1_油气层渗流力学基础解析
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：
油气层渗流力学第三章1
1 d (r dP ) 0 积分 r dr dr
再积分
r
dP dr
c1
P c1 ln r c2 ①
代入边界条件得：
Pe c1 ln re c2 ② Pwf c1 ln rw c2 ③
②-③
c1
Pe Pwf ln re
rw
②-①或①-③并代
入边界条件 c1
P Pe
Pe Pwf ln re
★降低原油粘度 可提高产量，如热力采油等；
★供给半径 re 和油井半径rw 均在对数内，其变化对产量 q 影响较小。
②实际应用时，产量公式中各物理量可如下确定：
★ Pwf 可以实测；
2a
★ Pe 用目前地层压力代替； L
★ re 一般根据实际井网形状
A
确定，如图所示则：
→泄油面积： A 2aL
q 2Kh(Pe Pwf ) ln re
rw
又由产量公式变形：Pe Pwf q 代入压力分布公式得： ln re 2Kh
rw
P
Pe
q 2Kh
ln
re r
或
P
Pwf
q ln 2Kh
r rw
3. 结果分析
P ●压力分布公式表
明：压力与坐标 r 呈对
数关系，从整个地层看 Pe
P
，地层各点压力分布是
解： 方法Ⅰ：由稳定流连续性关系求。
rw r1
PrrPrrPe1Pwef区区间间22qq内 内K21K压压21hh力力llnn分分rrrrew布布规规律律为为渗：：透K率2突P变wKf 的1 rP1r圆e1 形地Pe层r
由稳定流连续性关系：
q1 q2 q
可求出产量 q 为：
油气层渗流力学
次生孔隙发育程度
粘土充填孔隙
全直径岩心X-CT二维扫描002号切片，可见 大孔洞与裂缝连通
油气层渗流力学的基本概念
的渗流理论；
↓1923年，列宾宗首先提出气体在多孔介质中 ↓ 1937年，马斯凯特发表了关于均质流体渗 ↓ 30年代初，人们研究了液体弹性及岩石压
流的重要著作；
缩性对渗流的影响。到1948年，谢尔加乔夫发 表了弹性液体在弹性多孔介质中的渗流理论； 建立了混气液体的渗流理论；
↓ 1936年，在研究相渗透率的基础上，初步
油气层渗流力学的研究方法
油气层渗流力学是流体力学的一个分支，因此， 它的研究方法也主要是数学力学方法。但由于流动环 境的特殊性，使得研究方法也具有一些特点，概括地 说分三步： 1.建立地质模型 地质模型描述了流体渗流的地质条件，如地层的 几何形态、孔隙结构、油层物理参数等。 2.建立力学模型 力学模型描述了渗流过程中所发生的力学规律和 物理化学规律。
v v
vx
x
vy o
y
M
§2.2 渗流基本微分方程的建立
二、状态方程
状态方程：描述液体、气体、岩石的状态参数随压力变化 规律的数学方程。 1.液体的状态方程 ( ρ )
CL = − 1 ΔVL VL ΔP CL = −
取全微分 整理
油气层渗流力学的发展概况
●现阶段研究特征及发展趋势 1.广泛应用计算机及现代数学方法进行渗 流力学研究。 展。 2.油气渗流理论的研究内容日趋向纵深发 ①物理化学渗流的研究； ② 裂缝、双重介质、三重介质渗流规律 的研究； ③地层非均质性对渗流影响的研究。
油气层渗流力学课件
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
三、建立数学模型的步骤
3、确定未知量和其它物理量之间的关系
运动方程：速度和压力梯度的关系
dp
vi
f ( A, B, ) dx
状态方程：物理参数和压力关系 Ai fi ( p), Bi fi ( p)
连续性方程：渗流速度V和坐标及时间 或饱和度与坐标和时间的关系
[ vx
(vx )
x
dx ]dydzdt 2
dt 时间内，从右侧面流出微元体的质量流量为：
[ vx
(vx )
x
dx ]dydzdt 2
则微元体在dt 时间内，沿 x 方向流入流出的质量流量差为：
同理：
y方向
z 方向
(vx ) dxdydzdt
x
(vy ) dxdydzdt
流体力学、物理学和化学问题的总和，并且还要描述这些现象 的内在联系。因此，建立基本渗流微分方程要考虑包括以下几 方面的因素：
﹡ 渗流过程是流体运动的过程，必然受运动方程支配； ﹡ 渗流过程又是流体和岩石的状态不断改变的过程，所 以需要建立流体和岩石的状态方程； ﹡ 质量守恒定律是自然界的一般规律，因此基本渗流微 分方程的建立必须以表示物质守恒的连续性方程为基础；
单相微可压缩流体在微可压缩地层中按达西定律渗流的 渗流基本微分方程。
式中 2 为拉普拉斯算子（算符）。
2 2 2 2
x2 y2 z 2
为哈密尔顿算子（算符）。
i
j
k
x y z
v () (v) 0 t v K P
《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。
油气层渗流
镜像反映的基本原则： 不渗透边界是“同号”等产量反映，反映后不渗透边界保
持微分流线；供给边界是“异号”等产量反映，反映后供给 边界保持为等势线。
（3）复杂断层的反映 a
习题：
两断层相交成120度角，在分角线上有一口生产井，求该井 的产量（t/d）。
r1r2
C
等势线族方程为： r1 r2 C0
x a2 y2 x a2 y2 C02
在生产井的井壁上， q
w 2 ln 2a Rw C
在供给边缘上，
e
q
2
ln
Re 2
C
整理得，
Q
2Kh(Pe Pw ln Re2
)
2a Rw
5 考虑边界效应的镜像反映法
（1）直线供给边缘附近一口生产井的反映 汇源反映法
4圆形供给边界偏心井的反映2are弹性不稳定渗流的物理过程1水压弹性驱动油井以定产量生产时地层内压力传播规律油井以定压生产时地层内压力传播规律1水压弹性驱动油井以定产量生产时地层内压力传播规律油井以定压生产时地层内压力传播规律2封闭弹性驱动油井以定产量生产时地层内压力传播规律拟稳定状态油井以定压生产时地层内压力传播规律2封闭弹性驱动油井以定产量生产时地层内压力传播规律油井以定压生产时地层内压力传播规律数学模型求解方法
油气层渗流力学
一.渗流的基本概念和基本规律 二.渗流的数学模型 三 .单相液体稳定渗流理论 四 .弹性微可压缩液体不稳定渗流 五 .两相渗流理论
一 渗流的基本概念和基本规律
1 基本概念
多孔介质 由毛细管或微毛细管结构组成的介质。
渗流
流体通过多孔介质的流动。
渗流力学 研究渗流的运动形态和运动规律的科学。
第一篇 第五章 渗流力学基础
188 第五章 渗流力学基础第一节 油气层渗流的达西定律油气层渗流的基本规律是达西定律。
1856年法国水利工程师达西在研究城市供水问题时，欲测得获得一定的流量需要消耗的能量，于是达西运用填满砂的管子做实验，得到了水流速与管截面积、入口与出口压头之间的关系式，后人为纪念他，将这一定律称达西定律。
一、达西实验及结果达西实验装置如图1—ll 所示，液体经过进水管a 进入模型主体。
再透过砂层，经节流阀门流入量杯。
节流阀可以控制流速，量杯D 测取流量Q 。
测压管可以分别测出过水断面1-1，2-2上的压力p 1、p 2。
稳压管b 可以使模型内液面稳定在b 管的位置上。
显然，节流阀开度不同时，将得到不同的流量和不同的测压管高度。
实验结果发现：流量大小与管于截面积A ；入口及出口压力差p 2-p 1成正比，与填满砂粒的管子长度△L 成反比，将上述关系写成等式，需加上比例系数K 。
即：Lp p KAQ ∆-=12 (1—6) 式中 K ——渗透率，它表征多孔介质和液体的渗透能力。
二、达西定律的导出(一)由管路水力学导出达西定律由普通水力学可知，任意过水断面上的总能量表示成下列形式：gv pZ H 22++=γ （1-7）式中 H-——总水头；Z ——位置水头；γp---压力水头； gv 22---流速水头。
189由于渗流速度v 很小，可以忽略gv 22项，于是总水头可表示为：γpH =+Z （1-8）断面1—1，2—2上的水头差可表为：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-=∆H γγ221121p Z p Z H H （1-9）达西通过实验发现：通过砂层的流量Q 与水头损失△H 成正比，与渗流面积A 成正比，与渗流段长度△L 成反比。
即：LHAQ ∆∆∞= （1-10）欲将(1—10)写成等式需加一比例常数，于是我们得到：LHAK Q i ∆∆= （1-11） 式中 K i -——比例常数，称为渗流系数，它与流体及砂层的性质有关。
讲课用图 油气层渗流力学 教学课件
re (m) lg(re /rw)
100
3
1.1
误差 10﹪
Pe
实际边缘
1000 4 10000 5
1.075 7.5 ﹪ 1.0605 6.05﹪
re
Pwf
⊙说明：①同样情况下，中心井的产量大于直线
供给边界附近一口井的产量，实际情况下的产量
一般介于两者之间；
②由于定错边界形状而引起的产量误差
re r
rw
得：
则计算结果如表所示：
rw
r (米） Pe P Pe Pwf
0.1 1 10 100 1 0.8 0.6 0.4
1000 10000
0.2
0
从1米至0.1米处的压力损耗与从一万米至一千米处的压 力损耗相等，同为20﹪，说明能量损耗主要集中在井底附近。
例3-2 在一水平均质等厚圆形地层中心有一口完
层内渗流是否服从达西定律。
思考题
1.渗流的特点是什么？什么是渗流力学？ 2.什么是多孔介质？有哪些特点？ 3.在渗流过程中一般受到哪些力的作用？主要作用力是什么？ 4.油藏驱动类型一般有哪几种？ 5.什么是原始地层压力？获得原始地层压力的方法有哪些？ 6.什么是折算压力？其物理意义是什么？ 7.什么是达西定律？其适用条件是什么？为什么说它是线性渗流定律？ 8.写出渗流速度和真实速度的定义，并说明它们之间的关系。 9.达西定律中各物理量可用什么单位？ 10.一般的渗流形式有哪些？不同渗流形式下达西定律的微分形式各是什么？ 11.在哪些情况下会出现非线性渗流？其运动方程各是什么？
y x
等产量一源一汇渗流场图
y x
等产量两汇等势线分布
y x
油气层渗流力学课程设计
油气层渗流力学课程设计课程简介本课程旨在介绍油气田开发过程中的渗流力学原理及其应用方法，深入探讨油气层渗流特性、规律以及开发工艺等方面的问题，以培养学生的系统性思维和实际应用能力，为学生今后从事相关领域的研究和实践奠定基础。
课程目标1.掌握油气层渗流力学基本知识和理论模型。
2.了解油气层产能评价方法，掌握预测油气田产能的技术方法。
3.培养运用现代数值模拟工具分析油气层渗流特性的能力。
4.掌握油气田开发的技术方法和决策过程，提高协同工作能力。
课程内容第一章油气层渗流力学基础1.1 渗流力学基本概念 - 渗透率、压力梯度、渗透压等基本概念 - 渗透率的测定方法、与地质条件的关系1.2 渗流力学方程组 - 矩阵压力方程组及其解法 - 油气层砂体力学性质的传递模型 - 渗流方程的物理意义及其解法1.3 渗流特性模拟 - 有限元法与有限差分法的基本原理 - 油气层的地质建模及数值模拟方法 - 渗流特性模拟软件及其应用第二章油气田产能预测方法2.1 油气层动态特性分析 - 油气层动态特性与产能的关系 - 常用的分析方法及其优缺点2.2 产能评价方法 - 储量/产能的估算方法及其特点 - 产能预测模型的构建与优化2.3 产能监测技术 - 产量及产量分布的监测技术 - 现场数据采集与处理技术第三章油气田开发工艺3.1 油气田集输工艺 - 收集地面原油/天然气的方法及其特点 - 压缩、输送、储运等技术的应用3.2 油气地面设备 - 变压器、变频器等设备的应用 - 液化/气化设备的原理及其应用3.3 油田注水工艺 - 注水技术的原理及其适用条件 - 常见的注水方法及其特点课程要求1.认真学习课堂内容，积极参加课堂讨论，每周提交一篇思考作业，按时完成课程设计任务。
2.考核方式：课堂出勤、作业、课程设计、期末考试。
3.合格标准：作业满分率不低于80%，课程设计优秀率不低于60%，期末考试成绩不低于60分。
参考文献1.杨洋，张三. 油气层渗流力学及应用[M]. 石油工业出版社, 2012.2.孙春田，张四. 油气田开发工艺及设备[M]. 石油工业出版社, 2014.3.刘建华，李五. 油气田产能评价方法与技术[M]. 石油工业出版社,2018.。
《油气层渗流力学》教案(王怒涛)要点
西南石油大学教案课程名称油气层渗流力学任课教师王怒涛院(系) 石油工程学院教研室石油工程教研室2010年11月18日课程表《油气层渗流力学》教学大纲一、课程基本信息1、课程英文名称：The oil and Gas Flow through Porous Media2、课程类别：专业课程基础3、课程学时：总学时46，实验学时2。
4、学分：35、先修课程：大学数学、数学物理方程、油气田开发地质、油层物理6、适用专业：石油工程、资源勘查工程7、大纲执笔：石油工程教研室（李晓平）8、大纲审批：石油工程学院学术委员会9、制定（修订）时间：2005.11二、课程的目的与任务《油气层渗流力学》课程是石油工程专业的主干课程，是地质勘探专业的专业基础课。
学习该课程的目的，是要把它作为认识油气藏、改造油气藏的工具，作为油气田开发设计、动态分析、油气井开采、增产工艺、反求地层参数、提高采收率等的理论基础。
因此，它是石油工程专业的主干专业基础课程之一，是学好石油工程其它专业课如《油藏工程》、《油藏数值模拟》、《采油工程》、《试井分析》的关键课程之一，该门课的目的是让学生了解油气在储层中的渗流基本规律以及研究油气在储层中渗流的基本方法。
其任务是，掌握油气渗流的基本概念，认识油气储层的渗流规律，学会研究油气在储层中渗流的方法，为学好其它专业课程打好理论基础。
三、课程的基本要求该课程在学习之前，要先学习有关石油地质、油层物理以及工程数学和微分方程等方面的知识理论。
学习该课程后，要求掌握油气层渗流的基本概念、基本规律和基本方法与技巧，学会研究油气在储层中渗流的方法。
重点是单相流体的流动，掌握单相稳定渗流时，各种情况下的水动力学场，井间干扰及叠加原理，单相不稳定渗流的压力传播规律、动态特征等，掌握气体渗流理论的特点及研究方法，掌握双重介质渗流的特点及研究方法。
在多相流部分，重点掌握油水两相流、非活塞式水驱油的理论和方法。
了解复杂介质的渗流特点及研究方法。
第四章 油气层渗流力学
第四章油气渗流力学基础§4-1 油气层渗流的基本概念一、油气渗流的基本知识流体在孔隙中的流动叫渗流。
由于油层中渗流的流道非常小而又特别复杂，因而渗流的阻力很大，所以渗流的速度是十分缓慢的。
（一）单相渗流在油层的孔隙中，如果渗流仅能满足单一流体的要求，即只有石油或天然气，其渗流状况可称为单相渗流。
由于储油岩层绝大多数是在水体中沉积的，因此在岩石的孔隙中，首先是充满了水，油气是以后运移进来的。
这些后期进来的油气，只有把原来充填在岩石孔隙中的水排挤出去，气才有存储之处。
但是岩石孔隙中的水是不能完全排挤出去的，总有一部分残留在孔隙中，叫做束缚水。
束缚水在油层中的含量，大约占油层孔隙体积的20％左右，它们总是附着在岩石颗粒的表面，不能流动。
因此，所谓石油或天然气在油层孔隙中的单相流动，实际上是在被束缚水占据而变小了的岩石孔隙中渗流。
（二）油、气两相渗流当油层压力高于饱和压力时，天然气完全溶解在油中，此时油层内只有油的单相渗流（束缚水是不能流动的）。
当油田没有外来能量的补充时，在开发过程中，油层本身能量不断被消耗，压力不断下降，以致油层平均压力低于饱和压力，油层孔隙中就会有油、气两种流体的流动，称为油、气两相渗流。
为了进一步了解油、气两相渗流的一些规律，下面介绍几个有关的概念：1．贾敏效应假若在岩石孔隙中渗流的液体里只含有一个小气泡，由于表面张力的作用，这个气泡要终保持它的圆球形状。
当这个气泡的体积小于孔隙的喉道很多时，气泡通过这些喉道是不费力的。
而当其截面积接近于孔隙喉道截面积时，在通过这些不是圆形的喉道截面，或喉道面积稍小于气泡截面积时，就必然要改变气泡的形状。
改变气泡的形状需要一定的力，这力是阻碍油流的阻力。
改变一个气泡不需要多大的力，而大量的气泡就会变成阻碍油流的大阻力，它消耗油藏驱动的能量，促使油层压力进一步降低。
气泡对油流造成阻碍作用的现象叫做贾敏效应。
2．吸留气泡实验证明，当油气层内气体的饱和度低于20％时，气体的相渗透率等于零，即油层孔里没有气体的渗流。
第一章 油气渗流力学基础
关键词：油气藏类型、外部形态、内部储集空间、简化
第二节 油气藏内部空间结构简化
一、储集层及储集空间类型 1、储集层类型 1）储集层：能储存和渗滤油气的岩层 （油气藏：由储集层+流体构成） 2）两类主要储集层 碎屑岩和碳酸盐岩，这两类油气藏的储量与产量均占 世界总量的99%以上 3）特殊（次要）岩类储集层 火山岩、变质岩及泥质岩
流体
第一节 油气藏类型及其外部形态的简化
二、油气藏类型
岩石类型 圈闭类型
油气藏分类依据
储集空间 流体性质 流体分布
岩浆岩 储层 岩石 类型 （岩性） 变质岩 沉积岩 结晶岩： 碳酸盐岩 油藏
储集空间 孔隙、喉道
碎屑岩： 砂岩油藏
渗流通道 喉道、微裂缝
储集空间 溶洞、裂缝、孔隙 渗流通道 裂缝
第一节 油气藏类型及其外部形态的简化
边水油气藏 底水油气藏 底水
油-气-水 相对分布
气顶（底水）油藏 底油（油环）气藏
第一节 油气藏类型及其外部形态的简化
二、油气藏类型
岩石类型 圈闭类型
油气藏分类依据
储集空间 流体性质 流体分布
边水油气藏 底水油气藏 底水
油-气-水 相对分布
气顶（底水）油藏 底油（油环）气藏
第一节 油气藏类型及其外部形态的简化
第一节 油气藏类型及其外部形态的简化
二、油气藏类型
岩石类型 圈闭类型
油气藏分类依据
储集空间 流体性质 流体分布
油藏 圈闭 类型
构造圈闭：由 地应力变化导 致的构造运动 而形成 地层圈闭：由 储层岩石性质 变化而形成
油气层渗流
r1r2
C
等势线族方程为： r1 r2 C0
x a2 y2 x a2 y2 C02
在生产井的井壁上， q
w 2 ln 2a Rw C
在供给边缘上，
e
q
2
ln
Re 2
C
整理得，
Q
2Kh(Pe Pw ln Re2
)
2a Rw
5 考虑边界效应的镜像反映法
（1）直线供给边缘附近一口生产井的反映 汇源反映法
ey
r2
4t
dy y
Pr, t
Pi
Q 4Kh
Ei
r2
4t
当
r2
4t
<0.01时，
Pr, t
Pi
Q 4Kh
ln
2.25t
r2
求井底压力时，可用
Pwf
t
Pi
Q 4Kh
ln
2.25t
Rw 2
Pwf
t
Pi
Q 4Kh
ln
2.25t
Rw 2
例1 在一较大的新油田上有一完善井，以折算到地层条件下的 恒定产量Q=100m3/d投入生产，井半径为Rw=10cm，地下原油 粘度为2mPaS，地层有效厚度10m，地层渗透率0.5μm2，地层 导压系数1000cm2/s，求生产1、3、5、10天后的井底压力。
1）水压弹性驱动 ❖油井以定产量生产时地层内压力传播规律 ❖油井以定压生产时地层内压力传播规律
2）封闭弹性驱动 ❖油井以定产量生产时地层内压力传播规律 拟稳定状态 ❖油井以定压生产时地层内压力传播规律
2）封闭弹性驱动 ❖油井以定产量生产时地层内压力传播规律
❖油井以定压生产时地层内压力传播规律
1 油气层渗流力学基础解析
建立起油气渗流的普遍规律。
16
第二节 油气藏内部空间结构简化
17
图1-7 岩石孔隙空间铸模图
图1-8 储集空间类型示意图
4
（1）油（气）藏高度
油藏高度
油水接触面与油藏最高点的高度差，称为油藏高度。
5
气藏高度
气水接触面与气藏最高点间的高度差，称为气藏高度。
6
气顶高度 油藏高度
油气藏高度
油藏高度：油水接触面和油气接触面之间的高度差
气顶高度：油气接触面和油气藏最高点之间的高度差
油气藏高度：油藏高度＋气顶高度
7
（2）油（气）藏外（内）边缘
可以延伸很长距离。裂缝主要
分布在碳酸盐岩层中。
• 储油空间：孔隙+裂缝
21
溶洞
指地面水或地下水的深
蚀作用，形成的孔洞。它 是碳酸盐储集层常见的孔 隙类型之一。
• 储油空间：孔隙+溶洞
22
（2）储集空间大小分类
根据储层孔隙大小和储、渗流体能力，分三类： • 超毛细管孔隙
孔隙直径＞0.5mm
裂缝宽度＞0.25mm
33
2、渗流速度 • 流量
单位时间内通过一定横截面积油层的流体体积
• 渗流速度
a. 单位时间内通过单位横截面积油层的流体体积
34
b. 单位横截面积油层上的体积流量
位于油（气）藏外边缘以 外的水称边水。油藏的内 含油面积不为0，油藏部分 含油面积与水接触。 位于油（气）藏边缘以内 从下面承托着油（气）的 水称为底水。油藏的内含 油面积为0，油藏整个含 油面积与水接触。
第六章 油水两相渗流理论 油气层渗流力学 教学课件
fw
x
o vt
1 w Ko
o Kw
也可写为：
fwfw(sw)
其中：
fw
(sw)
1
1
w
Ko
o Kw
考虑重力和毛管力影 响的分相流量方程
11w o K Kw o (P xcgsi n)K oov1t
⊙可用来计算储层中水饱和度已知的过流断面含水率。
⊙ 含油 fo率 1fw
2.分流量方程的讨论
1(Pc gs in) Ko 1
4.油水两相渗流的基本微分方程
di(vK oo graod r)Psto di(vK w wgrawd)rPstw
P、sw
直接求解得到关 于压力分布的关 系式很困难。
§6.2 油水两相渗流微分方程 及其基本解
二、分流量方程（任一过流断面上的含水率方程）
1.分流量方程的推导 ◆地层中任一过流断面上的含水率定义为：
供 给
和度曲线突然降落，含水饱和度 边
界
曲线的这种变化称为“跃变”； ②随着水进一步渗入油区，
两相区逐步扩大，两相区任一过
Pe sw
0
1
流断面上含水饱和度逐渐增加；
③两相区前缘含水饱和度不 sswwf 随时间而变，基本保持为定值； swc
④对同一岩层，油水粘度比
0
sw
越大，油水前缘含水饱和度越小 1
其中： 毛 P c 管 P o P w ， 力 w o
●又：v t vo vw ， vo v t vw代入①式得：
(K w wK o o)vwK o ovt P x c gsin
上式两边同v除 t，以 并整理得：
o (Pc gsin) 1
fw
vw vt
渗流力学油工
旳运动规律，计算流体质点旳排出时间。
2024/10/1
Vp Ap
VA
HX-CHEuNG
v
或
v u
30
§1.3 渗流旳基本规律 和渗流方式
(2)渗流阻力
Q K A P P L P
L
KA R
(3)达西定律旳微分形式
一维：v K dP dx
vx
K
P x
三维：v K gradP
vy
HX-CHENG
16
§1.2 渗流过程中旳力学分析 及驱动类型
一、渗流过程中旳力学分析
1.流体旳重力和重力势能
A
B
动 力
M
液源水头
阻
压力
力
N
重力作用示意图
g 表达重力势能旳压力：
2024/10/1
Pz
gz HX-CHENG
重率：
17
§1.2 渗流过程中旳力学分析 及驱动类型
2.流体旳质量和惯性力
流线：在某一时刻t，经过流动空间旳许多点连接起来
旳一条光滑曲线，该曲线上各点旳流速矢量与曲线相切。
单向流 平面径向流
z
v1
v2
v4
v5
v3
渗流方式
球面径向流
x
y
2024/10/1
HX-CHENG
Ao
P
nf
8 Ao
ALv
§1.3 渗流旳基本规律 和渗流方式
二、渗流力学中常用物理量旳单位（单位制）
油气层渗流力学中常用旳单位制有：国际原则单位制
（SI制)和达西混合单位制。如表所示。
达西单位旳物理意义：当液体粘度为1厘泊，压降为1大
气压下，流体流过截面积为1平方厘米，长度为1厘米旳岩样，
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)
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。
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
1、储层类型
能储存和渗滤油气的岩层就称为储层。
碎屑岩 碳酸盐岩 火山岩
♪ 最主要的储层类型 ♪ 油气储量与产量均占世界石油储量99%
变质岩
泥岩
2、储集空间类型及大小 1）储集空间类型
储集空间——岩石中未被固体物质充填的孔隙空间，简称孔隙。
孔隙
储集空间类型从成因上分为
裂缝 溶蚀孔洞
孔隙
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。
47
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
块状油藏
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边水
底水
1、第一章油气层渗流力学基础
油气 界面
油水 界面 实际上，油气接触面和油水接触面是不存在的，而 是存在油气过渡带和油水过渡带。
15
1、第一章油气层渗流力学基础
pc
O WOC1 WOC2 FWL O+W W
油水界面划分
ps
转折压力
pd
排驱压力
sw
pc=ps pc=pd pc=0
WOC1(第一油水界面)，以上产纯油 WOC2(第二油水界面)，以下产纯水 FWL (自由水面)
6
1、第一章油气层渗流力学基础
（1）油（气）藏高度
油藏高度
油水接触面与油藏最高点的高度差，称为油藏高度。
7
1、第一章油气层渗流力学基础
气藏高度
气水接触面与气藏最高点间的高度差，称为气藏高度。
8
1、第一章油气层渗流力学基础
气顶高度 油藏高度
油气藏高度
油藏高度：油水接触面和油气接触面之间的高度差
地层不整合圈闭
潜山圈闭
地层超覆圈闭
23
1、第一章油气层渗流力学基础
24
1、第一章油气层渗流力学基础
岩性圈闭：非储层岩石包围储层岩石。 分散、不连续。如岩性尖灭、砂岩透镜体
地层不整合圈闭：因构造运动而倾斜抬升，后 因沉降作用而与上覆地层形成不整合接触。
• 地层圈闭 储层岩石性质 变化而引起 潜山圈闭：古山峰沉降掩埋后形成。古山峰长 期暴露大气，遭受风化、日晒、雨淋、冰冻等 剥蚀作用，发育大量溶蚀孔洞，优良储层。
岩浆岩
（1）岩性（储层）
变质岩
碎屑岩：砂岩
沉积岩
结晶岩：碳酸盐岩
21
1、第一章油气层渗流力学基础
颗粒经胶结物胶结而成，砂含量>50%的陆源碎屑岩
砂岩油藏： 储层岩石为砂岩
灰岩(碳酸盐岩）油藏： 储层岩石为灰岩
22
1、第一章油气层渗流力学基础
构造圈闭：背斜、断层 （2）圈闭 地层圈闭：
岩性圈闭：透镜体
• 油相位于大孔隙
• 束缚水位于小孔隙
So +Sw=1
19
1、第一章油气层渗流力学基础
二、油气藏类型
1、油气藏分类
构成油气藏的两大要素：储层和流体 储层岩石类型：岩性 储层（油藏）形态：圈闭类型 储集空间类型：孔隙类型
流体类型：流体性质
流体在储层（油气藏）中的分布：接触关系
20
1、第一章油气层渗流力学基础
聚集单位。
油藏：圈闭中聚集了石油就称为油藏
气藏：圈闭中聚集了天然气就称为气藏
油气藏：同时聚集了石油和游离天然气称为油气藏
5
1、第一章油气层渗流力学基础
一、油气藏流体分布 1、宏观上分布 多相流体在地层中的分布应遵 循流体力学静力平衡。在重力作用 下产生分异现象。 垂向上：气上、油中、水下 平面上：气内、油中、水外
含油 外缘
含油 内缘
12
1、第一章油气层渗流力学基础
含油（气）面积
油气界面 油水界面
气
油藏外边缘所圈闭的
油
水
面积，称含油面积。 对油气藏来讲，即为
含气 边缘 含油 外缘
含油气面积。
纯气藏的气藏外边缘
所圈闭的面积，称含气
面积。
含油 内缘
13
1、第一章油气层渗流力学基础
（4）边水和底水
位于油（气）藏外边缘以 外的水称边水。油藏的内 含油面积不为0，油藏部分 含油面积与水接触。 位于油（气）藏边缘以内 从下面承托着油（气）的 水称为底水。油藏的内含 油面积为0，油藏整个含 油面积与水接触。
1、第一章油气层渗流力学基础
第一章 油气层渗流力学基础
1
1、第一章油气层渗流力学基础
研究对象：油气藏
外部几何形状+内部孔隙结构，非常复杂
原始状态及流动中流体分布关系复杂 怎样对复杂的油藏进行渗流理论研究，认识 油气渗流的普遍规律，建立通用的数学方程？ 办法：油气藏抽象及简化。
2
1、第一章油气层渗流力学基础
气顶高度：油气接触面和油气藏最高点之间的高度差
油气藏高度：油藏高度＋气顶高度
9
1、第一章油气层渗流力学基础
（2）油（气）藏外（内）边缘
油气界面 油水界面
气
油
水
油气接触面与油层顶 面的交线称含气边缘
含气 边缘 含油 外缘
含油 内缘
10
1、第一章油气层渗流力学基础
油气界面 油水界面
气 油
油水接触面与油层底
第一节 油气藏类型及外部几何形状简化 第二节 油气藏内部空间结构简化 第三节 多孔介质的主要特征及连续介质场
第四节 渗流过程中的概念及渗流形态的简化
3
1、第一章油气层渗流力学基础
第一节
油气藏类型及外部几何形状简化
4
1、第一章油气层渗流力学基础
油气藏：是单一圈闭内具有独立压力系统和统一油水
界面的油气聚集。它是地壳中最基本的油气
16
1、第一章油气层渗流力学基础
定压边界
水体足够大或水体与地表水连通
水体渗透性好、与油层连通性好
定压边界
敞开式油藏：与周边水体或地面连通
17
1、第一章油气层渗流力学基础
封闭边界
岩性变化
断层阻挡
封闭边界
封闭式油藏：与周边水体或地面不连通
18
1、第一章油气层渗流力学基础
2、油气藏流体微观分布
微观：润湿性
底油（油环）气藏
29
1、第一章油气层渗流力学基础
ho
边水(edge water) h Oil Water Aoi
底水(bottom water)
Gas
h
ho
Ao
气顶（底水）油藏 Gas Oil
底油（油环）气藏
Gas
30
1、第一章油气层渗流力学基础
我国已发现大小油气田400余个，其中大多数油气田 已经投入开发。 油气田开发实践证明，我国油藏类型十分丰富，但 油气储层的特点是以陆相储层为主。 我国石油工作者依据储层特征将发现的油藏分成了 七大类20个亚类，其中常见的有8个亚类。 教材p4：表1-1。
27
1、第一章油气层渗流力学基础
干气：XC5<100g/m3
气藏
（4）流体性质 （烃类相态） 油藏
湿气： XC5=干气-凝析气
凝析气：XC5较多
轻质油：<0.9
稠 油：>0.9
28
1、第一章油气层渗流力学基础
边水油气藏 （5）接触关系 （指圈闭中油、气 、水之间的分布和 相互关系） 底水油气藏
气顶（底水）油藏
水 面的交界线称油藏内
边缘或称含水边缘。
油水接触面与油层顶
含气 边缘 含油 外缘
面的交界线称油藏外
边缘或称含油边缘。
含油 内缘
如果油气藏的高度小于油气层的厚度时，油（气） 藏的内边缘就不存在（底水油藏）。 11
1、第一章油气层渗流力学基础
（3）含油（气）面积
油
油水界面
水
油藏外边缘所圈闭的面 积，含油面积。
地层超覆圈闭：岸边逐层沉积作用形成。 河流、湖泊、海洋等一次次水进水退，储 层与非储层交错沉叠
25
1、第一章油气层渗流力学基础
孔隙(粒间孔隙) （3）孔隙类型 裂缝 溶洞
26
1、第一章油气层渗流力学基础
单一介质：岩石中只有一种类型的孔隙存在
双重介质：岩石中有两种类型的孔隙存在
多重介质：岩石中有两种类型以上的孔隙存在