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
指岩石的孔隙体积与岩石外观体积的比值,
常用百分数表示，记为φ
Vp Vf VV (1 VV )
Vf Vf
Vf
3.孔隙度的分类
A 绝对孔隙度
指岩石的总孔隙体积与岩石外观体积的比值
a
Vap Vf
在边界上保持个恒定的压头。
封闭边界与定压边界油藏
如果油藏外围有天然露头并与天然水源相通，称为“定压 边界油藏” ，如果外围封闭（断层遮挡或尖灭作用），无水 源，则称为“封闭边界油藏”。
封闭边界油藏
1-封闭边界 2-含油边界 3-含气边界
定压边界油藏
1-供给边界 2-含油边界 3-含气边界
二 储集层的分类
一般习惯上是把原始油水分界面选为计算折算压力时 的基准面。
④ 供给压力pe :油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”。
边缘供 给压力pe
⑤ 井底压力pw :油井生产时井底测得的压力称为井底压力，
习惯上也称作为该井的流压。
井壁处 的压力
pw
各种压力
原始地层压力 供给压力 井底压力 折算压力 目前地层压力
进一步实验表明:
Ki
r
Ki
K
r 流体重率
K 岩石绝对渗透率
Q KA L
v Q K A L
v ~ v ~ 呈线性关系
2 达西公式
根据实验得知它们将满足如下等式：
Q K A pr
L
上式称为达西公式，式中各参数及单位分别为：
Q—通过砂层的渗流流量，cm3/s； K—砂层渗透率，它反映液体渗过砂层的通过能力，m2； A—渗滤横截面积，cm2； △pr—两渗流面截间的折算压力差，物理大气压（注： 在俄文文 献中采用1公斤/厘米，即工程大气压）； µ—液体粘度，mPa·s； △L—两渗流截面间的距离，cm。
速 ，M点流体所具有的总能量称
为总水头H 。
p u2 HZ
2g
由于流体在油层中渗流时，在孔隙通道中的流动速度是很小 的（一般以微米计算，即10米/秒），所以它的平方项将更小， 可忽略不计，这样总水头可写成：
pr H p Z
式中pr称为折算压力，它表示油层中各点流体所具有 的总能量，而p仅表示该点处压能的大小。
简写
P0、 Pi Pe Pw Pr P
例：已知一油藏中的两点，如图，h=10m,pA=9.35MPa, pB=9.5MPa,原油重率γ=0.85，问油的运移方向如何？
解：以B点所处的水平面为参考面
则： prB=pB=9.5MPa
prA=pA+γh=9.35+(0.85×103×9.8×10)/106
② 平面径向流
③ 球形径向流
二、渗流速度和实际平均速度
实际平均速度：流体在砂层中只是在其中的孔隙通道内流
动，因此流体通过砂层截面上孔隙面积的速度平均值u反映
了该砂层截面上流体流动真实速度的平均值。
u Q Ap
式中：Q—流量；Ap—孔隙截面面积。 渗流速度（假想速度）：设想流体通过整个岩层横截面积 （实际上流体只通过孔隙横截面积），此时的流体流动速 度称为渗流速度υ。
1.孔隙的分类
•
孔隙
按成因分
按孔隙 按生成 按组合 按连 大小分 时间分 关系分 通性分
注：数据来自各股份公司年报（2002年度）。
超毛微
粒杂 晶 纹 裂 溶 毛 细 毛 次
间基 体 理 缝 蚀 细 管 细 生
孔内 次 及 孔 孔 管 孔 管 孔
隙微 生 层 隙 隙 孔 隙 孔 隙
孔晶理
隙
隙
隙间缝
孔
②块状油藏 • 主要为灰岩和白云岩储集层 • 特点：面积小、厚度大、为三维流动。 • 纵向分区：纯油区、过渡区及纯水区
三 储集层的特点
① 储容性 a e f
② 渗透性 K
③ 压缩性 C
Ka Ke Kr
Cf
Cl
④ 比表面性 S
⑤ 饱和度 s
⑥孔隙结构复杂性:四通八达 杂乱无序
一、 岩石的孔隙度
式中，系数b称为压力系 数。常规油气藏b的取值为
0.7～1.2。当b<0.7时称为异
常低压油藏；当b>1.2时，称
为异常高压油藏。
H
p=a+bH
0
p
油藏埋深H 和实测压力p 曲线
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”。
目前地层压力获取的方法：
使一口油井停止生产，而周围的油井继续生产，则关闭井 的压力逐渐升高，经过一段较长的时间后，压力值不再上升， 趋于稳定，此时测得的该井的油层中部深度实测压力值即为该 井的目前地层压力，习惯上也称作为该井的“静压”。
B 有效孔隙度
• 指岩石的有效孔隙体积与岩石外观体积的比
值.
e
Vep Vf
C 流动孔隙度
• 指岩石中可以流动的孔隙体积与岩石外观体
积的比值.
Vmp
m Vf
• 很显然:
ae
m
二、 油藏岩石的渗透率
1.油藏岩石渗透率的定义
油藏岩石允许流体通过的能力称为油藏岩石的渗透率。
单位：µm2 2．达西公式
③ 折算压力pr :
各井的原始地层压力不相等，说明油藏各处的流体除具有压能 外，还具有其他能量。从流体力学中我们知道单位重量液体具有 的总能量有比位能、比压能、和比动能。
用点M表示某井油层中部位置， 选原始油水分界面作为基准面，
用Z表示M点的标高，p表示M点的 实测压力值，γ表示油层条件下 液体的重率，u表示M点流体的流
QL
K= AP
3．达西公式应用条件 １．岩石１００％饱和并流动着单一流体； ２．流动状态为层流； ３．流体与岩石不发生物理、化学和物理化学反应。
三、储层岩石的压缩性
1.岩石的压缩系数Cf （1）岩石颗粒变形示意图:
（2）定义:指油层压力每改变一个单位时， 单位体积岩石内孔隙体积的变化值，单位 为：1/MPa。
3 达西定律的讨论
v w ①渗流速度 与真实速度
v Q A
w Q
A•
v •w
渗流流量 渗流面积 孔隙度
②达西定律的适用条件
ⅰ:流体为牛顿流体. ⅱ:渗流速度必须在适当的范围内(即当流体为层流 时). ⅲ:流体不与岩石发生任何物理化学反应. ⅳ:岩石被某一相流体饱和.
③渗流阻力 Q P L
Q弹 Vf Ct（Pi Pb）
Vf C（ Pi Pb）
④溶解气驱动:主要依的驱动方 式.
⑥重力驱动:依靠原油自身的重力驱动.
值得注意的是:油藏的驱动方式并不是 固定不变的,随着油田 的开发,油藏可以出现 多种驱动方式.
第四节 渗流的基本规律
渗流的基本规律—达西定律
多孔介质组成复杂，流体渗流规律复 杂。人们最初研究渗流规律是以实验为基 础的宏观研究方法。
1 达西定律
装置中的①是横截面积为 A 的直立圆筒， 其上端开口，在圆筒侧壁装有两支相距 为 l 的侧压管。筒底以上一定距离处装 一滤板②，滤板上填放颗粒均匀的砂土。 水由上端注入圆筒，多余的水从溢水管 ③溢出，使筒内的水位维持一个恒定值。 渗透过砂层的水从短水管④流入量杯⑤ 中，并以此来计算渗流量 q。
粗砂岩（1～0.5mm） <950cm2/cm3
细砂岩（0.25～0.125） 950～2300cm2/cm3 粉砂岩（0.0625～0.0039） >2300cm2/cm3
2、比面的三种表示:
A S
Vf
S
A VP
SV
A VV
三者间的关系:
S S 1 SV
五、储层岩石流体饱和度
1.流体饱和度是定义: 单位孔隙体积中某相流体所占的分
2、储层综合弹性压缩系数Ct
（1）定义:油层压力每改变一个单位时，单位体
积的岩石中所排出的液量，单位： 1/MPa
Ct
1 Vf
VL P
（2）表示方法:
综合反映了油藏弹性能量的大小.Ct越 大,表明油藏的弹性能量越充足.
四、岩石的比面 1、定义:单位体积的岩石内岩石骨架的总表 面积或单位体积岩石内孔隙总面积。 单位：1cm2/cm3 = 10dm2/dm3 = 100m2/m3
态，此时油层中流体所承受的压力称为“原始地层压力”。 原始地层压力获取的方法：
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。
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。
• 在一个地质构造中流体是相互制约、相互作 用的，每一局部地区的变化都会影响到整体。
二 储集层的分类
（1）储集层按其内部空间结构特点可以分为三 种介质七种结构:
粒间孔隙结构 单重介质 纯裂缝结构
纯溶洞结构 裂缝孔隙结构 双重介质 溶洞孔隙结构 裂缝溶洞结构 三重介质 溶洞--裂缝--孔隙结构
二 储集层的分类
1-1截面总水头高度：
2-2截面总水头：
H2
Z2
P2
g
两截面水头差： 其折算压差为：
H
Z1
P1
g
Z2
P2
g
Pr gH
达西分析了大量实验资料,发现土中渗透的渗流量 q 与圆筒断面积 A 及水头损失 △h 成正比,与断面 间距 l 成反比,即:
Q A L
水头
Q
KiA
L
K i --------比例常数,渗流系数
三.油藏驱动方式 驱动方式:在油藏开采过程中主要依靠哪
种能量来驱动,就称为何种驱 动方式. ①刚性水压驱动:边水或注入水.开采过
程中油藏压力不变,弹 性能忽略. ②弹性水压驱动:边水供应不足,油藏压 力变小,水区和油区的 流体及岩石弹性膨胀.
③弹性驱动:岩石及流体的弹性能为主要 的驱油动力.(封闭边界,无 气顶,无注入水)
（2）按储集层厚度分为： ①层状油藏
• 往往存在于海相沉积和内陆盆地沉积中，厚度较 小，分布面积大、多油层、多旋回。
• 水动力特点：流动只在平面进行，忽略垂向上流 体的运动和物质交换。
• 按边界类型可分为： • 封闭边界油藏：边界为断层或尖灭 没有边水供
给 • 定压边界油藏：层体延伸到地表，有边水供给区，
数.常用百分数表示.
2.表示方法:
So
Vo VP
Sw
Vw VP
Sg
Vg VP
3.几种常见的饱和度
（1）原始含水饱和度(束缚水饱和度)Sw （2）原始含油饱和度Soi （3）当前油、气、水饱和度So 、 Sg 、 Sw
（4）残余油饱和度Sor
第二节 渗流的基本概念
一.渗流的三种基本几何形式 ① 平面单向流
第一章 渗流的几个基本概念
第一节 油气储集层 第二节 渗流的基本概念 第三节 油藏能量及驱动方式 第四节 渗流的基本规律 第五节 非线性渗流定律 第六节 特殊情况下的渗流规律
第一节 油气储集层
• 一 油气储集层的概念 • 二 储集层的分类 • 三 储集层的特点
一 油气层的概念
• 油气层是油气储集的场所和流动空间，在其 中油气水构成一个统一的水动力学系统，包 括含油区、含水区、含气区及它们的过渡带。
（3）表示方法:
Cf
1 Vf
Vp P
岩石的压缩系数一般为(2~36)*10 -4MPa-1
一般用岩石压缩系数测定仪测定.
（4）三种表示方法:
以视体积为基数
Cf
1 Vf
Vp P
以孔隙体积为基数
Cp
1 Vp
Vp P
以岩石骨架体积为基数
Cr
1 Vr
Vp P
（5）三者之间的关系:
Cf Cp 1 Cr