低渗透非达西渗流研究_辛莹娟
《非达西渗流实验研究及数学描述》范文
《非达西渗流实验研究及数学描述》篇一一、引言在地质学、水文学、地下水动力学等多个领域中，渗流实验是非常重要的研究方法之一。
在众多的渗流理论中，达西渗流理论是最为经典和广泛应用的。
然而，在实际的地下环境中，由于多孔介质的复杂性和非均质性，非达西渗流现象时常发生。
非达西渗流研究能够更好地揭示实际地质条件下的地下水流动规律，因此对其实验研究和数学描述具有重要意义。
本文将就非达西渗流实验研究及数学描述进行探讨。
二、非达西渗流实验研究1. 实验原理非达西渗流实验基于地下水的流动特性，在特定的多孔介质条件下，观察和分析其渗流过程和规律。
与达西渗流相比，非达西渗流更多地考虑了多孔介质的复杂性和非均质性，以及不同流速和压力条件下的影响。
2. 实验方法（1）实验材料准备：选择具有代表性的多孔介质材料，如砂土、粘土等。
同时，需要准备实验所需的仪器设备，如压力传感器、流量计、渗透仪等。
（2）实验过程：首先，将多孔介质材料装入渗透仪中，然后施加一定的压力，观察和记录渗透过程中的流量变化和压力变化情况。
在实验过程中，需要注意控制流速和压力的变化范围，以及记录实验数据的时间间隔等。
（3）数据分析：通过分析实验数据，可以得出非达西渗流的特征参数，如渗透系数、流量指数等。
同时，还可以根据实验数据绘制出渗流曲线和压力分布曲线等，以便更好地分析和理解非达西渗流的规律。
三、非达西渗流的数学描述1. 非达西渗流模型非达西渗流模型是一种基于地下水的实际流动特性而建立的数学模型。
该模型能够描述多孔介质中地下水的非线性流动规律，包括流速、压力、渗透系数等因素的影响。
目前，常用的非达西渗流模型包括幂律模型、指数模型等。
2. 数学表达式及解析（1）幂律模型：在幂律模型中，流量与压力梯度之间存在幂律关系。
其数学表达式为：q = -K|▽P|n ，其中q为流量，K为渗透系数，▽P为压力梯度，n为幂律指数。
该模型能够较好地描述低速和高速条件下的非达西渗流现象。
低渗非达西渗流特征及影响因素
《高等渗流力学》读书报告----低渗非达西渗流特征及影响因素姓名: 张恒学号：2010050031专业：石油与天然气工程教师：鲁洪江（教授）低渗非达西渗流特征及影响因素1 选题依据及研究现状1.1选题依据随着中国石油工业的发展,低渗透油藏在开发中所占的比例越来越大。
低渗透油藏是我国今后乃至相当长一段时间内增储上产的主要资源基础。
要合理高效地开发这些低渗透油藏,就需要充分合理的认识低渗透油藏本身所具有的特殊规律及其特性参数,并准确地描述低渗透油藏的渗流规律.1.2研究现状国内很多研究人员从实验方面发现了低渗透油藏的启动压力和非线性渗流规律的存在,从理论方面提出了描述启动压力和非线性渗流的模型[1]。
但是,非线性渗流和启动压力梯度的存在并没有得到国内外学术界的普遍认可。
反对者的意见是,引起低渗透油藏非线性达西流和启动压力的原因均为理论推测,而无充分的微观实验科学依据;在流速很低的情况下,受测量手段和如蒸发等现象的影响,对流速和压力的测量误差很大[2]1.3 主要的参考文献[1] 王正波,岳湘安等.影响低渗透油藏低速非线性渗流的实验研究[J].矿物学报,2008,28(1),48-54.[2]王慧明,王恩志等.低渗透岩体饱和渗流研究进展[J].水科学进展, 2003,14(2): 245[3]辛莹娟.低渗透非达西渗流研究[J].西部探矿工程。
2010（10）:115-117[4]中国“八五”科技成果.低渗透油层多相渗流机理[M].北京:科学出版社,1996[5]闫庆来,何秋轩,任晓娟,等.低渗透油层中单相液体渗流特征研究[J].西安石油学院学报,1990,5(6):1-6.[6]吴景春,袁满,张继成,等.大庆东部低渗透油藏单相流体低速非达西渗流特征[J].大庆石油学院学报,1999,23(2):82-84[7]阮敏,何秋轩.低渗透多孔介质中新型渗流模型[J].石油勘探与开发,1996[8]程时清,徐论勋,张德超.低速非达西渗流试井典型曲线拟合法[J].石油勘探与开发,1996.[9]宋付权,刘慈群.低渗透多孔介质中新型渗流模型[J].石油勘探与开发,1996.[10]吴景春,袁满,张继成,等.大庆东部低渗透油藏单相流体低速非达西渗流特征[J].大庆石油学院学报,1999.[11]李道品,等低渗透砂岩油田开发[M].北京:石油工业出版社,1997.[12]诺曼,R莫罗.石油开采中的界面现象[M].鄢捷年等译.北京:石油工业出版1992.23~85.[13]邓英尔,闫庆来,马宝歧.表面分子对低渗多孔介质中液体渗流特征的影响[A].渗流力学进展[C].北京:石油工业出版社,1996.9.[14]阮敏.低渗透非达西流临界雷诺数实验研究[J].西安石油学院学报,19992选题研究内容及拟解决的问题达西定律中压力损失完全由粘滞阻力决定,这符合多孔介质比面大这个特点的.而在低渗透岩石中,流体在流动过程中受到岩石孔壁、粘土矿物遇水膨胀以及岩石颗粒的运移等一系列因素的影响而造成附加压力损失,所以流体在低渗透砂岩中的渗流规律不满足达西定律达西定律是渗流的基本规律,但是在低渗透油藏中,渗流表现出对达西定律的偏离,这就使我们有必要对非达西渗流进行深入的研究,从低渗透非达西渗流特征、低渗透非达西渗流模型,非达西渗流过程等几个方面的研究进展进行了总结.为从事相关工作的研究人员提供参考[3]3 方法及路线3.1 低渗透非达西渗流特征同中高渗透率油层相比，低渗透油层具有以下几个特点：低渗透油层一般连续性差、采收率与井网密度关系特别密切；低渗透油层存在“启动生产压差现象”，渗流阻力和压力消耗特别大；低渗透油层见水后，采液和采油指数急剧下降，对油田稳产造成急剧影响；低渗透油田一般裂缝都较发育，注入水沿裂缝窜进十分严重[4].室内实验结果表明,流体在低渗透储层内渗流时,存在非线性段[5,6]压力梯度超过某一定值后,渗流曲线变为直线,见图1.由图1可知,流体通过低渗岩心的渗流特征显示出弹-塑性.低渗透非达西渗流的特征可概括为以下两点.(1)在较宽的渗流速度域内,渗流过程由2个连续过渡而特性各异的渗流曲线段组成,即:低渗流速度下的凹型线性渗流曲线段;较高渗流速度下的直线段;(2)当压力梯度在比较低的范围时,渗流速度是上凹型非线性曲线。
低渗透油层非达西渗流规律的研究
图 " 阻力系数 $ —雷诺数 ! * 关系曲线
从图 " 可以看出， 曲线大体上可分成三段： 首先 是当速度非常小时 （趋于静止不动） 为斜率为 -! 的直 线； 然后是一段曲线， 曲线的斜率逐渐增大； 随着雷诺 数的进一步增大， 达到亚临界雷诺数， 变为斜率为 -" 的直线。 在这里，我们称斜率为 -! 的直线段区域为超低 速区， 外界动力不足以驱动液体使之流动， 流体基本 处于静止状态； 然后是低速区； 最后是达西流区。 达西 流动开始所对应的雷诺数称为亚临界雷诺数， 其值为
! *
这样随压力梯度的增大， 原油流动孔隙度增大， 使得 多孔介质允许流体通过的能力 （有效渗透率） 增大。
即
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*,) 超低速区
即斜率为 ’! 的直线区域，由于原油在孔隙介质 中形成一定的网络结构， 束缚住其中的流体， 并且其 强度大小与流体和多孔介质有关。即：
& ’ )*+,# % ’ ’ (
（" ）本 文 首 次 给 出 启 动 压 力 梯 度 的 表 达 式 及 低 速非线性运动方程。 （! ）低渗透油层中渗流规律可描述为， 在低速下 为非达西流， 并且随着流速的增加， 达到亚临界流速 后转变为达西流。 原油粘度越大， 亚临界流速越 （# ）渗透率越低， 大， 非线性渗流区域越大， 油井的产能大大降低。 缩小井距， 减小非线性渗流 （1 ）适当加密井网， 范围， 可以提高产能。 （2 ） 本研究不涉及高速紊流区。 符号注释
低速非达西流压裂液滤失系数计算方法研究
一组可变弹簧吊 架 处，操 作 工 况 下，因 方 案 二 设 置 较 多 的 弹 簧
综上，两种方 案 各 有 其 优 势 与 劣 势。 在 管 道 设 计 工 作 中，
支架，荷载分配较为均匀，没有较大的集中荷载出现。
因方案一的可靠性和安装便利性，成为优选方案。如考虑设备
表中 Ｎ１和 Ｎ２表示罐顶的两个卸料管口。从表 １中的数 管口荷载和结构设计的合理性，方案二更具优势。在设计过程
第 １１期
辛莹娟，等：低速非达西流压裂液滤失系数计算方法研究
在界面处 ｓ（ｔ）＝ｂ槡ｔ，压力连续，则有 ｐ１＝ｐ２
·８７·
若参数给定，可通过（１０）迭代计算出常系数 ｂ。 其中：
其中 ｂ由式（１０）迭代解出。
３ 影响因素分析
从推导中可看出，压裂液的滤失系数随着孔隙度 、压裂液 粘度 μａ等影响因素的变化而变化。
４ 论
本文提出的压裂液滤失模型是将地层中液体流动视为非
达西流，裂缝中液 体 流 动 视 为 达 西 流，更 加 贴 近 于 低 渗 透 储 层
的实际情况，此模型计算得出的低渗透储层的压裂液滤失系数
更为准确。另外，本文还通过 Ｍａｔｌａｂ软件绘制典型图版曲线，
更加明确的说明了压裂液滤失系数的影响因素。
由于界面处 ｓ（ｔ）＝ｂ槡ｔ，其流速连续，则：
将
图 ２ 随孔隙度的变化图 假设： ① 油藏流体有轻微的压缩性； ② 地层中液体流动视为非达西流，裂缝中液体流动视为达 西流； ③ 滤液以活塞流的方式驱动油藏流体。
则： 将
代入（２．６）有： 代入（２．６）有：
收稿日期：２０１９－０３－２５ 基金项目：校级科研项目：斜井试井分析技术开发及应用（项目编号为：２０１８ＫＹＣ０６） 作者简介：辛莹娟（１９８６—），女，陕西咸阳人，助教职称，工学硕士，２０１１年毕业于西安石油大学油气田开发工程专业，研究方 向为油气田开发。
(整理)低渗透非达西流的进展
一低渗透非达西流的进展无论在地下水领域还是石油工程领域以及核废液处理工程中，由于不同原因都存在对地下水污染问题，而研究地下水的污染，需要从渗流方程和溶质运移方程耦合角度出发，才能得到比较理想结果Hansbo 、Mitchell、Miller 都曾发现低渗透介质中的非达西现象,这些现象包括随着水力梯度的变化渗透率发生明显的变化(即流速与水力梯度呈非线性比例关系) 和所谓的“启动压力梯度”(低于启动压力梯度渗流不会发生) 。
“八五”研究表明,低渗透多孔介质渗流曲线表现出非达西渗流特征。
吴景春、闫庆来等通过室内实验证明流体在低渗透储层内渗流时,存在非线性段和启动压力梯度。
陈永敏通过实验,针对低速非达西渗流曲线普遍近似于线性通过坐标原点的表观现象,用实验数据特征分析的方法,论证了存在渗流启动压力和低速渗流时出现非线性的规律。
低渗透介质上界限因工程需要不同而划分不同,即使在同一工程界学者划分的依据也不一样。
尽管低渗透介质上界限因不同行业而要求不同,但是资料表明,渗透率越小,非线性特征越明显。
虽然背离达西定律的低渗渗流有很多,但是有一部分是由实验误差或错误造成的。
这些实验误差和错误主要包括:测量水力梯度上的错误、细菌和微粒阻塞、泄漏、骨架的变化以及气体的产生和溶解等。
当前还有部分学者对低渗非达西渗流的存在还存在异议,认为低渗非达西渗流是由实验误差和错误产生的。
他们否认低渗非达西渗流存在的证据有:1) 一些精心进行的试验是达西流[16 ,17 ] ; 2) 所发现的所谓非达西流在类型和量级上都不一致。
例如通常认为粘土中的渗流是低渗非达西渗流,存在启动压力梯度(有的高达30) 。
但是王秀艳[18 ] 通过实验发现,粘土中的水渗流不存在启动压力梯度和临界压力梯度。
王慧明[19 ] 分析了产生这种现象的原因:1) 实验中非达西现象不明显,实验失真;2) 实验者按常规思维把异常现象当误差处理。
他提出了两种改善方法:1) 设计能够测量试样中微小流速的方法;2) 在非稳定流试验中开发监测非稳定流压力的新技术。
低渗非达西渗流特征
6.3 低渗透储层中地层压力、压力梯度、 视渗透率分布
示意图
压 力 分 布
水井 压
油井
压 力 梯 度 分 布
压
gradPC
视 渗 透 率 分 布
压
r1
KSC D
r2
34
6.4 低渗透储层中视渗透率分布：
注水井附近地层压力梯度大，视渗透率大， 影响范围称为易流动半径，但范围小；
注采井之间地层压力梯度小，视渗透率小， 影响范围大，称为不易流动带，对注水开发 造成极为不利的影响；
13
2.2 低渗非达西渗流特征曲线
拟启动压力梯度 在非线性段上任一点作切线，切线都会与压力梯
度轴有一正值交点，称为拟启动压力梯度 gradPb
在非线性段随压力梯度的增大，拟启动压力梯度 增大。
在拟线性段拟启动压力梯度为定值。
14
（三） 低 渗 非 达 西 渗 流 机 理
启动压力梯度 流动孔隙数 附加渗流阻力
36
（七）低渗透油田 改善注水开发效果的途径
37
7.1 扩大易流动半径
❖ 通常采用压裂改造的方法
❖ 使注入水能够进入地层深处，提高注水量
❖ 生产井能够得到地层深处的流体供给，提高采 液量
❖ 同时能减小不易流动带，提高生产压差
38
7.2 减小不易流动带
❖ 适当减小注采井距，减小不易流动带， 提高地层压力梯度和视渗透率。
15
3.1 启动压力梯度
固液界面存在分子作用力，形成吸附滞留层。 吸附滞留层的厚度约为0.1μm。 低渗多孔介质孔隙孔道细小，孔径和吸附滞留层厚 度在同一数量级，甚至更小。 细小孔隙中，吸附滞留层对流体流动的影响不可忽 略，存在启动压力梯度。
《非达西渗流实验研究及数学描述》范文
《非达西渗流实验研究及数学描述》篇一一、引言渗流现象在地质学、石油工程、地下水动力学等多个领域具有重要应用价值。
传统上，达西定律被广泛用于描述渗流过程，但在某些特殊情况下，如高流速、多孔介质、非均匀流等复杂条件下的渗流行为，其应用效果可能会受到一定程度的限制。
为了更好地理解并描述这些复杂的渗流过程，非达西渗流理论逐渐引起了学界和工业界的广泛关注。
本文通过实验方法对非达西渗流现象进行研究，并对其数学描述进行探讨。
二、非达西渗流实验研究1. 实验设备与材料实验设备主要包括高压渗透仪、多孔介质材料（如砂石、玻璃珠等）、测量仪器等。
其中，多孔介质材料的选择对实验结果具有重要影响，应尽量选择具有不同孔径、孔隙率等特性的材料。
2. 实验方法与步骤（1）制备不同特性的多孔介质样品；（2）在高压渗透仪中设置不同流速和压力条件；（3）观察并记录渗流过程中的流量、压力变化等数据；（4）对实验数据进行处理和分析。
3. 实验结果与分析通过实验，我们观察到在非达西渗流条件下，流量与压力之间的关系不再遵循传统的线性关系。
随着流速的增加，渗流过程表现出明显的非线性特征。
此外，多孔介质的特性对渗流过程具有显著影响，如孔径大小、孔隙率等都会影响渗流速度和压力分布。
三、非达西渗流的数学描述为了更好地描述非达西渗流过程，我们引入了非线性渗流模型。
该模型考虑了多孔介质特性、流速、压力等多种因素，能够更准确地反映实际渗流过程中的非线性特征。
通过对实验数据的拟合和分析，我们可以得到模型中的相关参数，从而对渗流过程进行定量描述。
四、结论本文通过实验方法对非达西渗流现象进行了研究，并对其数学描述进行了探讨。
实验结果表明，在非达西渗流条件下，流量与压力之间的关系表现出明显的非线性特征。
为了更好地描述这一过程，我们引入了非线性渗流模型。
该模型能够考虑多种因素，包括多孔介质特性、流速、压力等，从而更准确地反映实际渗流过程中的非线性特征。
通过对模型参数的拟合和分析，我们可以对渗流过程进行定量描述。
低渗透非达西渗流研究
｛（ Ｊ Ｊ＜ ｆ ． ｏ ＞ｏ ０ 一 Ｋ， ）Ｊ Ｊ。
（） ２
式中：。 Ｊ——拟启动压力梯度， 为低渗透介质线性渗流 段的延长线与压力梯度轴的交点 ， 如图 ２ ｂ所示 。 （） Ｈ ｌ Ｅ根据启 动压力 梯度 Ｊ 给 出如下 的表达 ａｘ］ ｅ‘ 。
式：
一
自发现非达西渗流现象 以来 ， 许多学者都在研究造 成非达西渗流的原因。一般认为孔隙吼道狭窄、 孔隙的 连通性差 、 岩石的渗透率低、 均质性差是造成非达西渗 流 的主要 原 因 。而造 成渗 透率低 、 质性差 的原 因有 以 均 下两个方 面 引： （） １砂岩 的沉积成 因。岩石颗粒 的大小 、 分选性 、 排 列、 胶结物成份等都与物源和沉积环境有关 ， 而这些因
ｆ ０ 一 ０ Ｊ” ／ １ Ｊ ＜ 。 Ｊ ＜Ｊ Ｊ 。 ＜ （） １
【 （ Ｋ ，一Ｊ ） ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
＞Ｊ
式 中 溉 Ｊ （＜ １— — 与岩体 性质 及 流体性 质 相关 的 常 咒 ）
作者简介 ： 莹娟 （９ ６） 女（ 辛 １ ８ 一 ， 汉族 ）陕西咸阳人 ， ， 西安石油 大学在读硕士研究生 ， 研究方 向 ： 田开发工程 。 油气
＊ 收 稿 日期 ：０ ００ —５ ２ １－ １２
△Ｐ
圈 １ 低 渗 透 非 达 西 渗 流 特 征 曲线
对于低渗透储层 的非达西渗流 ， 人们一直在探索启 动压力梯度的机理和非达西渗流 的影响因素 以及建立 简单适用 的非达西渗流运动方程 。 ２ 低渗 透 非达 西渗流 模型 低渗非达西渗流模型与运动方程 ， 不同的研究者通 过 实验 和理论 分析 ， 出 了不 同的表达 。下 面列 出 比较 得 有代 表性 的几 种 。 阮敏［等给出了用分段函数表示的运动方程 ： ２
低渗敏感性油藏有效开发技术探索
Ｙ Ｉ Ｎ Ｚ ｈ ａ ｏ ｊ ｕ ｌ Ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐ ｌ ａ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ｌ ｉ Ｏｉ ｌ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ， Ｄ ｏ ｎ ｇ ｙ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ ２ ５ ７ ０ ０ ０ ）
砂 管柱 ．在强化冷采前 ，实施注氮增能．通过 实施 注氮参数优化，闷井周期筛选，实现增能助排 ，强
化冷采 ．
单元的有效开发 ．
参考文献：
［ １ 】 白一 男，惠晓莹． 低渗透储层敏感特征分析 【 Ｊ 】 ．
中国利 嵌 信 息，２ ０ ０ ９（ １ ７ ） ：４ ２ － ４ ６ ．
ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ ｍｕ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎｔ ｉ ｎ ｈｅ ｔ ０ ｉ １ ｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｉ ｒ ， ｈｉ ｇ ｈ － ｓ ｅ ｎｓ ｉ ｉ ｔ ｖ ｉ ｔ ｙ — ｃ ａ ｕｓ ｅ ｄ ｄ ｉ ｉｃ ｆ ｕ ｌ ｔ ｙ ｉ ｎ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｉ ｎｇ ． ｉ ｔ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｓ ａ
全过程实施油层保护 ．针对油藏具有强敏感 、 低 渗透 的特点，油层保护是否到位是决定开发效果 的关键 ，更是整个钻采工艺配套的灵魂 ．在开发过 程中 ， 注重全过程油层保护 ， 从钻井、完井 、作业、 开采这四个环节 ，节节入手 ，配套工艺保护措施， 另外通过应用低前置、高沙 比的施工模式 ，及时利
非达西渗流效应对低渗气藏水平井产能的影响
［ ５ ］ 何军， 胡永乐 ， 何东博 ， 等． 低 渗 致 密气 藏 产 能 预 测 方 法 ［ Ｊ ］ ． 断 块 油
气 田， ２ ０ １ ３ ， ２ ０ （ ３ ） ： ３ ３ ４ — ３ ３ ６ ．
［ ６ ］ 朱 光亚， 刘先贵 ， 李树铁 ， 等． 低 渗 气 藏 气 体 渗 流 滑 脱 效 应 影 响 研 究
６ １ ０
断
块
油
气
田
２ ０ １ ３年 ９月
增 加 幅度则 相应 提 高 ， 其 中， 在 高流压 阶段 产气 量 增加 幅度 较低 ， 而 在低 流 压 阶段产 气 量 增 幅较 高 （ 见图 ３ ） 。 当滑脱 因子 分别 取 ０ ， ０ ． １ ， ０ ． ５ ， １ ． ０ ， ２ ． ０ ＭＰ ａ时 ，气 井 的 无 阻 流 量 与 不 考 虑 滑 脱 效 应 时 相 比 分 别 增 加 了
４ 结 论
１ ） 从低 渗 气 藏 非线 性 渗 流 特 征 出发 ， 基 于岩 石 本 体有 效应 力 的理论 ．推导 出低 渗气 藏水 平气 井 的产 能 模型， 该模 型综合 考虑 了启 动 压力梯 度 、 滑脱 效应 和应
【 ９ ］ 杨学 云， 张学婧 ， 蒋 国斌 ， 等． 启动压力梯度影响下低渗透气藏水平
井产能的影响 ［ Ｊ ］ ． 断块油气 田， ２ ０ １ １ ， ３ ５ （ ２ ） ： ７ ８ ． ８ １ ． ［ １ ３ ］李 传 亮 ． 储层岩石 的应力敏 感性评价方 法 ［ Ｊ ］ ． 大 庆 石 油 地 质 与 开
发， ２ ０ ０ ６ ， ２ ５ （ １ ） ： ４ ０ — ４ ２ ．
［ １ ４ ］张 楠 ， 王 晓琴 ， 徐锋 ， 等． 启 动 压 力 梯 度 和 应 力敏 感 效 应 对 低 渗 透 油 藏 直 井 产 能 的影 响 ［ Ｊ ］ ． 特种油气藏 ， ２ ０ １ ２ ， １ ９ （ １ ） ： ７ ４ — ７ ７ ．
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低渗透非达西渗流研究辛莹娟*(西安石油大学,陕西西安710065)摘 要:达西定律是渗流的基本规律,但是在低渗透油藏中,渗流表现出对达西定律的偏离,这就使我们有必要对非达西渗流进行深入的研究,从低渗透非达西渗流特征、低渗透非达西渗流模型、造成非达西渗流的原因、低渗非达西渗流的判据以及非达西渗流的计算方法等几个方面的研究进展进行了总结,并对非达西渗流的发展提出展望,为从事相关工作的研究人员提供参考。
关键词:低渗透油藏;达西定律;非达西渗流;启动压力梯度中图分类号:TE348 文献标识码:A 文章编号:1004 5716(2010)10 0115 03随着中国石油工业的发展,低渗透油藏在开发中所占的比例越来越大。
低渗透油藏是我国今后乃至相当长一段时间内增储上产的主要资源基础。
要合理高效地开发这些低渗透油藏,就需要充分合理的认识低渗透油藏本身所具有的特殊规律及其特性参数,并准确地描述低渗透油藏的渗流规律。
达西定律表示压力损失完全由粘滞阻力决定,这是符合多孔介质比面大这一特点的。
液体与固体的接触面大,粘滞损失大,因而,在多数情况下是服从达西定律的,而在低渗透砂岩中,流体在流动过程中受到岩石孔壁、粘土矿物遇水膨胀以及岩石颗粒的运移等一系列因素的影响而造成附加压力损失,所以流体在低渗透砂岩中的渗流规律不满足达西定律。
低渗透介质中不符合达西定律的流体的流动称为低渗透非达西渗流。
1 低渗透非达西渗流特征低渗透非达西渗流的特征可概括为以下两点[1]: (1)在较宽的渗流速度域内,渗流过程由2个连续过渡而特性各异的渗流曲线段组成,即:低渗流速度下的凹型线性渗流曲线段;较高渗流速度下的直线段;(2)当压力梯度在比较低的范围时,渗流速度是上凹型非线性曲线。
当压力梯度增大时,渗流速度直线性增加,出现线性渗流区,线性渗流区与达西性渗流的差异在于其直线段的延伸与压力梯度相交于某一点而不经过坐标原点,称该交点处的压力梯度为拟启动压力梯度。
非达西渗流过程可以用图1进行描述:A点为液体开始流动的启动压力梯度,AD线段为液体流速呈下凹增加的实测曲线,DE线段为实测的达西渗流直线。
D点为由曲线变为直线的临界压力梯度。
C为DE直线延伸与压力梯度坐标的交点,通常称为拟启动压力梯度。
直线(即DE线)延长线(即DC线)不通过坐标原点,这是非达西渗流的主要特征。
图1 低渗透非达西渗流特征曲线对于低渗透储层的非达西渗流,人们一直在探索启动压力梯度的机理和非达西渗流的影响因素以及建立简单适用的非达西渗流运动方程。
2 低渗透非达西渗流模型低渗非达西渗流模型与运动方程,不同的研究者通过实验和理论分析,得出了不同的表达。
下面列出比较有代表性的几种。
阮敏[2]等给出了用分段函数表示的运动方程:v=0 J<J01J n J0<J<J cK(J-J b) J>J c(1)式中: 1J n(n<1) 与岩体性质及流体性质相关的常1152010年第10期 西部探矿工程*收稿日期:2010 01 25作者简介:辛莹娟(1986 ),女(汉族),陕西咸阳人,西安石油大学在读硕士研究生,研究方向:油气田开发工程。
数;J 0 启动压力梯度;J b 拟启动压力梯度;J c 临界压力梯度,如图2(a)所示。
程时清[3]给出了忽略非线性段的存在启动压力模型:v =K (J -J 0) J >J 00 J <J 0(2)式中:J 0 拟启动压力梯度,为低渗透介质线性渗流段的延长线与压力梯度轴的交点,如图2(b)所示。
H alex [4]根据启动压力梯度J 0给出如下的表达式:v =K n (J -J 0)2(3)式中:K n 低于达西定律下限时介质的渗透系数;J 0 启动压力梯度,如图2(c)所示。
吴景春[5]认为,所有低渗非达西渗流曲线由3种基本曲线组成,组合形式有2种。
3种基本曲线为:v =aJ b J <J c ,a >0,b >1aJ b J <J c ,a >0,0<b <1K (J -J 0) J >Jc(4)式中:v 渗流速度;K 渗透系数;J 压力梯度;a 、b 待定系数,与岩石及流体性质有关;J 0 拟启动压力梯度;J c 临界压力梯度,如图2(d)所示。
图2 低渗透非达西渗流模型由于低渗非达西渗流研究才刚起步,到目前为止,还没有一个公认的可以用来求解低渗透问题的数学模型。
但是所有低渗透非达西渗流的数学模型都存在以下共同点:随着压力梯度的变化渗透率发生明显的变化或者存在启动压力梯度。
3 造成非达西渗流的原因自发现非达西渗流现象以来,许多学者都在研究造成非达西渗流的原因。
一般认为孔隙吼道狭窄、孔隙的连通性差、岩石的渗透率低、均质性差是造成非达西渗流的主要原因。
而造成渗透率低、均质性差的原因有以下两个方面[6]:(1)砂岩的沉积成因。
岩石颗粒的大小、分选性、排列、胶结物成份等都与物源和沉积环境有关,而这些因素都影响到岩石的渗透率。
一般低渗透储层都为近物源沉积和远物源沉积。
近物源沉积的颗粒未经过长距离的搬运及沉积下来,颗粒大小相差悬殊,分选性较差,不同粒径颗粒堆积在一起以及泥质充填在颗粒孔隙建造成孔隙度减小,渗透率降低。
远物源沉积,通常碎屑物质经过长距离的搬运,颗粒较细,悬浮物较多,成岩后形成孔隙细小,泥质等含量较多的低渗透岩石。
(2)成岩作用及后生作用。
成岩后,岩石在压实、胶结及溶蚀作用下,岩石的孔隙度渗透率将发生很大的变化。
在上覆沉积物的作用下,沉积物的孔隙空间和总体积将不断的降低。
沉积物中的矿物质使散砂变为岩石的过程中,石英次生加大、碳酸盐岩胶结等作用同时也使得砂层的孔隙度、渗透率降低。
此外一些特别致密的储层,在溶蚀作用下也会导致致密岩石变为具有储积能力的低渗透岩石。
4 低渗非达西渗流的判据流体在低渗介质中渗流受到许多因素的影响,什么条件下流体为达西渗流,什么条件下流体为非达西渗流,一些研究者对此进行了深入的研究。
在非达西渗流规律研究中,判别非达西渗流的主要依据是渗流曲线呈现非线性曲线形态和不通过坐标原点的特征,但仅从实验的曲线形态上有时难以确定非达西渗流规律特征。
因此研究流体在多孔介质中渗流是否服从达西定律时,大多数情况下采用雷诺数这一准数,因为雷诺数反映了储层(储层孔隙度、渗透率)、物性条件(流体密度、粘度)的综合影响。
但是不同的学者通过实验给出的临界雷诺数值是不同的,所以用雷诺数作为判断流体渗流是否服从达西定律的依据是不全面的。
阮敏[7]在这方面做了深入的研究,他们通过实验采用蒙特卡洛数值解法来确定临界点,克服了早期利用图版法确定临界点的不足;同时他们还提出一种临界参数判别法,用于判定低渗透介质中的渗流形式,并给出了粘度与渗透系数之间的临界曲线方程,在低渗透非达西流综合方面提出了压力数 N 的概念。
N = 2K R r(5)116 西部探矿工程 2010年第10期式中: 粘度系数;K 渗透率;流体密度;rR孔喉比;N 对流体通过多孔介质难易程度的一个度量。
N大则表示流体在该孔隙介质中的渗流比较困难,即流体运移时所要克服的综合阻力大。
相反, N小则表示流体运移时所要克服的阻力小,其渗流变得比较容易。
也就是说,运动粘度为v的流体在渗透率为K、孔喉比为rR的孔隙介质中渗流时, N值越小,所反映的拟启动压力越小,则渗流规律越靠近达西流,当 N小于某个值时,拟启动压力的值变得很小或趋近于零,此时渗流就表现为达西流特征; N值越大,所反映的拟启动压力越大,曲线越偏离达西特征,当 N 大于某个值时,拟启动压力对渗流的影响变得不可忽略,渗流就表现为非达西流特征。
上述判定非达西渗流的方法是在一定的渗流环境中得到的,其普遍适用性有待进一步的验证,对于综合判据方面研究有待进一步的深入研究。
5 非达西渗流的计算方法低渗透介质中的非达西渗流是客观存在的,非达西渗流在计算上的困难主要是模型的非线性问题。
因此对于非达西渗流问题计算方法的研究一直是求解非达西渗流问题的非常重要的方向。
目前,常用的方法有有限差分法、有限元法、有限体积法和边界元法。
由于有限差分法原理易懂、算式简单、理论基础成熟,因此用的较为普遍,但该方法在处理网格方向、复杂边界及稳定性方面,具有较大的局限性。
有限元法在模拟曲线边界和各向异性渗透介质方面比有限差分法具有较大的灵活性,但是它的计算模式比较复杂,计算量比较大、时间较长,需占大量的计算机内存,往往导致一般计算机难以胜任,而且不太适宜处理点源或点汇问题;边界元法的特点在于将数值方法与解析解有机结合,但是在推导方程及对非均质渗透介质问题的应用尚存在很大的困难,所以目前还未获得普及应用。
6 展望低渗透非达西渗流作为一个新的研究方向,还需要更多的工作要做,例如:对非达西渗流形成机理的研究,对非达西渗流出现判据的研究,尤其是综合判据的研究;低渗非达西渗流解法的研究,将解析解与数值解作对比研究;拓宽低渗非达西渗流的应用领域,借鉴油气藏领域的研究成果来研究其他领域的低渗非达西渗流。
低渗非达西渗流方面的研究才刚刚起步,理论还不完善,作用机理亟待弄清,应用范围有待拓宽,这就需要研究者不断地发展和完善理论,不断开拓应用领域,以使低渗透介质非达西渗流研究能得到更好的发展。
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