油气层渗流力学第二版第一章(张建国版中国石油大学出版社)
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渗流力学第一章 渗流的几个基本概念
=9.435MPa
B
prB>prA，所以油从B流向A。
A h=10m
第三节 油藏能量及驱动方式
一.受力分析 地下流体在地层中渗流主要受到以下
几方面里的作用: ① 重力:有时为动力,有时为阻力.
•M
• M
② 惯性力:通常表现为阻力 ③ 粘滞力(阻力):
F A dv dr
速度梯度
④ 弹性力: C Cf Cl
Q
A
渗流速度和实际平均速度
由 Vp
V
Vp Ap L
V AL
Ap
A
得到：
Q Q u
A Ap
上式反映了流体渗流速度与实际平均速度间的关系。在 渗流力学中经常应用的是渗流速度，用它来研究油井产量 等问题，只有在研究流体质点运动规律时，才用实际平均 速度 。
三.油藏中压力的概念
① 原始地层压力pi：油藏在开发以前，整个油藏处于平衡状
表现为 动力
⑤ 毛细管压力:
PC
2 cos r
当Pc与流体流向相同时为动力,相异
时为阻力,但实际油藏中多表现为阻力.
⑥ 边水压力:动力
二.油藏能量
① 边水压头:将油驱入井底并举升到一定高度. ② 气顶压力:气体弹性驱动. ③ 液体及岩石的弹性能 ④ 溶解气的膨胀能 ⑤ 原油的重力势能
值得注意的是:在流体流向井底的过程中, 往往是各种能量同时起作用,但每种能量发挥 的大小作用不尽相同,有的处于主导地位,有的 处于从属地位.
隙
原喉 生道 孔
隙
孔 道
连 通 孔
死 孔 隙
隙
<0.0002 0.5~0.0002
>0.5
2.孔隙度的定义
油气层渗流力学第二版第二章(张建国版中国石油大学出版社).
运动方程 v K p
连续性方程
(v) 0
( K p) 0
K/μ是常数
( K p) 0
x
p x
y
p y
z
p z
0
2 p 2 p 2 p 0 x 2 y 2 z 2
单相不可压缩液体在均质地层中稳定渗流的数学模型
2 p 2 p 2 p 0
x 2 y 2 z 2
描述运动要素（速度、密度、饱和度、浓度）随时间和坐 标的变化关系，在稳定渗流时则是描述这些要素和坐标之间的 变化。
常见连续性方程 单相流体连续性方程 两相流体连续性方程 带传质扩散过程的连续性方程
连续性方程建立方法 微分法建立连续性方程 积分法建立连续性方程
➢ 微分法建立连续性方程 渗流环境 渗流系统
➢ 积分法建立连续性方程
dt
( )
t
dV
dt
s
vndS
根据奥高定律
s vndS (v)dv
Ώ的任意性假定被积函数在Ώ连续，单相渗流的连续性方程为
( ) (v)
t
( ) (v) 0
t
第五节 典型油气渗流微分 方程的推导
一、单相不可压缩性液体稳定渗流微分方程
假设单相液体在均质介质中的渗流为满足线性渗流规律 的等温稳定渗流过程，不考虑多孔介质及流体的压缩性。
利用渗流物理基础实验认识力学现象和规律，是建 立数学模型的关键。
➢ 科学的数学方法
无穷小微元体上：分析力学现象，物理量之间内在联 系，建立微分方程（数学模型）。数学模型建立后，用数 学理论论证是否有解？连续？唯一？
二、渗流数学模型的结构
渗流数学模型要综合反映渗流过程中，各种现象（力 学、物理学、化学及相互作用）的内在联系，其内容包括：
油气层渗流力学第二版绪论(张建国版中国石油大学出版社)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
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→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；
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。
三、学习本课程的主要难点 课程内容抽象 各种公式多 推导较为复杂 单位制复杂 作业较多且难 四、学习本课程的要求 认真听课，积极思考，作好课堂笔记 课后及时进行复习、总结 按时完成布置的作业
水
渗流（如水净化处理）
多 孔 介 质
净化水
前 言
工程渗流——指各种人造多孔介质和工程装置中的流体渗流
前 言
地下渗流——指土壤、岩石和地表堆积物中的流体渗流
前 言
• 为什么学习渗流力学 • 学习渗流力学有什么意义 • 工作后有什么作用
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
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→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；
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。
三、学习本课程的主要难点 课程内容抽象 各种公式多 推导较为复杂 单位制复杂 作业较多且难 四、学习本课程的要求 认真听课，积极思考，作好课堂笔记 课后及时进行复习、总结 按时完成布置的作业
水
渗流（如水净化处理）
多 孔 介 质
净化水
前 言
工程渗流——指各种人造多孔介质和工程装置中的流体渗流
前 言
地下渗流——指土壤、岩石和地表堆积物中的流体渗流
前 言
• 为什么学习渗流力学 • 学习渗流力学有什么意义 • 工作后有什么作用
渗流力学 第一章 渗流基本概念和定律
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：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。
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：
a
Vt V
Φa—绝对孔隙度；Φ—有效孔隙度；
V0 V
V—岩石视体积；Vt—岩石总孔隙体积； V0—岩石有效孔隙体积。
2、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。
二、渗流的分类
1）地下渗流：存在于地层中，如油气水在地层中的流动； 2）工程渗流：化工、冶金、环保中的渗流问题； 3）生物渗流：动物和植物中的渗流问题。
三、渗流力学的发展（地下渗流）
1、古典渗流力学： 1920年以前 动因：开发利用地下水； 代表：法国水利工程师达西（Darcy）； 定律：达西定律（Darcy’s Law，1856）。
F—内摩擦力（粘滞力），N； μ—粘滞系数（又称绝对粘度），Pa·s。
• 粘度单位通常用mPa·s表示： 1Pa·s＝103mPa·s
• 粘度单位以g／(cm·S)表示时称为“泊”： 1泊＝100厘泊（cP）
• cP与mPa·s的换算关系为： 1mPa·s＝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。
1.2 渗流中的力学分析及驱动类型
3）相对渗透率Krw、Kro：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。
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：
a
Vt V
Φa—绝对孔隙度；Φ—有效孔隙度；
V0 V
V—岩石视体积；Vt—岩石总孔隙体积； V0—岩石有效孔隙体积。
2、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。
二、渗流的分类
1）地下渗流：存在于地层中，如油气水在地层中的流动； 2）工程渗流：化工、冶金、环保中的渗流问题； 3）生物渗流：动物和植物中的渗流问题。
三、渗流力学的发展（地下渗流）
1、古典渗流力学： 1920年以前 动因：开发利用地下水； 代表：法国水利工程师达西（Darcy）； 定律：达西定律（Darcy’s Law，1856）。
F—内摩擦力（粘滞力），N； μ—粘滞系数（又称绝对粘度），Pa·s。
• 粘度单位通常用mPa·s表示： 1Pa·s＝103mPa·s
• 粘度单位以g／(cm·S)表示时称为“泊”： 1泊＝100厘泊（cP）
• cP与mPa·s的换算关系为： 1mPa·s＝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。
1.2 渗流中的力学分析及驱动类型
油气层渗流力学课件
详细描述
稳定流是指流动参数不随时间变化的流动，通常发生在压力 梯度保持恒定的条件下。非稳定流是指流动参数随时间变化 的流动，如启动流动和边界层流动。
相对渗透率
总结词
相对渗透率是描述多孔介质中流体可流动的孔隙体积与总孔隙体积之比。
详细描述
相对渗透率取决于流体的粘度、孔隙结构和流体与固体表面之间的相互作用力。对于同一介质，不同流体的相对 渗透率可能不同，这影响了流体在多孔介质中的流动特性。
数值模拟与实验相结合
通过数值模拟预测油气层渗流规律，然后通过实验验证模拟结果的 准确性。
05 油气层渗流的应用实例
油气藏评价
油气藏类型识别
通过渗流力学原理，判断油气藏的类型，如块状、 裂缝性、孔隙性等。
油气藏储量估算
基于渗流力学模型，估算油气藏的储量，为后续 开发提供依据。
油气藏产能预测
通过渗流力学模型预测油气藏的产能，评估开发 的经济效益。
油气开采方案设计
开发方式选择
根据渗流力学原理，选择 合适的开发方式，如自喷、 机械采油等。
井网优化
基于渗流力学模型，优化 井网布置，提高采收率。
生产参数优化
根据渗流力学原理，优化 生产参数，如采油速度、 采油温度等。
提高采收率方法
化学驱油
利用化学剂改变油、水、岩石之间的界面张力，提高采收率。
热力驱油
流动的过程。
该模型考虑了时间变化 的影响，能够描述流体 的动态变化和油气层的
动态产能。
非稳态渗流模型通常用 于评估油气层的短期流
动行为和产能预测。
多相渗流模型
多相渗流模型描述的是油气层中多相流体（如油、 气、水）同时流动的过程。
该模型考虑了不同相之间的相互作用和流动特性 差异，能够更准确地模拟多相流体的流动行为。
稳定流是指流动参数不随时间变化的流动，通常发生在压力 梯度保持恒定的条件下。非稳定流是指流动参数随时间变化 的流动，如启动流动和边界层流动。
相对渗透率
总结词
相对渗透率是描述多孔介质中流体可流动的孔隙体积与总孔隙体积之比。
详细描述
相对渗透率取决于流体的粘度、孔隙结构和流体与固体表面之间的相互作用力。对于同一介质，不同流体的相对 渗透率可能不同，这影响了流体在多孔介质中的流动特性。
数值模拟与实验相结合
通过数值模拟预测油气层渗流规律，然后通过实验验证模拟结果的 准确性。
05 油气层渗流的应用实例
油气藏评价
油气藏类型识别
通过渗流力学原理，判断油气藏的类型，如块状、 裂缝性、孔隙性等。
油气藏储量估算
基于渗流力学模型，估算油气藏的储量，为后续 开发提供依据。
油气藏产能预测
通过渗流力学模型预测油气藏的产能，评估开发 的经济效益。
油气开采方案设计
开发方式选择
根据渗流力学原理，选择 合适的开发方式，如自喷、 机械采油等。
井网优化
基于渗流力学模型，优化 井网布置，提高采收率。
生产参数优化
根据渗流力学原理，优化 生产参数，如采油速度、 采油温度等。
提高采收率方法
化学驱油
利用化学剂改变油、水、岩石之间的界面张力，提高采收率。
热力驱油
流动的过程。
该模型考虑了时间变化 的影响，能够描述流体 的动态变化和油气层的
动态产能。
非稳态渗流模型通常用 于评估油气层的短期流
动行为和产能预测。
多相渗流模型
多相渗流模型描述的是油气层中多相流体（如油、 气、水）同时流动的过程。
该模型考虑了不同相之间的相互作用和流动特性 差异，能够更准确地模拟多相流体的流动行为。
《油气层渗流力学》讲授内容及作业
《油气层渗流力学》讲授内容及作业第一章油气渗流力学基础第一节油气藏类型及其外部形态的简化（全讲）第二节油气藏内部储集空间结构的简化（全讲）第三节多孔介质及连续介质场（全讲）第四节渗流过程中的概念及渗流形态的简化（全讲）第二章油气渗流的基本规律第一节油气渗流的力学分析（全讲）第二节油气渗流的达西定律（全讲）第三节油气渗流的非达西定律（全讲）第四节两相渗流规律（全讲）第三章单相液体渗流数学模型第一节渗流数学模型的建立原则（全讲）第二节渗流数学模型的微分方程（全讲）第三节渗流数学模型的定解条件（全讲）第四章单相液体稳定渗流理论第一节单相液体稳定渗流理论（全讲）第二节井的不完善性对渗流的影响（全讲）第三节多井干扰与势的叠加理论（全讲）第四节等值渗流阻力法（简要提到）第五章单相液体不稳定渗流理论第一节弹性不稳定渗流的物理过程（全讲）第二节弹性液体不稳定渗流理论（全讲）第三节不稳定渗流的井间干扰（全讲）第六章气体渗流理论第一节气体渗流微分方程（全讲）第二节气体稳定渗流理论（全讲）第三节气体不稳定渗流理论（全讲）第七章油水两相渗流理论第一节影响水驱油非活塞性的因素（全讲）第二节油水两相渗流理论（全讲）第三节油水两相渗流理论的应用（全讲）第八章油气两相渗流理论第一节油气两相渗流的物理过程（全讲）第二节油气两相渗流的微分方程（重点阐述微分方程的建立方法）第三节油气两相稳定渗流理论（重点阐述稳定渗流研究的目的）第四节油气两相不稳定渗流理论（重点阐述不稳定渗流研究的目的）第九章双重介质渗流理论第一节双重介质油藏模型（全讲）第二节双重介质油藏渗流微分方程（全讲）第三节双重介质油藏渗流理论（全讲）第十章复杂渗流理论（简要提到）第一节传质扩散流体渗流理论第二节非牛顿液体渗流理论《油气层渗流力学》作业第一章油气层渗流力学基础：p26，第1、2、3题。
第二章油气渗流的基本规律：p44，第1、2题。
第三章单相液体渗流数学模型：p62，第7、8题。
渗流力学第一章笔记
1.渗流：流体在多孔介质中流动叫做渗流。
渗透率为压力梯度为1时，动力黏滞系数为l的液体在介质中的渗透速度。
是表征土或岩石本身传导液体能力的参数。
其大小与孔隙度、液体渗透方向上空隙的几何形状、颗粒大小以及排列方向等因素有关，而与在介质中运动的液体性质无关。
渗透率（k）用来表示渗透性的大小。
在一定压差下，岩石允许流体通过的性质称为渗透性；在一定压差下，岩石允许流体通过的能力叫渗透率。
2.开敞式油藏：如果油气藏外围与天然水源相连通，可向油气藏供液就是开敞式油气藏。
如果外围封闭且边缘高程与油水界面高程一致则称为封闭式油藏。
3.原始地层压力：油气藏开发以前，一般处于平衡状态，此时油层的流体所承受的压力叫原始地层压力。
4.供给压力：油气藏中存在液源供给区时，在供给边缘上的压力称为供给压力。
5.驱动方式可分为：水压驱动，弹性驱动，溶解气驱动和重力驱动。
6.在渗流过程中，如果运动的各主要元素只随位置变化而与时间没有关系，则称为稳定流。
反之，若各主要元素之一与时间有关，则称为非定常渗流或者不稳定渗流。
7.渗流的基本方式：平面一维渗流，平面径向渗流，和球面渗流。
8.绘制渗流图时规定这样的原则：任何相邻两条等压线之间的压差必须相等，同时，任何两条流线之间的流量必须相等。
9.井底结构和井底附近地区油层性质发生变化的井称为渗流不完善井。
不完善井可以分为打开程度不完善，打开性质不完善，双重不完善井。
10.试井：直接从实测的产量压力数据反求地层参数，然后用求得的地层参数来预测新的工作制度下的产量。
11.井间干扰：油水井工作制度的变化以及新井的投产会使原来的压力分布状态遭受到破坏引起整个渗流场发生变化，自然会影响到邻井的产量，这种井间相互影响的现象称为井间干扰。
12.压降叠加原理：多井同时工作时，地层中任一点外的压降等于各井以各自不变的产量单独工作时在该点处造成的压降代数和。
13.势的叠加原理：如果均质等厚不可压缩无限大底层上有许多点源，点汇同时工作，我们自然会想到地层上任一点的势应该等于每个点源点汇单独工作时在该点所引起的势的代数和，这就是势的叠加原理。
油气渗流力学
• 按流动方向对地质模型进行简化
– – – – 一维流动 二维流动 三维流动 径向流动
2.3 连续介质场
• 连续流体
– 不以个别分子做研究对象，而是以由许多分 子组成的“系统”作研究对象
• 连续多孔介质
– 研究典型体积上表现出来的平均性质，而不 是研究一个孔的性质
• 连续介质场
2.4 油层能力与驱动方式
C与孔隙度和渗 透率有关
用不同斜率的直线组合来描述渗流过程
k v ( )1 u k v ( )2 u
p L p L
P b L p b L
初始段用幂律关系来描述，后一段用直线关系描述
低速气流的非达西描述
• Klinberg实验 • 数学描述
v
k b p v 1 L u p
4.2 状态方程
• 定义：描述由于弹性而引起力学性质随状态 而变化的方程式 • 液体的状态方程
1 dVL CL VL dp
密度表示 弹性作用力表现为体积与 压力之间的关系
o1 C P Po
C
是随压力和温度变化的 随压力变化：可压缩流体
C
常数：弱可压缩流体
油气层渗流力学的研究对象
• 研究流体在油气层中的渗流形态及渗流 规律
物理化学反 应（如酸化）
表面现象
渗流力学
岩石力学
微生物学
油气层渗流力学的发展概况
• 1956年---达西定律 • 1923年--气体在多孔介质中的渗流理论 • 1937 年 Musket---采油物理原
– 研究了流体弹性及岩石弹性对渗流的影响，发展了压力恢复 曲线确定地层参数的方法
气体的低速渗流
• 现象(滑脱效应）
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遵循Navier-stokcs方程
简化方法：
溶洞
把大小不等、形状不规 则、分布杂乱的洞穴，
简化为均匀分布在孔隙
介质中的大小相等的连 基质
通。
孔隙－溶洞简化模型
裂缝－溶洞结构
♪ 双重储集空间
♪ 在裂缝介质中流体的流动属
于渗流范畴
♪ 而在溶洞中的流动不属于渗 流范畴，其流动规律应遵循 Navier-stokcs方程 裂缝－溶洞示意图
第一章 渗流的基本概念和 基本规律
第一节 油气藏及其简化
第一节 油气藏及其简化
一、油气藏类型
储层和储层流体(油、气、水）是构成油气藏的主要要素
构造油气藏
圈闭形成条件
地层油气藏
岩性油气藏
第一节 油气藏及其简化
1、构造油气藏
油气聚集在构造圈闭中形成的油气藏
背斜油气藏 断层油气藏 裂缝性油气藏 刺穿油气藏
简化方法： 裂缝
裂缝简化模型与溶洞简化
模型的组合。
基质
裂缝－溶洞简化模型
孔隙－裂缝－溶洞结构
♪ 是三种单纯介质（孔隙、 裂缝和大溶洞）组合在一 起的混合结构 ♪ 发育于碳酸盐岩油气层中 ♪ 孔隙－裂缝－溶洞渗流规 律研究较少，还处于探索 阶段。
孔隙－裂缝－溶洞示意图
五、连续流体
连续介质方法：就是将某一水平上不连续的介质，通 过粗化或放大过程，将各种本不连续的介质处理为连 续介质的方法。 分子水平——以介质中分子为着眼点来研究介质的物 理现象； 微观水平——以介质中分子团（质点）为着眼点来研 究介质的物理现象； 宏观水平——以介质中表征体元（若干分子团的集合
流体的重力 惯性力 粘滞力 岩石及流体的弹性力 毛细管力
一、流体及多孔介质的力学分析
流体的重力
——地球对流体的吸引力称为重力，流体由地球吸引受重力， 和其相对位置联系起来，表现为重力势能。 重力势能，用压力表示则为：
Pz gz
式中 ： z—相对位置高差，m
♪ 重力对于渗流有时表现为动力，但有时也表现为阻力
QL K Ap
23
第二节 多孔介质及连续介质场
二、多孔介质的渗透性
渗透率： 绝对渗透率 有效渗透率（相渗透率） 相对渗透率
第二节 多孔介质及连续介质场
三、多孔介质的比面 单位体积的岩样内岩石骨架的总表面积 称为岩石的比面。
中粒砂岩：20000 m2/m3
渗流摩擦阻力大。
四、多孔介质孔隙结构分类
从已开发油气藏的储层特征看，可按三种储集空间类型的
组合关系将油气储层分为三种介质七种结构。
三种介质七种结构 单重介质 纯孔隙结构 纯裂隙结构 纯溶洞结构 双重介质
裂缝－孔隙结构
溶洞－孔隙结构 裂缝－溶洞结构 多重介质 孔隙－裂缝－溶洞结构
纯孔隙结构
一般存在于砂岩油藏中，油气的
油层
隔层
把层状构造油气层看层是一个等厚 度的薄板，叫做“平面等厚模型”。
11
L
条带状薄板
圆形薄板
12
位于油层下方的水层（底水）或边部的水层（边水）与油藏周
敞开式油藏 (定压油藏）
边水体或地面露头有好的连通性，且油藏开采过程中有良好的
水源供给 ，相当于在油藏供给边缘上保持一个恒定的压头， 这种油藏称为敞开式油藏。
储层都发育有裂缝，如果裂缝的大小和
规模对油气的储渗影响甚微，在这种情
裂缝－孔隙岩石薄片
况下，就不能视其为双重介质。
裂缝－孔隙结构渗流特点
基质孔隙介质中的流场
流 体 交 换
流体在双重介质中 形成两个渗流场
裂缝介质中的流场
存在双重孔隙度、双重渗透率 裂缝－孔隙介质的特点 存在两个水动力学场
简化方法：
♪ 在大型溶洞中的流动已不
属于渗流 ♪ 范畴流动规律遵循Navierstokcs方程
裂缝－孔隙结构
四川碳酸盐岩气 田中普遍存在这 种双重介质储层
♪ 主要出现在裂缝、溶孔同时发育的碳 酸盐岩储层中 ♪ 在石灰岩、白云岩油气层中最为常见 ♪ 在某些砂岩油气藏中，也可能会出现 孔隙－裂缝双重介质结构 注意：由于构造变形的影响，不少砂岩
力较低方向运动；同时压力降低，流体体积膨胀，产生弹性力， 推动流体进入井底。
岩石及流体的弹性力
♪ 岩石及流体处于压缩状态，开采过程中，压力降低，弹性能释
放，即弹性力产生作用 ♪ 用弹性压缩系数表示其大小 ♪ 通常表现为动力。
弹性压缩系数——指每变化一个单位压力时，单位体积岩石的孔
隙体积的变化值、单位体积流体体积变化值。
流向A井
A
B
流向B井 水动力 液源水 头压力
液源水 头压力
水动力
M
位置高 差压力 阻力
油
M′
位置高 差压力
当M点向下运动（如、向井A流动）时表现为动力，而该点M‘点向井B流动，即
向上运动时表现为阻力。
所以，重力表现为动力还是阻力是和构造以及井位有关。
惯性力
——由物体惯性表现出来的力 ♪ 流体由于具有质量，因此也具有惯性。大小取决于质量和加速 度 ♪ 当流体运动时，惯性使其总要维持现状，因而惯性力在渗流过
纯孔隙型简化模型
纯裂缝结构
♪ 一般出现在致密碳酸盐岩或泥岩油气层。
♪ 基质孔隙度和渗透率非常低，基本不具有储渗性。
砂岩孔隙薄片
简化方法：
裂缝
由于裂缝特殊的长
条形态及组系结构，
常用规则网格进行
基质Βιβλιοθήκη 简化，简化的储层岩石被分割成多个 立方体。 纯裂缝型简化模型
纯溶洞结构
♪ 多发育于碳酸盐岩储层中
块状油藏
我国目前发现
的油气藏：
灰岩或白云岩油气藏
有限的圈闭面积
含有很厚的沉积物 长期的溶蚀作用，白云 化作用，构造作用 相当厚度中都具有储集
层状油藏
块状油藏
油气的能力
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块状油藏
考虑纵向上流体的流动和交换
考虑毛管力和重力的作用
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井
块状油藏
厚度模型
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井
块状油藏
半球状模型
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块状油气藏
层状油藏
我国目前发现
的油气藏：
往往存在于海相沉积和
内陆盆地沉积中 一般具有多油层、多旋 回的特点 单油层（小层） 砂岩组（砂层组） 油层组 含油层系
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层状油藏
块状油藏
层状油藏
按层划分水动力学系统
认为流动只是在平面上进行
纵向上流体的运动和物质交换
可以忽略不计
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井
若油藏亲水，则水驱油时毛管力为动力，若油藏亲油，则水驱油
时毛管力为阻力。如果，是注水生产，水驱油压力很大，毛管压 力就可以忽略了。
（a）毛细管压力表现为动力 θ<900 岩石表面亲水
（b）毛细管压力表现为阻力 θ> 900 岩石表面亲油
二、与油藏的压力概念
流体在油层中受到很多力，这些力往往要做功，外力所做的功将引起地 层内能量的变化，这种变化将通过压力的变化来反映。
敞开式油藏的 油藏边缘在水 平面的投影
供给边界
特点：供给边界压力不变
边 水
由于岩性变化或断层阻挡，位于油层下方的水层 封闭式油藏 与油藏周边的水体或地面水不连通，油藏开采过 程无水源供给，这种油藏称为封闭式油藏。
封闭式油藏的 油藏边缘在水 平面的投影 封闭边界
特点：油藏外流体不能通过边界进入油层
储集和渗流空间均为孔隙。
早期简化：岩石由等直径的圆球颗 粒组成，流体圆球的间隙中储集和 流动，“假想结构模型”（假想土 壤）。 砂岩孔隙薄片 岩心
进一步简化：岩石中连通孔道
理想模型
作为等直径毛细管，岩石由这
些等径毛细管束所组成，“理 想结构模型”（理想土壤）。
修正理想模型
进一步修正：引入了变直径的、 弯曲的毛细管束模型，称为 “修正理想模型”。可以用于 一般渗流规律的研究。
体）为着眼点来研究介质的物理现象。
五、连续流体
流体是由很大数量的分子所组成的集合体。
统计力学的方法： 不以个别分子为对象 以由很多分子组成的“系统”为研究对 象 对流体的每一个分析结果和实验结果都 以统计学的形式表现出来。
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把流体处理成连续的介质
把流体中的质点看成是在一个很小的体积 中包含着很多分子的集合体。 质点的大小既要比单个分子的自由路程大
复原来的形状和体积，这种性质叫做压缩性，所具有的能力的 大小叫弹性能，它是石油开采一种重要能力。
♪ 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，颗粒更加紧密，导致岩层空隙体
积减小，将压缩空隙中的流体使之产生弹性力，驱使流体向压
程中多表现为阻力
♪ 由于渗流速度很小，常忽略惯性力
粘滞力
♪ 粘滞性：流体阻止任何变形的性质，表现为流体运动时受到的
粘滞阻力。 ♪ 粘滞力总是阻碍流体的流动，故表现为阻力， ♪ 克服粘滞阻力是渗流时的主要能量消耗。 ♪ 大小与粘度有关。
♪ 单位为m pas。
岩石及流体的弹性力
♪ 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
裂缝
裂缝－孔隙介质简化模 型为纯孔隙介质与纯裂 缝简化模型的组合。
基质
裂缝－孔隙简化模型
孔隙－溶洞结构
♪ 通常出现在有大型溶洞发育的
碳酸盐岩油气层中
♪ 流体流动服从两种流动规律 ♪ 在孔隙介质中，流体的流动属 于渗流范畴 ♪ 在大的溶洞中，流体的流动不 属于渗流范畴，其运动规律应
孔隙－溶洞示意图
第一节 油气藏及其简化
二、油气藏的简化
油气藏大约有几万个，几何形状各式各样、千变万化。 不可能将如此众多而复杂的油气藏类型一一简化，来满足建立油气