【7A文】渗流力学

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1、1,渗流力学,2,三、参考书目各书特点 1、“渗流力学”，程林松，中国石油大学（北京），讲义+PPT+习题集 2、“渗流力学实验讲义”， 李春兰，中国石油大学（北京） 3、“渗流力学基础”， 刘尉宁，1985，石油工业出版社 4、“现代渗流力学原理”, 葛家理， 2002，石油工业出版社 5、“地下水气动力学”，苏N.A恰尔内，1982，石油工业出版社 6、“渗流力学”,大庆石油学院教材 ，1992 7、“油气层渗流”，西南石油学院教材，1991 8、”The Flow of Homogenous Fluids Through Porous Media”，1937，M.Muskak. 9、”P

2、hyical Principles of Oil Production”,1949, 原油物理原理，M.Muskak. 10、”Dynamics of Fluids in Porous Media”“多孔介质流体动力学”,李亮生译，J贝尔以色列，1972 特点： 1，2，3基础教材；4，5研究生；6，7参考；8，9，10经典著作,3,四、讲课内容及学时分配（一） 前言（2）- 程林松 第一章 渗流规律和渗流数学模型(6) 黄世军 第二章 单相不可压液体稳定渗流规律（6） 黄世军 第三章 多井干扰理论（12） - 程林松 第四章 弹性不稳定渗流规律（8） - 程林松 第五章 油水两相渗流规律（8

3、） - 程林松 第六章 油气两相渗流规律（2） - 程林松 第七章 天然气渗流规律（2） - 程林松 机动（2） - 程林松,4,四、讲课内容及学时分配（二） 三个重点：刚性稳定渗流理论 弹性不稳定渗流理论 水驱油理论 三个工具：映射、叠加、阻力、（保角） 四个基本公式：,5,1、石油工程专业学生（工作人员）主要任务之一开发好油气藏（较高采收率）认识油藏（流体和岩石） 基础:流体在油藏中的流动规律。 2、油井投产后压力下降油气水向井流动。渗流力学任务之一认识油层，合理开发油田，改造油田工具，高产、稳产、提高油气采收率，反求地层参数的理论基础。,渗流力学绪论,一、本课程目的和意义,6,一、本课程

4、目的和意义,3、开发设计，动态分析，油气井开采，增产工艺，反求地层参数，提高油气采收率后续课的理论基础。 4、认识油气水在岩层中流动的客观规律，形成油气层渗流力学，已深入到油气田开发工作的各个环节。 5、是现代流体力学分支流体力学和多孔介质理论，表面物理，物理化学，固体力学，生物学交叉渗透的一个边缘学科。,渗流力学绪论,7,二、前课程要求： 流体力学（水力学） 石油地质学 油层渗流物理 高等数学 计算方法和计算机技术 反变函数 数理方程（法） 物理化学 表面和胶体化学等,渗流力学绪论,8,1、地下渗流力学：开发地下流体资源的理论基础，多孔介质中石油、天然气、煤层气、地下水、地热、城市沉降等。

5、2、工程渗流：冶金、化工、机械。利用多孔技术的基础： 冶金工业用氧气通过耐火砖进行钢液脱气。 化学工业的催化塔利用多孔渗流改造工艺技术。 3、生物渗流：研究对认识生命活动规律及其控制，动植物体内大量毛管及微细孔隙，其间有流体流动，动物血液流动。矿物质输送等都是渗流问题。,三、渗流力学研究范围：重要武器、范围很广,渗流力学绪论,9,四、渗流力学研究方法 发现问题；分析问题；解决问题。 渗流的宏观问题； 渗流的微观问题； 多孔介质微观运动。 结构及流体的微观运动,渗流力学绪论,10,由工程问题： 1.建立地质模型（地质条件，几何，孔隙结构，油层物理实验，参数的静态描述，物理特征建立物理模型）； 2

6、.力学模型：力学和物理规律 3.数学描述：数学模型分析解释简化概括； 4.求解分析解释应用回到工程中去； 本课程：动手推导，实验，理解（概念），体会，特别学 会与工程问题联系起来，解决工程问题。,渗流力学绪论,四、渗流力学研究方法,11,五、渗流力学发展历史,1、1856年，法国工程师达西，用砂土层、渗水试验渗流基本规律达西规律。 2、二十年代后，石油，天然气工业发展形成石油天然气渗流理论； 1923年，列宾亲气体在多孔介质里渗流理论； 1937年，麦斯盖特均质液体渗流，油气渗流的各种水动力学问题（不可压缩，均质，渗流问题）； 30年代初，研究液体弹性和岩石压缩性影响各种布井方式下油井产量计算

7、方法； 1948年，苏：射尔加乔夫弹性渗流理论； 1956年，溶解气驱，气顶驱渗流理论,渗流力学绪论,12,五、渗流力学发展历史,3、五十年代，提高采收率广泛采用水驱油方法，油水两相理论。1942年，贝克莱列维莱特。 4、六十年代，苏巴林布拉特，列维渗流，灰岩油田问题。 5、目前（近二十年），新技术，新方法形成新渗流理论，混相驱、热力采油、三次采油、化学驱、水平井的物理化学渗流理论。,渗流力学绪论,13,六、渗流力学发展方向特点,1、广泛应用计算机等先进的数学手段和现代数学方法来改造渗流力学的研究： 解析解数值解结合解； 简单复杂； 一维单相三维三相，多组份； 单纯介质多孔介质中的渗流问题；

8、数值模拟，最优化理论 联合应用； 积分变换，自模解，特征线理论，泛函分析等。,渗流力学绪论,14,2、油气渗流理论研究更加深入和广泛 纵深方向发展，多相，多组分，传质，传热，扩散，非牛顿等； 物理化学渗流理论：提高采收率方法，热力采油，混相，聚合物驱，裂缝双重：三重介质渗流理论。变形介质，渗流+固体力学结合。固体变形多孔介质渗流力学和渗流力学结合理论（城市下降）。 新三论：信息论；控制论；系统论；优化和系统工程方法。 深度：从宏观进入微观尺度，CT扫描研究微观机理 广度：多孔介质理论，表面物理固体力学等,六、渗流力学发展方向特点,渗流力学绪论,15,3、研究渗流力学带有根本性变化的新方向，油气

9、层 连续介质场变为随机变量场，概率渗流力学，随机场渗流力学： A：微扰法地层参数分成有规律和随机部分 B：斯克天尔左右法随机的 C：实用计算机正态分布显示 油田开发信息处理：渗流过程与自动控制理论结合，对油气田开发过程进行控制，分析，调整，进行自动处理。控制油田开采过程的信息量，处理开发信息，定量估计开发状况，评价开发方案的效果。建立起描述开采过程的统计模型，对油气田开发进行自动调整和预报。用数模和最优化理论制定合理的油气井工作制度，把渗流过程的研究与自动化管理油气田生产结合起来。,六、渗流力学发展方向特点,渗流力学绪论,16,七、现代渗流力学研究的进展及有待解决问题,目的：研究流体和多孔介质

10、状态及流动规律 经典渗流力学：均质（匀）孔隙性介质（单重介质） 1、不可压缩液体稳定渗流理论; 2、微可压缩液体弹性不稳定流理论（应用试井）； 3、气体渗流理论； 4、油气、油水两项流理论 数学上体现：求解Laplace和热传导方程； 成熟，广泛应用基础,渗流力学绪论,17,现代渗流力学： 介质： 均质孔隙性介质纯裂缝介质（裂缝油藏）1959年以后双孔隙介质（裂缝+孔隙）（大量油田属于这种特征），目前发展主流，物模，数模较多双渗透率（多层）介质（目前国内多见，主要）多重介质（裂缝+孔隙+溶洞）multiple开头中东地区，灰岩油藏模拟方法。 流体： 不可压缩液体微可压缩液体（美）或弹性液体（苏

11、）油气、油水、油气水（多相流）多相多组分非牛顿液（聚合物）含蜡，焦质，（苏）巴库油田等三采技术。,七、现代渗流力学研究的进展及有待解决问题,渗流力学绪论,18,渗流模式： 一维（解析解）二维三维（各向异性） 力学发展： 力学物理，物理化学多学科。 求解方法： 解析解数值解（计算机）两者结合。 精确解近似解,七、现代渗流力学研究的进展及有待解决问题,渗流力学绪论,19,八、几个基本概念,1、渗流、渗滤、渗流力学 2、流体、单相、两相、多相 3、孔隙结构、多孔介质、单纯介质、双重介质、三重介质 、刚性和弹性 、稳定和不稳定,渗流力学绪论,20,八、几个基本概念,1、渗流渗滤：流体通过多孔介质的流动

12、。,渗流力学：研究油、气、水在 地层中 流动规律的学科。,流体,多孔介质,运动,渗流力学绪论,21,八、几个基本概念,2、流体：在油气层中流动的油、气、水以及它的混合物 统称为流体。 相 单相 两相 多相,渗流力学绪论,22,八、几个基本概念,、孔隙结构：油气层中储存流体的空间。 分三类：孔隙，裂缝，溶洞介质。,多孔介质：由毛细管或微毛细管结构组成介质 以固相颗粒为连续骨架，并含有孔隙，裂缝或溶洞 体系的介质称为多孔介质。 单纯介质：只存在一种孔隙结构的介质（孔隙介质） 双重介质：存在两种孔隙结构的介质（孔隙介质） 三重介质：存在三种孔隙结构的介质（孔隙介质）,渗流力学绪论,23,八、几个基本

13、概念,、刚性和弹性： 、稳定和不稳定：,渗流力学绪论,24,第一章 渗流基本规律及渗流模型,本章要点,第一、了解油气藏的构成及其分类。,第五、对于非线性渗流，掌握产量和压力关系的两种表达形式：指数式及二项式。,第六、对于渗流数学模型，掌握其概念及构成（运动方程、状态方程、质量守恒方程、能量守恒方程、边界条件及初始条件、其他附加方程）。掌握Laplace方程及热传导方程的推导过程。,第四、掌握达西公式，渗透率K的物理意义，假想渗流速度与真实平均速度的差异。,第二、掌握五种压力的表达方式。,第三、掌握油气藏开发的驱油能量及驱油方式。,25,第一节 油气藏中流体静态分布状况,本节要点,第一章 渗流基

14、本规律及渗流模型,1. 了解油气藏的概念（岩石、流体）,2. 了解油气藏分类（边水、底水；封闭式、开放式）,3. 了解五种地层压力： 原始地层压力、目前地层压力、折算压力、供给压力、井底压力,26,第一章 渗流基本规律及渗流模型,一、 油气藏,油气藏,岩石（孔隙、裂缝和溶洞 ）,流体（油、气、水 ）,特征,高温、高压,在砂岩油藏中，地下流体总是储集在各种构造中，最常见的是背斜构造。,27,1. 边水和底水：根据油、气、水的分布状况，把位于含油边缘外部的水称为边水，当油层较厚，地层倾角平缓时，水位于油之下，称为底水 。,一、 油、气、水的分布状况,底水油藏,边水油藏,第一章 渗流基本规律及渗流模

15、型,28,2. 开放式和封闭式油藏：,如果油藏外围有天然露头并与天然水源相通，称为“开敞式油藏” ，如果外围封闭（断层遮挡或尖灭作用），无水源，则称为“封闭式油藏”。,1-封闭边缘 2-计算含油边缘 3-含气边缘,1-供给边界 2-计算含油边缘 3-含气边缘,封闭式油藏,开放式油藏,第一章 渗流基本规律及渗流模型,29,二、 各种压力的概念,1. 原始地层压力pi：油藏在开发以前，整个油藏处于平衡状态，此时油层中流体所承受的压力称为“原始地层压力”。,第一章 渗流基本规律及渗流模型,一般在油藏开发初期，第一批探井完井诱喷后，立即关井测压，所测得的各井油层中部深度压力就是各井的原始地层压力。,说

16、明：当油层倾角较大时，各井油层中部深度往往各不相同，处于油层顶部的井油层中部深度小，处于翼部的深度大。矿场实践表明，在油藏开发前的原始状况下，各井的实测油层中部深度压力即各井原始地层压力也是不相等的。,原始地层压力获取的方法：,30,p=a+bH,式中，系数b称为压力系数。常规油气藏b的取值为0.71.2。当b1.2时，称为异常高压油藏。,油藏埋深H 和实测压力p 曲线,第一章 渗流基本规律及渗流模型,在油藏投入开发以后，油藏就打破了原始状态，在此时所钻的井就不可能直接再测得原始地层压力。这些井的原始地层压力就需要根据该井油层中部深度，在压力梯度曲线上求得。,各种压力的概念,31,2. 目前地层压力p : 油藏开发过程中，不同时期的地层压力称为“目前地层压力”。,各种压力的概念,使一口油井停止生产，而周围的油井继续