渗流力学

渗流力学

绪论

多孔介质：由固体骨架和相互连通的孔隙，裂缝，溶洞或各种类型的毛细管体系所组成的材料。

渗流力学与其他力学的区别：介质的不同。

第一章渗流的基本概念和基本规律

油气藏：油气储集的场所和流动的空间。

油气藏按圈闭形成的类型：构造油气藏，地层油气藏，岩性油气藏。

构造油气藏的分类：背斜油气藏，断层油气藏，刺穿接触油气藏。

油气藏根据流体流动空间的特点：层状隐藏，块状油藏。

层状油藏的特点：1：油层平缓，分布面积大。2：多油层，多旋回。3：只考虑在水平方向上流动的流体。

块状油气藏得特点：有限的圈闭面积内相当厚的油藏，考虑纵向上流体的流动和交换；考虑

毛管力和重力的作用。

纵向上分为三个区：纯油区，过渡区，纯水区。过渡区：含束缚水过渡带，油水同生过渡带，残余油过渡带。

多孔介质的特点：孔隙性，渗透性，比表面积大及孔隙结构复杂。

渗透性：多孔介质允许流体通过的能力。K= ；

渗流：流体在多孔介质中的流动。

绝对渗透率：当岩石中的孔隙流体为一项时，岩石允许流体通过的能力。

有效渗透率：当岩石中有两种以上流体存在时，岩石桂其中一相的通过的能力。

相对渗透率：岩石的有效渗透率与绝对渗透率的比值。

比表面积：单位体积岩石所有岩石颗粒的总表面积或孔隙内表面积。

孔隙类型：粒间孔隙，裂缝，溶洞。

多孔介质巨大的比面和复杂的孔隙结构，使得渗流具有阻力大，流动速度慢的特点。

油气层孔隙结构分为：单纯介质（粒间孔隙结构和纯裂缝结构），双重介质（裂缝-孔隙结构

和溶洞-孔隙结构），三重介质（大洞或大裂缝和微裂缝、微孔隙共生）。

理想结构模型：将岩石的孔隙空间看成是由一束等直径的微毛细管组成。

修正理想结构模型：变截面弯曲毛细管模型。

重力（动力或阻力），惯性力（阻力），粘滞力（阻力），弹性力（动力），毛管力（动阻力）原始地层压力：油藏开发前流体所受的压力。

供给压力：油藏中存在液源供给区时，在供给边缘上的压力。

井底压力：油井正常工作时，在生产井井底所测得的压力。

折算压力：选择一基准面，基准面上处的压力为折算压力。

压力梯度曲线：（图1-17 P20）

油藏的驱动类型：重力水压驱动，弹性驱动，气压驱动，溶解气驱动，重力驱动。

达西公式：Q= ；

渗流速度：渗流量与渗流截面积之比。真实速度：渗流量与渗流截面的孔隙面积之比。

渗流的三种方式：单向流，平面径向流，球面向心流。

线性渗流：当渗流速度较低时，属层流区域，则粘滞力占主导地位，而惯性阻力很小，可忽略，这时压差与流量成线性关系。

吸附膜对渗流的影响：石油中的表面活性物质如沥青﹑胶质等，在渗流过程中会吸附在岩石

表面，使岩石渗透率降低。

水化膜对渗流的影响：粘土是由薄的晶片组成的，晶层间的分子作用力很弱，水分子易于进

入，并在表面形成水化膜，虽然膜的厚度很小，但岩石的比表面积很大。气体滑脱效应队渗流的影响：液体渗流特点是层流时靠近孔道壁薄膜是不动的即在孔壁处速度为零，孔道湿周越大，液固接触面上所产生的粘滞力也越大。气体渗流则不同，在孔道壁处没有被固体吸附的薄层和不动的气体，孔道壁处速度不为零，形成气体滑脱效应，好像在同一压差下，气体壁液体的渗透率增加了一些。

第二章油气渗流的数学模型

油气渗流的数学模型：用数学语言综合表达油气渗流过程中全部力学现象和物理化学现象的

内在联系和运动规律的方程式。

油气渗流数学模型方程：1运动方程，2连续性方程，3边界条件和初始条件。

数学模型的步骤：

运动方程：v=；

状态方程：C1= ；液体的压缩系数：表示改变单位压力时，单位体积液体的变化量。

气体状态方程：pV=nZRT。

岩石状态方程：φ= ；压缩系数：C f= ；当压力变化Δp时与孔隙度的改

变量Δφ的比值。

质量守恒方程：在地层中取一微小单元体，在单元体内没有源和汇的存在，则包含在微元体封闭表面内的液体质量变化应等于同一时间间隔内液体的流入质量与流出质量之差。单向渗流连续性方程：

单向不可压缩性刚性渗流中的连续性方程：div V=0。

两相渗流的连续性方程：

单向不可压缩液体稳定渗流的基本微分方程：适用条件：1单相均质液体2符合线性运动规律，3不考虑多孔介质及流体的压缩性，4稳定渗流；5渗流过程是等温的。

弹性多孔介质单相微可压缩液体不稳定渗流的基本微分方程：

导压系数：单位时间内压力波传播的地层面积。综合压缩系数：

三类边界条件：圆形定压边界油层中心一口井稳定渗流时：

第三章单相渗流稳定渗流理论

单向流：地层中只有一种流体在流动。

均质液体：若液体中任意点的密度、粘度等物理参数都是常数，不随坐标发生变化。

稳定渗流：在渗流过程中，若合运动要素（压力及流速等）不随时间变化〖即p=p(x,y,z)，v=v(x,y,z)〗，则称为稳定渗流。

刚性水压驱动：在边水供给充足的油田，若边水作用很强，液体和岩石的弹性作用可以忽略不计，则此时岩石和液体可以视为刚性介质。

渗流的三种形式：单向流、径向流、球面向心流。

单向流的假设条件：1设有一水平、均质、等厚的带状地层，长为L，宽度为B，厚度为h；2除两端敞露外，其余几个面均为不渗透边界，敞露的一端是供给边缘，另一端相当于排液坑道；3在水压驱动方式下，单相均质不可压缩流体的渗流服从达西定律；4考虑多孔介质为不可压缩的。

单相渗流的微分方程及边界条件：

单向渗流压力分布：（图P61）

单向渗流压力梯度及流速：（图P61）

单向渗流的产量公式：

等压线：在同一渗流平面内，由压力相等的点组成的线称为等压线。

流线：某一瞬时在流场中绘出的曲线，在这条曲线上所有质点的速度矢量都和该曲线相切。

单向渗流水力学场图的特点：1任意两条相邻的等压线间的压差必须相等；2任意两条流线间的流量必须相等；3凡是x相同的点，其压值都相同，因此等压线是与x垂直的，、相互平行的、等距的直线段；4流线是与x轴平行的直线，是间隔相等的水平线。

总结：等压线的均匀分布表明能量损耗是均匀的；流线相互平行、间隔相等表明流速和流量不变。

平面径向流的假设条件：1圆形等厚水平均地层中心钻有一口完善井，地层边缘处有充足的液源供给。供给边缘半径R e，井半径R w，地层厚度h，地层渗透率k，流体粘度μ，供给边缘上的压力P e，井底压力P w。2渗流条件：单相流体渗流服从达西定律且为稳定渗流，流体及多孔介质均不可压缩。平面径向流渗流的数学模型：％

平面径向流的产量公式：

平面径向流水动力学场图：1等压线为一族与井同心的圆，由于越靠近井壁，单位长度上的压

力变化越大，所以在渗流场图中，越靠近井筒，等压线越密集；2

平面径向渗流的流线是以井为中心的径向线。（图P67）

井的不完善类型：打开程度不完善；打开性质不完善；双重不完善。

折算半径：不完善井共同特点是渗流面积改变，因而可以近似用井径变化导致渗流面积的改变来代替，实际的不完善井化为半径较小的假象完善井。

表皮系数S：S=0，为完善井。当S>0渗流阻力增加，为不完善井；S<0渗流阻力下降，产量比完善井的大，超完善井。

稳定试井：通过人为的改变井的工作制度，并在各个工作制度稳定的条件下测量其压力及对应产量等有关资料，以确定井的生产能力和合理的工作制度及反求地层的有关参数。

改变工作制度的方法：对于自喷井改变油嘴的大小，抽油机井改变冲程，冲次或变更泵径。

稳定试井克解决的问题：1确定合理的工作制度；2确定油井的生产能力；3判断增产措施的效果；4反求地层参数。

井的干扰现象：其中任意一口井工作制度的改变，如新井投产，事故停产或更换油嘴等，必然会引起其他井的产量变化或井底压力发生变化。

井的干扰现象：（图P78）

压降叠加原理：多井同时工作时，地层内各点压降等于各井单独工作时压降的代数和。

平面和空间上的一点势：Φ=kp/μ+ C

平面上的一点势：Φ=q ln r/2π+C

势的叠加原理：当渗流服从线性定律，在无限平面地层中同时存在若干源汇时，合成流体的势就等于每个源汇单独存在所引起的势代数和。

一源一汇的水动力学场图特点：1他的等压线是圆心在x轴上移动的一族圆；2流线是圆心在y轴上移动的一族圆；3 y轴的等压线，x轴是流线，整个水动力场关于y轴对称。（图P87）

舌进现象：所得流线愈靠近x轴，r1 r2的值愈小，因而渗流速度愈大。在x轴上，r1 r2的值最小，渗流速度最大，x称为主流线，所以在注水开发时。水质点沿x轴首先到达

生产井底。为了减轻这种舌进现象，注水井与生产井错开。

等产量两汇的渗流场图：（图p90）

分流线：将两侧流线分开，液流不会穿越分流线而流动。汇源反应法；汇点反应法。

第四章弹性微可压缩液体的不稳定渗流

水压弹性驱动：当储集层外围具有广大的含水区时，含水区能充分地向地层内补充弹性能量，这种情况下的驱动方式称为水压弹性驱动。

定压边界：供给边缘上的压力保持不变的边界。

不稳定渗流的压力与流量的变化图：（图4）

拟稳定状态：当井的产量不变时，渗流阻力一定，地层内弹性能量的释放也相对稳定下来。油井不稳定试井的方法：1开井压力降落法：油井以某一固定产量生产时井底压力随时间降落的资料进行分析；2关井压力恢复法：油井关井后井底压力随时间不断恢复的实测资料进行分析。

不稳定试井可以解决的问题：1确定井底附近或两井之间的地层参数，如导压系数，流动系数；2推算目前的地层压力；3判断油井完善程度及估算油井增产措施的效果；4发现油层中可能存在的各类边界（断层、油水界面）；5估算泄油区的原油储量。

关井前后井底压力随时间的变化关系：（图p164）

第五章气体渗流理论

气体连续性方程的三种形式：1压力式：适用于高压；2压力平方式：

适用于低压；3拟压力式：任何形式。

气体平面径向流的等压线特点：气体平面径向流的等压线是一族与井轴同心的圆族，流线是

一族指向圆心的直线。

气体平面径向流的等压线和流线与不可压缩液体对比的区别：气体渗流速度的增加要比液体的快得多，若供给压力与井底流压之差相同，气井井壁附近的压力梯度要比油井的大，气体做平面径向流时，沿面上的压力分布线位于同条件下液体渗流的压力分布线之上，在靠近井壁附近处，其压降漏斗比液体的更陡，等压线比液体平面径向流的更密集于井附近。（图P186）

气体稳定试井做曲线的三种方法：采气指示曲线；二项式特征曲线；指数式特征曲线。

第六章油水两项渗流理论

活塞式水驱油：水驱油过程中地层含水区和含油区之间存在着一个油水分界面，这个油水分界面将垂直于液流流线向井排移动，当它到达井排处时井排就见水。

单向流渗流总阻力：产量公式：

平面径向流渗流总阻力：产量公式：

含水率：不考虑重力和毛细管力；

考虑重力和毛细管力。

含油率：