质量守恒定律

流体及多孔介质的力学性质－ 流体及多孔介质的力学性质－粘度与粘滞力
有两层作相对运动的 流体， 流体，两流层的接触 面积为A，相距 。 面积为 ，相距dy。 I层流速为 I层流速为v＋dv，II 层流速为v＋dv， 层流速为v， 层流速为 ，由于两 层流速不等， 层流速不等，相对运 动而产生粘滞力。 动而产生粘滞力。
1g/(cms)=1[P]=100cP
流体粘度大小的影响因素
流体及多孔介质的力学性质－ 流体及多孔介质的力学性质－岩石及流体的压缩性与弹性力
在油气层开采以前，油层内岩石和流体都处于均衡受压状态，各种力是互相平衡的。当油气 在油气层开采以前，油层内岩石和流体都处于均衡受压状态， 各种力是互相平衡的。 层投入开采之后，油气层内的压力不断降低， 层投入开采之后，油气层内的压力不断降低，上覆岩柱压力和岩石内流体压力之间形成压力 差，迫使岩石颗粒变形，排列更加紧密，表现为岩石孔隙体积的减少，由于孔隙体积的减少， 迫使岩石颗粒变形，排列更加紧密，表现为岩石孔隙体积的减少，由于孔隙体积的减少， 对孔隙中的流体产生弹性力，驱动流体运动。 对孔隙中的流体产生弹性力，驱动流体运动。 岩石颗粒变形后，孔隙体积的缩小程度，取决于岩柱压力 外压 和油气层流体压力(内压 外压) 内压)的差 岩石颗粒变形后，孔隙体积的缩小程度，取决于岩柱压力(外压 和油气层流体压力 内压 的差 值，同时还与岩石本身的压缩性质有关。岩石的压缩性常用压缩系数来表示： 同时还与岩石本身的压缩性质有关。岩石的压缩性常用压缩系数来表示：
φi = φi (∆Vi ) = (∆Vv )i / ∆Vi
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连续介质场－ 连续介质场－定义
用理想的连续介质代替真实的多孔介质系统， 用理想的连续介质代替真实的多孔介质系统，在这种连续 介质系统中的任何性质都可以用连续性方程来定义， 介质系统中的任何性质都可以用连续性方程来定义，这种 连续系统中流动的场叫做连续介质场． 连续系统中流动的场叫做连续介质场．
CL
∆VL 1 = − i VL ∆p
流体及多孔介质的力学性质－ 流体及多孔介质的力学性质－岩石及流体的压缩性与弹性力
气体的压缩性与液体相比要大得多。气体体积的压缩或膨 气体的压缩性与液体相比要大得多。 胀，对于理想气体，服从波义耳定律；对于真实气体需加 对于理想气体，服从波义耳定律； 上压缩系数的影响并进行修正。 上压缩系数的影响并进行修正。 综合弹性压缩系数，它的定义是：每降低一个大气压时， 综合弹性压缩系数，它的定义是：每降低一个大气压时， 单位体积岩石中，孔隙及液体总的体积变化。 单位体积岩石中，孔隙及液体总的体积变化。
C = C f + φ CL
流体及多孔介质的力学性质－ 流体及多孔介质的力学性质－油气层中的表面性质和毛细管力
油气层是由无数个微小的毛细管联接组成的， 油气层是由无数个微小的毛细管联接组成的，这些毛细管 纵横交错，四通八达，当渗流由一种流体驱替另一种流体 纵横交错，四通八达， 时，在两相界面上会产生压力跳跃，它的大小取决于分界 在两相界面上会产生压力跳跃， 面的弯曲度(曲率) 这个压力跳跃就称为毛细管压力， 面的弯曲度(曲率)，这个压力跳跃就称为毛细管压力，用 pc来表示。 来表示。
连续介质场－连续流体
引入统计力学方法，该方法不以个别分子为对象， 引入统计力学方法，该方法不以个别分子为对象， 而是由很多分子组成的“系统”作为研究对象， 而是由很多分子组成的“系统”作为研究对象，对 流体的每一个分析结果和试验结果都以统计学的形 式表现出来，从而确定连续测量的平均值． 式表现出来，从而确定连续测量的平均值． 当放弃了用分子作为对象的处理方法后，就可以忽 当放弃了用分子作为对象的处理方法后， 略实际流体的结构而看成是连续流体的现象来描 述．
C
f
=
∆ V V
f
f
1 i ∆ p
它表示油层压力每降低一个大气压时， 它表示油层压力每降低一个大气压时，单位体积岩石中孔隙 体积的缩小值。 体积的缩小值。
流体及多孔介质的力学性质－ 流体及多孔介质的力学性质－岩石及流体的压缩性与弹性力
岩心中的流体( 岩心中的流体(油、水、天然气)也具有压缩性，当作用于 天然气)也具有压缩性， 流体上的外力增加时，其体积会缩小，反之会膨胀。在油 流体上的外力增加时，其体积会缩小，反之会膨胀。 气层开采过程中，当油气层压力降低时，流体体积膨胀， 气层开采过程中，当油气层压力降低时，流体体积膨胀， 产生弹性力，推动流体流入井底。 产生弹性力，推动流体流入井底。
两相渗流规律
油气田开发过程中，两相(油水、油气、气水) 油气田开发过程中，两相(油水、油气、气水)同时渗流的 现象是经常发生的，在两相流动中．阻力明显增加。这是 现象是经常发生的，在两相流动中．阻力明显增加。 因为对其中一相来讲，另一相可以看成是地层骨架的增加， 因为对其中一相来讲，另一相可以看成是地层骨架的增加， 因此孔隙缩小，阻力增大，渗透率减小。但是对两相各自 因此孔隙缩小，阻力增大，渗透率减小。 渗透率之和，经实验证明，并不等于单相流动时的绝对渗 渗透率之和，经实验证明， 透牢，即： 透牢，
L ] T2
M ρ= V
Pa = M
M = [ ρ L3 ]
a =[
pa = [ ρ L4T −2 ]
pa = a ρ v 2 ∆ L
注意量纲的一致性
流体及多孔介质的力学性质－ 流体及多孔介质的力学性质－粘度与粘滞力
粘滞性是流体的一种特殊属性。在流动的流体中， 粘滞性是流体的一种特殊属性。 在流动的流体中 ， 如果各层流体流速 不同，在两层接触而又具有不同流速的流层之间，将有一对作用力和反 不同， 在两层接触而又具有不同流速的流层之间， 作用力，使原来快的流层减速，而慢的流层加速。 作用力，使原来快的流层减速，而慢的流层加速。这一对等值而又相反 的力阻碍着流层的相对运动，称为内摩擦力(或粘滞力 或粘滞力)。 的力阻碍着流层的相对运动，称为内摩擦力 或粘滞力 。流体的这种属 性叫粘滞性，度量粘滞性大小的参数叫粘度。 性叫粘滞性，度量粘滞性大小的参数叫粘度。
连续介质场
用确切的方法来描述在多孔介质内部固体表面 的几何形状是办不到的； 的几何形状是办不到的；同样用确切方法描述空间 包含的流体与多孔介质联系起来发生的各种微观物 理现象也是很困难的．在渗流力学研究中应用连续 理现象也是很困难的． 理论来研究流体和多孔介质是一种最基本的方法
连续介质场－连续流体
流体有分子组成，存在两种力， 流体有分子组成，存在两种力，一是分子之 间相互碰撞；同时与分子所处的容器壁碰撞， 间相互碰撞；同时与分子所处的容器壁碰撞，按 照经典力学理论可以充分描述一个给定的分子系 统，若给出它们在空间的原始位置和它们的力矩， 若给出它们在空间的原始位置和它们的力矩， 则可以推算出它们以后的位置， 则可以推算出它们以后的位置，但是该方法对于 地下储层及其中蕴藏的流体难以实现． 地下储层及其中蕴藏的流体难以实现．
pz = γ Z
流体及多孔介质的力学性质－ 流体及多孔介质的力学性质－重力与重力势能
如图所示， 点来说， 如图所示，对M点来说，液源压力作用于该点上，推动 点的流体质点 点来说 液源压力作用于该点上，推动M点的流体质点 流入井A， 流入井 ，这种邻近流体重力势能产生的压力将作为动力推动液体流入 井中；另一种情况是流体质点本身具有的重力势能，当该点向上运动 如 井中；另一种情况是流体质点本身具有的重力势能，当该点向上运动(如 M’点向井 流动 时它表现为阻力，当该点向下运动 如M点向井 流动 时 点向井B流动 时它表现为阻力，当该点向下运动(如 点向井 流动)时 点向井A流动 点向井 流动)时它表现为阻力 它表现为动力。 它表现为动力。
dv F = µA dy
粘度的物理意义：流速梯度为 时 粘度的物理意义：流速梯度为1时，作用 于流层单位面积接触面上的力。 于流层单位面积接触面上的力。
流体及多孔介质的力学性质－ 流体及多孔介质的力学性质－粘度与粘滞力
粘度单位：当粘度单位以 表示时， 粘度单位：当粘度单位以g/(cm·s)表示时，1g/(cm·s) 表示时 称为“ ）。由于 单位太大， 称为“泊”（P）。由于“泊”单位太大，在渗流力 ）。由于“ 学中常用1／ 泊作为计算单位 称为“厘泊” 泊作为计算单位， 学中常用 ／l00泊作为计算单位，称为“厘泊”，记 为cP，即： ，
连续介质场－连续流体
放弃分子分析方法 选择质点分析方法 如何保证所选质点具有普遍的物理意义？
∆M i ρ ( p ) = lim ρi = lim ∆Vi →∆V0 ∆Vi →∆V0 ∆V i
特征体积∆V 特征体积∆V0称做 “在数学点p “在数学点p上流 体的质点( 体的质点(或称物理 点)”。而体积∆V0就 )”。而体积∆V 可以看做是在p 可以看做是在p点 上质点的体积。用 这样的质点组成的 流体就叫做连续流 体。
流体及多孔介质的力学性质－ 流体及多孔介质的力学性质－重力与重力势能
流体的重力用重率表示： 流体的重力用重率表示：
G γ= V
dyn/cm3或kg/cm3
由于重量本身是一种力，在渗流过程重， 由于重量本身是一种力，在渗流过程重，流体的重 力和它的相对位置联系起来，就表现为重力势能， 力和它的相对位置联系起来，就表现为重力势能， 这种重力势能用压力表示为： 这种重力势能用压力表示为：
质量守恒定律 状态方程
薛社军
提
多孔介质
质量守恒定律 连续性方程） （连续性方程） 描述多孔介质中的 连续流体
纲
连续介质场 流体及多孔介质的力学性质 两相渗流规律 两相渗流的连续性方程 液体的状态方程
状态方程
气体的状态方程 岩石的状态方程
多孔介质
储容性：绝对孔隙度＼有效孔隙度 渗透性：多孔介质让流体通过的性质 单位：达西：物理意义 绝对渗透率＼有效渗透率＼相对渗透率 比表面大：单位体积的岩样内所有颗粒的总表面积称为岩石的比面＼ 摩擦阻力 孔隙结构复杂：粒间孔隙＼纯裂缝结构＼双重＼三重
连续介质场－连续多孔介质
只把流体看成是连续介质还不能解决渗流力学研究方法的 困难。因为渗流是指流体在多孔介质中的流动， 困难。因为渗流是指流体在多孔介质中的流动，而多孔介 质具有复杂的结构和孔隙几何形状极不规则的特性。 质具有复杂的结构和孔隙几何形状极不规则的特性。 要研究复杂多孔介质中的流动问题， 要研究复杂多孔介质中的流动问题，除了把流体看成连续 介质之外．还必须把多孔介质也看成是连续的。因此， 介质之外．还必须把多孔介质也看成是连续的。因此，还 要用连续的方法来研究多孔介质。 要用连续的方法来研究多孔介质。
连续介质场－连续流体
除了流体的密度性质之外，还有其他的各种物理性质， 除了流体的密度性质之外，还有其他的各种物理性质，或 者还会产生其他物理现象。如粘度等性质，以及扩散、 者还会产生其他物理现象。如粘度等性质，以及扩散、传 质、热量和能量的交换等物理现象。这些问题从本质上说 热量和能量的交换等物理现象。 都是分子不停运动的结果。 都是分子不停运动的结果。同样将不以个别分子的传递现 象作为研究对象， 象作为研究对象，用连续的方法看成是连续流体产生的各 种物理现象。当然有时偶尔也需要解释某些微观现象， 种物理现象。当然有时偶尔也需要解释某些微观现象，它 们关系到基本分子的性质， 们关系到基本分子的性质，也可以反过来用分子观点来论 述。
连续介质场－ 连续介质场－连续多孔介质
关键问题：如何定义多孔介质中一点Ｐ 关键问题：如何定义多孔介质中一点Ｐ的典型单元体积的 尺寸？ 尺寸？ 比整个流动区域小，同时要比单个孔隙体积大．这样， 比整个流动区域小，同时要比单个孔隙体积大．这样，这 样典型单元体积中必须包含一定数量的孔隙以符合连续系 统中的统计平均数的要求． 统中的统计平均数的要求．
流体及多孔介质的力学性质－质量与质量力（惯性力） 流体及多孔介质的力学性质－质量与质量力（惯性力）
质量：惯性大小的量度，在渗流过程中表现为惯性力， 质量：惯性大小的量度，在渗流过程中表现为惯性力，其质量特性用 流体的密度来描述． 流体的密度来描述． 惯性力如何用压力表示？ 惯性力如何用压力表示？
dv = Ma dt