不 总是遵循达西定律，就有了非达西渗流或称非线性渗流；对于地层中有多相流体 同时参与流动的情况就是两相或多相渗流了，在本章也做一简单介绍。第一节 油气储集层及渗流过程中的力学分析内容概要：油气渗流是在地下油层中进行的，因此学习渗流力学首先需了解油气储集层和多孔介 质的概念；掌握他们的特点。流体在地下渗流需要力的作用，本节应掌握流体受到哪些力的 作用

2、，其中哪些是动力、哪些是阻力；地层中有哪些能量为地层流体流入井底提供动力，理 解油藏的驱动方式，了解各种驱动方式下油藏的生产特点。课程讲解：讲解ppt教材自学：油气储集层本节导学 油气渗流是在地下油层中进行的，因此学习渗流力学首先需了解油气储集层和多孔介质 的概念；掌握他们的特点。本节重点1、油气层的概念2、油气层的分类和特点3、多孔介质的概念4、多孔介质的表征参数、油气层的概念油气层是油气储集的场所和流动空间，在其中油气水构成一个统一的水动力学系统，包 括含油区、含水区、含气区及它们的过渡带。在一个地质构造中流体是相互制约、相互作用的，每一局部地区的变化都会影响到整体。 可分为：层状和块状1

3、. 层状油藏往往存在于海相沉积和内陆盆地沉积中，厚度较小，分布面积大、多油层、多旋回。 水动力特点：流动只在平面进行，忽略垂向上流体的运动和物质交换。 按边界类型可分为：封闭边界油藏： 边界为断层或尖灭，没有边水供给特点：边界压力保持不变。 特点：边界无流体通过边界2. 块状油藏主要为灰岩和白云岩类储集层特点：面积小、厚度大、为三维流动。纵向分区：纯油区(有滞留水)、过渡区及纯水区、多孔介质多孔介质是渗流的基本条件之一，多孔介质具有以下特点：1. 孔隙性储层岩石具有孔隙性，并被流体所充满，孔隙性大小用孔隙度表示0 a绝对孔隙度；0 有效孔隙度；V岩石视体积；V岩石总孔隙体积；V岩石有效孔隙体积

4、。t02. 渗透性多孔介质让流体通过的性质，叫渗透性。渗透性的大小用渗透率表示。(1) 绝对渗透率K:岩石孔隙中液体为一相时，岩石允许流体通过的能力。绝对渗透 率只与岩石本身性质有关。(2) 有效渗透率Ko、Kw、Kg：岩石中同时有两种或以上的流体流动，则岩石对其中一 相的通过能力。是饱和度的函数。(3) 相对渗透率 Krw、 Kro 、 Krg ：多相同时流动时，相渗透率与绝对渗透率的比值。3. 大的比面多孔介质比面很大，使得流体流动时粘滞阻力很大。多孔介质的分类：( 1)单纯介质：由孔隙或纯裂缝组成，渗流形式简单。( 2)双重介质：由孔隙和裂缝或孔隙和溶洞构成。( 3 )复合( 三重) 介

5、质：由孔隙、裂缝和溶洞构成。渗流过程中的力学分析及驱动类型本节导学流体在地下渗流需要力的作用，因此需要了解流体受到哪些力的作用，其中哪些是动力、 哪些是阻力；地层中有哪些能量为地层流体流入井底提供动力，这是本节应该明确的问题。本节重点1、流体渗流过程中的力学分析2、地层压3、原始地层压力4、目前地层压力5、供给压6、井底压7、折算压8、驱动类型及生产特点一、力学分析油、气、水在岩石中流动，必须要有力的作用1. 流体的重力和重力势能流体由地球吸引受重力，和其相对位置联系起来，则表现为重力势能，用压力表示：P = P gzZ其中，Pz表示重力势能的压力，Pa；P一流体密度，g/cm3；z一相对位置

6、高差，m； g重力加速度，m/s2。流体重力势能图2流体的质量和惯性力流体由于具有质量，因此也具有惯性；当流体运动时，惯性使其总要维持原状，因而惯 性力在渗流过程中多表现为阻力。由于渗流时渗流速度通常很小，常忽略惯性力。 3流体的粘度及粘滞力流体:任何切应力存在都能引起连续变形的物质粘滞性:流体阻止任何变形的性质，表现为流体运动时受到粘滞阻力，克服粘滞阻力是 渗流时主要的能量消耗，其大小用牛顿内摩擦定律表示：A一两流层的接触面积，m2；F = _ a dvdv/dy沿流层法线方向的流速梯度，m/（sm）；dyF内摩擦力（粘滞力），N；“一粘滞系数（又称绝对粘度），Pas。粘度单位通常用mPas

7、表示：lPas=103mPas粘度单位以g / （cmS）表示时称为“泊”：1泊=100厘泊（cP）cP与mPas的换算关系为：1mPas=lcP在渗流中，粘滞力为阻力，且动力消耗主要用于渗流时克服流体粘滞阻力。4岩石及流体的压缩性和弹性力物体在外力作用下要发生弹性变形,当外力去掉后，它又能恢复原来的形状和体积，这 种性质叫压缩性，所具有能力的大小叫弹性能，它是石油开采的一种重要能量。在油气开采前，油层内岩石和流体处于均衡受压状态，投产后，油气层压力下降，流体 承受的上覆岩柱压力部分转嫁给油层岩石骨架，迫使岩石颗粒变形，排列更紧密，导致岩层 孔隙体积减少，将压缩孔隙中的流体使之产生弹性力，驱使

8、流体向压力较低的方向运动；同 时压力降低流体体积膨胀，产生弹性力，推动流体流入井底。岩石的压缩性常用压缩系数表示：AV 1V apA Vf孔隙体积的变化量;Vf岩石的外表体积；Cf岩石的压缩系数，单位为(l/10-iMPa),它表示 油层压力每降低10-iMPa时，单位体积岩石中孔 隙体积的缩小值。液体的压缩系数:VL液体的绝对体积；iLVAPL VL压力改变厶P时，流体体积相应的变化量；CL液体的弹性压缩系数，表示压力改变10-iMPa时，单 位液体体积的改变量，单位为(l/10-iMPa)。式中负 号表示液体体积变化方向与压力变化方向相反。5毛管力油气层由无数个微小的毛细管连接组成，在毛细

9、管内两相液体界面间会产生压力跃变 ，这个压力的跳跃就称为毛管压力，它的大小取决于分界面的弯曲率(曲度)。 毛管力与流体性质和曲率之间的关系，用拉普拉斯方程来表示:(1 1 )+IR R2 /R、R2分界面曲率主半径;c 液液界面的表面张力。Pc毛管力毛管力既可表现为渗流动力，也可表现为渗流阻力。在驱替压力不大时，若油藏岩石亲 水，则水驱油时毛管力为动力；若油藏岩石亲油，则水驱油时毛管力为阻力。压力梯度曲线1地层压力、原始地层压力、目前地层压力地层内部多孔介质中流体所承受的压力，是标量，其大小表明了地层内部潜在能量的大 小。油藏开发前流体所受的压力。实测的原始地层 压力一般是在油田所钻的第一批探

10、井中测得。油藏投入开发以后，可根据压力梯度曲线上推 算其原始地层压力。P=a 十 bH开发过程中油藏流体所承受的压力为目前地层压力2供给压力 Pe油藏中存在液源供给区时，在供给边缘上的压力。在人工注水条件下，水井井底压力即 为供给压力。3井底压力 Pw油井正常生产时，在生产井井底所测得的压力称为井底压力，也称为流动压力，简称流压。 4折算压力 Pr 油藏在开发前，油藏各点流体所具有的总能量相等。 油藏中 M 点单位质量液体所具有的能量用水头高度表示：zM点标高 H二z + 二 + 21PM点的实测压力值p g 2gp油层条件下液体密度VM点液体的流速 液体在油层中渗流时，在孔隙中的流动速度很小

11、，v2可忽略。 上式用压力形式表示为：P = p gH = P + p gzrp 称为折算压力，它表示油层中各点流体所具有的总能量。r油藏在未开发前，处于静止状态，各点总能量相等。设Ml, M2, M3为油藏中不同的 点：八、这时有P + p gz = P + p gz = P + p gz =112233只有在各点标高相等时，即zl=z2=z3=时，这些点的实测压力才相等。一般习惯上把原始油水界面选为计算折算压力的基准面。三、驱动类型当油井投入生产后，石油就会从油层中流到井底，天然条件下油藏内部潜在的能量来源 边水压能； 溶解气析出并发生膨胀产生弹性能； 气顶中压缩气体的弹性能； 流体和岩石

12、的弹性能； 原油本身的重力势能。依照主要驱油能量的不同来区分油藏不同的驱动方式；驱动类型不同，油藏的压降速度、 油气比上升及最终采收率等都不同，故鉴别油藏的驱动类型，对油气田开发有着重要意义。1. 水压驱动水压驱动是依靠边底水、注入地层压力；Qi 产液产油量P*井底流压；Rp-生产油气比水为主要驱油动力的驱动方式如P=const,则称为刚性水压驱动。2. 弹性驱动依靠液体和油层的弹性能量为主要驱油 能量来源的驱动方式。若油藏具有很大且连通性好的含水区, 含水区的弹性能起重要作用,此时称弹 性水压驱动。3. 溶解气驱地层压力低与饱和压力时,依靠从油中分 离出的溶解气的膨胀能使油流入井底； 衰竭式

13、,采收率低。4. 气顶驱动当油藏中存在有较大的气顶时,开发时 主要靠气顶中压缩气体的膨胀能把原油 驱向井底,这种油藏称为气压驱动油藏。5. 重力驱动当一个油藏接近开发末期,推动油层中 的石油流向井底的能量都已耗尽时,油 层中的原油只能依靠本身的重力流向井 底,这种驱动称为重力驱动。卩一胞启匝力:Q.产fit it, 生产r； - JtlEtf ）1 ； 版 产油花； /!,-：产鮎 tt儿一地牲圧力：佥 牡玦1ft ：-产旧肚： K.世广It成.半 7 &例题分析：1、某井油层中部海拔-940m，油水界面海拔-1200m,地层原油密度0.85g /cm3，实测油层 中部压力为9.9MPa（表压

14、），求折算到原始油水界面的折算压力。解：标高 z=1200-940=260m油的密度 p =0.85g/cm3=850kg/m3P =9.9 X 106+850 X 9.8 X 260 = 12.07 X 106Pa= 12.07MPar则油层中部压力折算到原始油水界面的折算压力为12.07MPa。2、某油田一口位于含油区的探井，实测油层中部原始地层压力为9MPa,油层中部海拔为-1000m；位于含水区的一口探井实测油层深部原始地层压力为1.17MPa,地层中部海拔为-1300m，原油密度0.85，地层水密度1,求该 油田油水界面海拔。解：开发初期可认为油藏各点折算压力相等。油藏示意图如右图所

15、示。由 p gz + P = p gz + Po 1 1 w 2 2得 p g (1000 - H) + P 二 p g (1300 - H) + Po 1 w 2将p = 850kg / m3 p = 1000kg / m3等已知数据代入，可得owH = 1163m答：该油田油水界面海拔为1163m。内容小结： 油气层是油气储集的场所和流动空间，在其中油气水构成一个统一的水动力学系统，可 分为层状和块状，多孔介质是渗流的基本条件之一，多孔介质具有孔隙性、渗透性、比面大 等特点。油、气、水在岩石中流动，必须要有力的作用，主要有重力、惯性力、弹性力、粘 滞力、毛管力等，其中惯性力、粘滞力是渗流的

16、阻力、弹性力是渗流的动力，而重力、毛管 力有时是动力有时是阻力，根据油水井位置、岩石的表面性质而定。天然条件下油藏内部潜 在的能量来源：边水压能；溶解气析出并发生膨胀产生弹性能；气顶中压缩气体的弹 性能；流体和岩石的弹性能；原油本身的重力势能。依照主要驱油能量的不同来区分油 藏不同的驱动方式；主要有：水压驱动、弹性驱动、溶解气驱、气顶驱动、重力驱动；驱动 类型不同，油藏的压降速度、油气比上升及最终采收率等都不同。自测题：1、 流体在岩石孔隙中渗流时所受的力可以忽略的是。A.毛管力B.重力C.弹性力D.惯性力2、油藏的驱动方式主要有哪些？3、油气藏主要分为哪几种？其各自的渗流特征是什么？4、折算压力及其本质是什么？