第1章 渗流的基本概念和基本规律
渗流的基本原理和规律
渗流的基本原理和规律
四、渗流力学课的特点
• 渗流力学是研究油、气、水在油层中的运动形态和运动规律的 科学。
• 由于油层深埋在地下几千米处，看不见，摸不着，形式多样， 结构复杂，故渗流力学的研究以实验为基础，数学为手段。
渗流的基本原理和规律
一、力学分析
• 油、气、水在岩石中流动，必须要有力的作用
1.流体的重力和重力势能
流体由地球吸引受重力，和其相对位置联系起来，则表现
为重力势能，用压力表示：
Pz—表示重力势能的压力，Pa；
Pz gz
ρ—流体密度，g/cm3； z—相对位置高差，m；
g—重力加速度，m/s2。
渗流的基本原理和规律
• 油气层的概念 • 油藏类型 • 多孔介质
渗流的基本原理和规律
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。
• 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。
渗流的基本原理和规律
三、驱动类型
驱动类型不同油藏的开采特征就不同，故鉴别油藏 的驱动类型对油气田开发有重要意义。几个重要的开发指 标：
地层压力：油藏地层孔隙中流体的压力，也称油藏 压力，记为Pe；
井底压力：油井正常生产时在生产井底测得的压力， 也称流压，记为Pwf；
渗流的基本原理和规律
五、本课层物理
渗流力学
油藏工程 采油工程 数值模拟 试井分析 提高采收率原理 油藏保护
渗流的基本原理和规律
六、主要参考书
地下水动力学(第一章 渗流理论基础-2-专)
∂2H ∂2ψ ∂2H ∂2ψ −K = ; −K =− 2 ∂x∂y ∂y2 ∂y∂x ∂x
二、流网及其性质
流网：在渗流场内，取一组流线和一组等势线 组成的网格。 流网的性质： 流网的性质： 1. 在各向同性介质中，流线与等势线处处垂直， 故流网为正交网格。 证明：等水头线和流线的梯度为：
gradH = ∇H = ∂H ∂H i+ j ∂x ∂y
一般地下水流都为Darcy流。 思考题
§1—3 岩层透水特征分类和渗透系数张量 一、岩层透水特征分类 据岩层透水性随空间坐标的变化情况，将岩层 分为均质的和非均质的两类。 均质岩层：在渗流场中，所有点都具有相同的 渗透系数。 非均质岩层：在渗流场中，不同点具有不同的 渗透系数。 非均质岩层有两种类型：一类透水性是渐变的， 另一类透水性是突变的。 均质、非均质:指 与空间坐标的关系 与空间坐标的关系， 均质、非均质 指K与空间坐标的关系，即不同位 是否相同； 置K是否相同； 是否相同
K1M1 + K2M2 M1 + M2 Kp − Kv = − M1 M2 M1 + M2 + K1 K2 M1M2 = >0 (K1M1 + K2M2 )(M1 + M2 )
(K1 − K2 )
2
渗流基本知识
第十二章渗流流体在孔隙介质中的运动称为渗流。
流体包括水、石油、天然气等。
孔隙介质是指由颗粒或碎块材料组成的内部包含许多互相连通的孔隙和裂隙的物质。
常见的孔隙介质包括土壤、岩层等多孔介质和裂隙介质。
有些水工建筑物本身就是由孔隙介质构成的，如土坝、河堤等。
研究渗流的运动规律及其工程应用的一门科学便是渗流力学。
在水利工程中，渗流主要是指水在地表以下土壤或岩层孔隙中的运动，这种渗流也称为地下水运动。
研究地下水流动规律的学科常称为地下水动力学，是渗流力学的一个分支。
在社会的许多部门都会遇到渗流问题。
例如，石油开采中油井的布设，水文地质方面地下水资源的探测，采矿、化工等。
在水利部门常见的渗流问题有以下几方面：（1）经过挡水建筑物的渗流，如土坝、围堰等。
（2）水工建筑物地基中的渗流。
（3）集水建筑物的渗流，井、排水沟、廊道等。
（4）水库及河渠的渗流。
上述几方面的渗流问题，就其水力学内容来说，归纳起来不外乎是要求解决以下几方面的问题：（1）确定渗流量；（2）确定浸润线位置；（3）确定渗流压力；（4）估计渗流对土壤的破坏作用。
第一节渗流的基本概念渗流既是水在土壤孔隙中的流动，其运动规律当然与土壤和水的特性有关。
一、土壤的分类一切土壤及岩层均能透水，但不同的土壤或岩层的透水能力是不同的，有时甚至相差很大。
这主要是由于各种土壤的的颗粒组成不同而引起的。
此外，在低水头下不透水的材料，在高水头作用下仍可能透水。
本章重点研究的土壤中的渗流，故可以根据土壤的透水能力在整个流动区内有无变化对土壤进行分类。
任一点处各个方向的透水能力相同的土壤称为各向同性土壤，否则称为各向异性土壤。
所有各点在同一方向上透水能力都相同的土壤称为均质土壤，否则称为非均质土壤。
显然，均质土壤可以是各向同性土壤，也可以是各向异性土壤。
均质且各向同性的土壤就透水能力而言是一种最为简单的土壤。
严格说来，只有当土壤由等直径的圆球颗粒组成时，其透水能力才不随空间位置及方向变化，才符合均质及各向同性条件。
渗流力学要点整理
过程状况：是等温过程还是非等温过程；
系统状况：是单组分系统还是多组分系统，甚至是凝析系统；
相态状况：是单相还是多相甚至是混相；
流态状况：是服从线性渗流规律还是服从非线性渗流规律，是否物理化学渗流或非牛顿液体渗流。
3.确定未知数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
岩石的状态方程
质量守恒方程（单相渗流的连续性方程、两相渗流的连续性方程）
单相渗流
=
div F=▽·F在矢量场F中的任一点M处作一个包围该点的任意闭合曲面S，当S所限定的区域直径趋近于0时，比值∮F·dS/ΔV的极限称为矢量场F在点M处的散度，并记作div F
两相渗流
油相
=
水相
油、气两相渗流
油相
=
油相
状态方程：物理参数和压力的关系
连续性方程：渗流速度v和坐标及时间的关系或饱和度与坐标和时间的关系：
确定伴随渗流过程发生的其它物理化学作用的函数关系（如能量转换方程、扩散方程等等）
4.写出数学模型所需的综合微分方程(组)
用连续性方程做为综合方程，把其它方程都代入连续性方程中，最后得到描述渗流过程全部物理现象的统一微分方程或微分方程组。
建立数学模型的步骤
1.确定建立模型的目的和要求
解决的问题:①压力P的分布②速度v的分布（包括求流量）③饱和度S的分布④分界面移动规律。
自变量：空间和时间，(x,y,z)或(r,θ,z)和时间t
因变量：压力P和速度v；两相或多相流S分布
其它参数：地层物性参数(如渗透率K、孔隙度ф、弹性压缩系数C、导压系数æ等)和流体的物理参数（如粘度μ、密度ρ、体积系数Bபைடு நூலகம்)
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目录第一章渗流理论基础 (1)1.1渗流的基本概念 (1)1.2渗流基本定律 (7)1.3岩层透水特征及水流折射定律 (11)1.4流网及其应用 (14)1.5渗流连续方程 (19)1.6渗流基本微分方程 (24)1.7数学模型的建立及求解 (32)第一章渗流理论基础1.1 渗流的基本概念1.1.1 多孔介质及其特性1.1.1.1多孔介质的概念多孔介质(Porous medium)：地下水动力学中具有空隙的岩石。
广义上包括孔隙介质、裂隙介质和岩溶不十分发育的由石灰岩和白云岩组成的介质，统称为多孔介质。
孔隙介质：含有孔隙的岩层，砂层、疏松砂岩等；裂隙介质：含有裂隙的岩层，裂隙发育的花岗岩、石灰岩等。
1.1.1.2 多孔介质的性质(1) 孔隙性：有效孔隙和死端孔隙。
孔隙度（Porosity）是多孔介质中孔隙体积与多孔介质总体积之比（符号为n），可表示为小数或百分数，n=Vv/V。
有效孔隙（Effective pores）是多孔介质中相互连通的、不为结合水所占据的那一部分孔隙。
有效孔隙度（Effective Porosity）是多孔介质中有效孔隙体积与多孔介质总体积之比（符号为n e），可表示为小数或百分数，n e=V e/V。
死端孔隙（Dead-end pores ）是多孔介质中一端与其它孔隙连通、另一端是封闭的孔隙。
(2) 连通性：封闭和畅通，有效和无效。
(3) 压缩性：固体颗粒和孔隙的压缩系数推导。
(4) 多相性：固、液、气三相可共存。
其中固相的成为骨架，气相主要分布在非饱和带中，液相的地下水可以吸着水、薄膜水、毛管水和重力水等形式存在。
固相—骨架matrix气相—空气，非饱和带中液相—水：吸着水Hygroscopic water薄膜水pellicular water毛管水capillary water重力水gravitational water1.1.1.3多孔介质中的地下水运动比较复杂，包括两大类，运动特点各不相同，分别满足于孔隙水和裂隙岩溶水的特点。
渗流的基本概念
a 区 : 实 际 水 深 h > h 0， A > A 0， 那 么 dh 0， 浸 润 曲 线 为 壅 水 曲 线 ， 曲
dl
线 上 游 端 当 h h0 ， AA0 ， dh 0， 以 N -N 为 渐 近 线 ; 下 游 端
当
h
，
A，
dh
i
dl
，以
水
平
线
为
渐
近
线
。
dl
b 区 : 实 际 水 深 h<h0， A <A 0， 那 么
渗 流 模 型 ：不 考 虑 地 下 水 的 流 动 区 域 内 土 壤 颗 粒 的 结 构 ，设 想 水 作 为 连 续 介 质 连 续 地 充 满 渗 流 区 域 的 空 间 ，从 而 将 流 动 视 为 连 续 介 质 流 动 ，所 有 水 力 要 素 可 看 作 随 空 间 点 是 连 续 变 化 的 ，可 以 用 连 续 函 数 的基本性质来研究渗流运动。
2020/6/30
将 达 西 定 律 应 用 于 渐 变 渗 流 ，过 水 断 面 上 任 意 点 的
流速为
ukJk(z2p 2)(z1p 1)kdH
(4)
dl
dl
过水断面的平均流速为
v1 AA ud 1 A A Akd dH d l A kd dH l
(5)
上 式 称 为 D u p u it 公 式 。该 式 说 明 在 非 均 匀 渐 变 渗 流 中 ，
η通常大于1，η越大，土壤颗粒越不均匀，土壤透水能力越差。
均匀颗粒组成的土壤，η=1，其透水能力强于不均匀土壤。
实际土壤的孔隙形状和分布相当复杂，根据渗流特性将土壤分
类：
各向同性— 土 土壤 壤的渗流特性 向各 相个 同方 各向异性— 土 土壤 壤的渗流特性 向各 不个 同方
地下水动力学第一章
px = pxxnx + pyxny + pzxnz py = pxynx + pyyny + pzynz pz = pxznx + pyzny + pzznz
7
地下水动力学
第一章 渗流理论基础
⎧ px⎫ ⎧ pxx pyx pzx⎫⎧nx⎫
⎪ ⎨
py
⎪ ⎬
=
⎪ ⎨
渗透系数不仅取决于岩石的性质 （如粒度、成分、颗粒排列、充填状况、裂隙性质及其发育程度等）， 而且与渗透液体的物理性质（容重、粘滞性等）有关。 理论分析表明，空隙大小对K值起主要作用
地下水动力学
第一章 渗流理论基础
通常采用的单位是cm2 或D
D是这样定义的：在液体的动力粘度为0.001Pa·s，压强差为 101325Pa的情况下，通过面积为1 cm2 、长度为1cm岩样的
pxy
pyy
pzy⎪⎬⎪⎨ny来自⎪ ⎬⎪⎩ pz⎪⎭ ⎪⎩ pxz pyz pzz⎪⎭⎪⎩nz⎪⎭
⎡ pxx pxy pxz⎤
p
=
⎢ ⎢
pyx
pyy
pyz
⎥ ⎥
⎢⎣ pzx pzy pzz⎥⎦
地下水动力学
第一章 渗流理论基础
三维
二维
地下水动力学
第一章 渗流理论基础
渗透系数张量是对称张量
虽然总的说来，在各向异性介质中的水力坡度和渗流速度的方向是不一致 的，但在三个方向上两者是平行的，而且这三个方向是相互正交的。这三个 方向称为主方向。
dσ ' = −d p
d (Δz) = Δzα dp dn = (1− n)α dp
第一章 渗流理论基础
第一章渗流理论基础一、名词解释1. 渗透速度：表示水流在过水断面上的平均流速，不能代表任何真实水流的速度。
2. 实际速度：表示地下水在孔隙中的真实速度。
3. 水力坡度：把大小等于梯度值，方向沿着等水头面的法线，指向水头降低方向的矢量称为水力坡度。
4. 贮水系数：当水头变化1m时，从单位水平面积，高度为承压含水层厚度的柱体中释放或贮存的水量。
5. 贮水率：当水头下降1m时，单位体积承压含水层释放出来的水量。
6. 渗透系数：也称水力传导系数，当水力坡度J=1时，渗透系数在数值上等于渗透速度。
7. 渗透率：表示多孔介质能使气体或液体通过介质本身的能力，只与岩石性质有关，与液体性质无关。
8. 导水系数：T=KM，是一个水文地质参数，即水力坡度J=1时，通过整个含水层厚度上的单宽流量。
二、填空题1．地下水动力学是研究地下水在、、和中运动规律的科学。
（孔隙岩石、裂隙岩石、岩溶岩石）2.通常把具有连通性的孔隙岩石称为多孔介质，而其中的岩石颗粒称为。
（骨架）3.地下水在多孔介质中存在的主要形式有、薄膜水、毛管水和重力水，而地下水动力学主要研究的运动规律。
（吸着水、重力水）4.在多孔介质中，不连通的或一端封闭的孔隙对地下水运动来说是，但对贮水来说却是。
（无效、有效）5.地下水的过水断面包括空隙和固体颗粒所占据的面积，渗透流速是上的平均速度，而实际速度是的平均速度。
（过水断面、空隙面积）6.在渗流场中，把大小等于，方向沿着的法线，并指向水头降低方向的矢量，称为水力坡度。
（梯度值、等水头面）7.渗流运动要素包括流量Q、、压强p和等。
（渗流速度v、水头H）8.根据地下水与的关系，将地下水运动分为一维、二维和三维运动。
（运动方向、空间坐标轴）9.渗透率是表征的参数，而渗透系数是表征岩层的参数。
（岩层渗透性能、透水能力）10.影响渗透系数大小的主要因素是以及。
（岩石性质、渗透液体的物理性质）11.导水系数是描述含水层的参数，它是定义维流中的水文地质参数。
第1章渗流理论基础
25
1.1 渗流的基本概念
1.1.5 渗流速度
渗流是充满整个岩石截面的假想水流。在垂直于 渗流方向取的一个岩石截面，称为过水断面。 地下水的过水断面是整个岩石截面，既包括空隙 面积也包括固体颗粒所占据的面积。
当渗流平行流动时，过水断面为平面，弯曲流动
时则为曲面（图1-6 ）。
26
1.1 渗流的基本概念
22
1.1 渗流的基本概念
实际的地下水流仅存在于空隙空间。为了便于研
究，用一种假想水流来代替真实的地下水流。这 种假想水流的性质（如密度、粘滞性等）和真实 地下水相同；但它充满了既包括含水层空隙的空 间，也包括岩石颗粒所占据的空间。
23
1.1 渗流的基本概念
假想水流运动时，满足以下条件：
3
1.1 渗流的基本概念
1.1.1 地下水在含水岩石中的运动
在地下水动力学中，把具有孔隙的岩石称为多孔介质。 含有孔隙水的岩层，如砂层或疏松砂岩等称为孔隙介质， 也称多孔介质。 含裂隙水的岩石，如裂隙发育的石英岩、花岗岩等称为裂 隙介质。 广义地说，可以把孔隙介质、裂隙介质和某些岩溶不十分 发育的由石灰岩和白云岩组成的介质都称为多孔介质。
渗透速度，比流量）为：
Q A
渗流速度代表渗流在过水断面上的平均流速。它不代表任 何真实水流的速度，只是一种假想速度。假设整个过水断
面都被水充满时，地下水就以这种速度流动。
28
1.1 渗流的基本概念
实际上，地下水仅仅在空隙中流动。在空隙中的不
同地点，地下水运动的方向和速度都可能不同，平 均速度 称为实际平均流速。速度v 和地下水的实际
1）地下水的状态方程 在等温条件下，水的压缩系数为：
渗流的基本概念和基本规律.
力学分析及驱动类型
岩石的压缩性常用压缩系数表示：
1 Cf V f P
液体的压缩系数:
V f
ΔVf——孔隙体积的变化量； Vf——岩石的外表体积； Cf——岩石的压缩系数，单位为 （1/10-1MPa），它表示油层压力每降 低10-1M Pa时，单位体积岩石中孔隙体 积的缩小值。 VL—液体的绝对体积； ΔVL— 压力改变 ΔP 时，流体体积相应的 变化量； CL—液体的弹性压缩系数，表示压力改 变10-1MPa时，单位液体体积的改变量， 单位为(1/10-1MPa)。式中负号表示液体 体积变化方向与压力变化方向相反。
油气储集层
定压边界油藏
1-供给边缘;2-含油边缘；3-含气边缘
封闭式油藏
1-封闭边缘;2-含油边缘;3-含气边缘
特点：边界压力保持不变。
特点：边界无流体通过边界
油气储集层
2、块状油藏
主要为灰岩和白云岩类储集层
特点：面积小、厚度大、为三维流动。
纵向分区：纯油区(有滞留水)、过渡区及纯水区
二、多孔介质
多孔介质是渗流的基本条件之一，多孔介质具有 以下特点：
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：
Vt a V V0 V
Φa—绝对孔隙度；Φ—有效孔隙度；
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。
VL 1 CL VL P
力学分析及驱动类型
5．毛管力
油气层由无数个微小的毛细管连接组成，在毛细管内两相液体 界面间会产生压力跃变 ，这个压力的跳跃就称为毛管压力，它的 大小取决于分界面的弯曲率(曲度)。
渗流力学
渗流力学绪论多孔介质：由固体骨架和相互连通的孔隙，裂缝，溶洞或各种类型的毛细管体系所组成的材料。
渗流力学与其他力学的区别：介质的不同。
第一章渗流的基本概念和基本规律油气藏：油气储集的场所和流动的空间。
油气藏按圈闭形成的类型：构造油气藏，地层油气藏，岩性油气藏。
构造油气藏的分类：背斜油气藏，断层油气藏，刺穿接触油气藏。
油气藏根据流体流动空间的特点：层状隐藏，块状油藏。
层状油藏的特点：1：油层平缓，分布面积大。
2：多油层，多旋回。
3：只考虑在水平方向上流动的流体。
块状油气藏得特点：有限的圈闭面积内相当厚的油藏，考虑纵向上流体的流动和交换；考虑毛管力和重力的作用。
纵向上分为三个区：纯油区，过渡区，纯水区。
过渡区：含束缚水过渡带，油水同生过渡带，残余油过渡带。
多孔介质的特点：孔隙性，渗透性，比表面积大及孔隙结构复杂。
渗透性：多孔介质允许流体通过的能力。
K= ；渗流：流体在多孔介质中的流动。
绝对渗透率：当岩石中的孔隙流体为一项时，岩石允许流体通过的能力。
有效渗透率：当岩石中有两种以上流体存在时，岩石桂其中一相的通过的能力。
相对渗透率：岩石的有效渗透率与绝对渗透率的比值。
比表面积：单位体积岩石所有岩石颗粒的总表面积或孔隙内表面积。
孔隙类型：粒间孔隙，裂缝，溶洞。
多孔介质巨大的比面和复杂的孔隙结构，使得渗流具有阻力大，流动速度慢的特点。
油气层孔隙结构分为：单纯介质（粒间孔隙结构和纯裂缝结构），双重介质（裂缝-孔隙结构和溶洞-孔隙结构），三重介质（大洞或大裂缝和微裂缝、微孔隙共生）。
理想结构模型：将岩石的孔隙空间看成是由一束等直径的微毛细管组成。
修正理想结构模型：变截面弯曲毛细管模型。
重力（动力或阻力），惯性力（阻力），粘滞力（阻力），弹性力（动力），毛管力（动阻力）原始地层压力：油藏开发前流体所受的压力。
供给压力：油藏中存在液源供给区时，在供给边缘上的压力。
井底压力：油井正常工作时，在生产井井底所测得的压力。
第1章 渗流的基础知识和基本定律
纯溶洞结构简化模型
16
第一节 油气储集层
二、外部几何形状及其简化
以背斜构造为例，对其外部几何形状进行简化。对实际油藏进行水平投影，如 下图所示。 油水分界面(油水接触面)->油水边界(内含油边界、外含油边界) 油气分界面(油气接触面)->油气边界 如果有露头->供给边界(有水源供应) 封闭边界(边界是封闭的)
油藏外部形状及其简化示意图
17
第一节 油气储集层
三、油气储集层的特点
1.储容性 油气储集层具有储存和容纳流体的能力，即储容性。 绝对孔隙度：岩石内总的孔隙体积占岩石体积的百分数。 公式：φt=Vt/V×100% 用途：计算油气藏的绝对储量。 有效孔隙度：岩石中有效孔隙体积占岩石体积的百分数。 公式：φ=Ve/V×100% 用途：计算油气藏的可采储量。
20
第一章 渗流的基础知识和基本定律
第一节 油气储集层 第二节 渗流的基本概念 第三节 力学分析及油藏驱动方式 第四节 线性渗流与非线性渗流
21
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 流体质点沿同一方向运动。 特点：流线相互平行，垂直于流动方向的截面上各点 的渗流速度相等；如果流动是稳定渗流，那么流动方 向上任一点的压力只是沿程位移x的线性函数。
折算压力计算示意图
30
第一章 渗流的基础知识和基本定律
第一节 油气储集层 第二节 渗流的基本概念 第三节 力学分析及油藏驱动方式 第四节 线性渗流与非线性渗流
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第三节 渗流过程中的力学分析及油藏的驱动方 式
一、力学分析
油气水在岩石孔道中流动，受到各种力的作用。 1.流体的重力 地球对流体的吸引力称为流体的重力。 重力有时是动力，有时是阻力。
第一章 渗流的基本概念和基本规律.渗流力学.中国石油大学(华东)
层状油藏
储层厚度<含油高度（边水油藏）
块状油藏
储层厚度>含油高度（底水油藏）
5
第一节 油气藏及其简化
层状油藏
分布 -常存在于海相和内陆盆地沉积中，厚度较小，分布面积大 几何特征 - 具有多油层、多旋回的特点
- 纵向上按韵律可分为多个层组
- 层组内可分为几个油层 - 油层内可划分成若干小层 - 小层间有泥岩类隔夹层存在 渗流特征 - 只考虑层内平面流动，可忽略垂向层间交换 6
油气储集层是以岩石颗粒为骨架并含有大量微毛细
管孔隙的介质，所以，多孔介质也定义为：由大量毛细 管或微毛细管结构组成的固体介质
8
第二节 多孔介质及连续介质场
一、多孔介质的储容性
多孔介质的孔隙具有储集和容纳流体的能力
（1）孔隙（pore） 介质中未被固体物质占据的部分 骨架颗粒之间的空间 孔隙是多孔介质的储集空间 有效孔隙，死孔隙 孔径 ~ m
油气藏是一个孔隙连通体！
特征 高温、高压
2
第一节 油气藏及其简化 二、油气藏的分类
根据圈闭形成条件不同可分为三类：
• 构造油气藏
• 地层油气藏
• 岩性油气藏
3
第一节 油气藏及其简化 三、油气藏的“边界”
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”。
32
第三节
渗流过程中的力学分析及驱动类型
2、驱动类型
驱动类型：依靠何种能量 把原油驱入井底。驱动类 型不同，采收率大小不同 气顶中压缩气体的弹性能 原油中溶解气的弹性能 原油本身的重力 水压驱动 弹性驱动
1、天然驱动能量
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。
地下水动力学_01-第一章_复习思考题参考答案
第一章 复习思考题参考答案
1-1.何谓渗流？
实际的地下水水流仅存在空隙空间，其余部分则是固体的岩石 。但为了研究方便，我们用一种假想的水流来代替实际的水流。
这种假想水流的物理性质(如密度、粘滞性等)和真实的地下水
相同，但它充满了整个多孔介质(包括空隙和固体部分)的连续体； 而且这种假想水流的阻力与实际水流在任意岩石空隙体积内中所受 的阻力相同；它的任意一点压强P和任一断面的流量Q与实际水流在 该点周围一个小范围内的平均值相等。这就是在渗透阻力、渗透压 强以及渗透流量保持等效的原则下，把实际渗流速度平均到包括固 体颗粒骨架在内的整个渗流场中。这种假想水流称为渗透水流，简 称渗流。 渗流是用一种假想的宏观水平的地下水流。
垂向排泄的非稳定流条件
。
3-2.三者有何关系？
地下水质点流速矢量 u′、孔隙平均流速u和渗
透流速v三者之间的关系见
图1-1-2b，而且v=neu。
图1-1-2b 地下水各种流速关系概图
4-1.地下水一维、二维、三维流的划分原则。 根据渗透流速与空间坐标轴的关系，可把地下水流分为一维 流动、二维流动、三维流动： 只沿一个坐标方向运动的称为一维流动；沿两个坐标方向有 分流速的称为二维流动；而沿三个坐标方向都有分流速的则称三
坡度呈正比。
表示渗流段内的水力坡度不是常量，沿流向可以变 大也可以变小。
J dH ds
６-1.达西实验的条件是什么？ 达西实验的条件： >>均匀、各向同性介质； >>一维稳定流。
６-2.(均质、非均质，各向同性与各向异性，稳定流与非稳定流等 )达西定律的适用条件是什么？ 达西定律的适用条件： >>当Re<1-10的条件下，通过多孔介质的流体作层流运动，渗流 才满足达西定律；超出此范围，达西定律不再适用。 >>某些粘性土存在一个起始的水力坡度J0。若实际水力坡度J<J0
渗流力学复习2014秋 中国石油大学(华东)
【重点掌握】
1、分流量方程；
2、等饱和度面移动方程；
3、水驱油前缘含水饱和度、位置的确定方法； 4、见水前两相区平均含水饱和度确定方法，井排见水时间
5、见水后平均含水饱和度确定方法；
6、采出程度的计算。
目 录
各章要点 题型介绍 习题讲解
题型介绍
填空、名词解释：基本概念，基本知识 简述题：基本知识及简单应用 应用题：计算、推导、应用
目 录
各章要点 题型介绍 习题讲解
习题讲解—填空题
1 ．完整的渗流数学模型必须包括 综合微分方程、初边值条 件 。 2．当产量与压差关系用指数式表示 Q=c(Δp/Δc)n时，若n=1， 说明渗流服从 达西线性 定律，n在1~1/2之间，说明渗流服从 非线性渗流 定律。 3．渗流力学中把由等压线和流线构成的网格图叫做 渗流场图 或水动力场图 。 4．平面径向渗流时，压力分布曲线是一对数曲线，此曲线绕 井轴旋转所构成的曲面，表示地层各点压力值的大小，称为 压降漏斗 。 5．产量与实际不完善井相同的假想完善井的半径称为 油井的 折算半径 。
习题讲解—填空题
11．在直线断层附近一口井的实测压力恢复曲线会出现两个直线段，两直线段有 第 二直线段斜率为第一直线段斜率的 2 倍 关系。 12．油藏的驱动方式有哪几种 水压驱动，弹性驱动，气压驱动，溶解气驱动和重力 驱动 。 。
13．影响非活塞式水驱油的主要因素是 重力，毛管力和油水粘度差
k 14. 地层导压系数的表达式为 Ct ；物理意义是
3、运动方程；
4、状态方程； 5、连续性原理；
6、质量守恒方程；
7、综合压缩系数； 8、典型数学模型的建立； 9、初边值条件
各章要点
第二章 油气渗流的数学模型 基本要求 【了解】 【掌握】 1、理解建立数学模型的基础、步骤； 2、理解边界条件的分类。 1、完整数学模型的组成部分； 2、数学模型中各方程及初边值条件的作用； 3、运动方程、状态方程、质量守恒方程； 4、单相稳定、不稳定以及两相渗流数学模型；
地下水动力学(第一章 渗流理论基础-1-专)
2. 贮水率和贮水系数 贮水率：面积为1单位面积，厚度为1单位 的含水层，当水头降低1单位时所能释出的 水量。用µs表示。 弹性释水：由于水头降低引起的含水层释 水现象称为弹性释水。 贮水系数：面积为1单位面积，厚度为含 水层全厚度M的含水层柱体中，当水头改变 一个单位时弹性释放或贮存的水量。用µ*表 示。 二者关系： µ* = µs M
V =V0e
−β ( p− p0 )
用Taylor级数展开，舍去高次项，得到如 下的状态方程： V = V0[1-β（p-p0）] ρ=ρ0[1+β（p-p0）]
2 多孔介质的某些性质 （1）多孔介质的孔隙性
孔隙度：指孔隙体积和多孔介质总体积之比。 孔隙度 有效孔隙：互相连通的、不为结合水所占据的那一 有效孔隙 部分孔隙。 有效孔隙度：指有效孔隙体积和多孔介质总体积之 有效孔隙度 比。 死端孔隙： 死端孔隙 一端与其它孔隙 连通，另一端是 封闭的，其中的 地下水是相对停 滞的。
是研究地下水在孔隙岩石裂隙岩石和岩溶岩石中运动规律的科它是模拟地下水流基本状态和地下水中溶质运移过程对地下水从数量上和质量上进行定量评价和合理开发利用以及兴利防害的理论基础
地下水动力学
高志娟 工程学院
绪 论 地下水动力学：是研究地下水在孔隙岩 石、裂隙岩石和岩溶岩石中运动规律的科 学。 它是模拟地下水流基本状态和地下水中 溶质运移过程，对地下水从数量上和质量 上进行定量评价和合理开发利用，以及兴 利防害的理论基础。
第一章 渗流理论基础 §1—1 渗流的基本概念
一、地下水在含水岩石中的运动 1 多孔介质：具有孔隙的岩石。 含水介质一般分为三类： 孔隙介质：含有孔隙水的岩层。 裂隙介质：含裂隙水的岩层。 岩溶（Karst）介质：含岩溶水的岩层。 2 地下水的流动类型可归纳为两类： （1）地下水沿多孔介质的孔隙或遍步于介质中的 裂隙运动； （2）地下水沿大裂隙和管道的流动。
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二、与油藏有关的压力概念
1、原始地层压力 Pi
藏在开发以前，整个油藏处于平衡状态，此时油层中流体 所承受的压力称为“原始地层压力”。
说明：当油层倾角较大时，各井油层中部深度各 不相同。矿场实践表明，在油藏开发前的原始状况下， 各井原始地层压力也是不相等的。
获取方法： 在开发初期，可以根据第一批探井获得。 思考：开发中后期，如何获得？
4、孔隙结构复杂性
储集层的五种特性
决定了渗流的特点：渗流阻力大；渗流速度慢
第二节 多孔介质及连续介质场
一、多孔介质的特点及分类
5、多孔介质分类
单纯介质
粒间孔隙 纯裂缝
三 种 介 质 七 种 结 构
纯溶洞 裂缝-孔隙
双重介质
溶洞-孔隙
裂缝-溶洞
三重介质
孔隙-裂缝-溶洞
第二节 多孔介质及连续介质场
一、多孔介质的特点及分类
且油藏具有明显的倾角时这种能量才起作用。
油藏具有明显的 倾角时这种驱动 方式 才起作用
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型
6、驱动方式小结及三次采油介绍
在流体流向井底的过程中，往往是各种能量同时起作用， 区别在于每种能量发挥作用的大小不同，在某个时期，某 种能量会处于主导地位，其它能量处于从属地位，那么， 在某个时期内，什么能量处于主导地位，就叫做什么驱。
=9.435MPa prB>prA，所以油从B流向A。
A
z 10 m
B
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型
三、油藏驱动类型及驱动能量
1、水压驱动
来源于与外界连通的边水或人工注入水。
注水井 边水压能
生产井
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型
2、弹性驱动
Pf
P P
P'
开采前
Pf P
条带状地层
>3
圆形地层
平面等厚模型(x，y)
B
K=A/B <3
A
第一节 油气藏及其简化
二、油气藏的简化（层状、块状）
1、层状油藏
底水油藏
边水油藏
封闭边界
定压边界
第一节 油气藏及其简化
二、油气藏的简化（层状、块状）
2、块状油藏 必须考虑流体在纵向上的流动和交换。
第二节 多孔介质及连续介质场
一、多孔介质的特点及分类
Pe
油井
水井
Pe
微分方程的边界条件
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型
4、井底压力
井底流压 Pwf ：正常生产时，生产井或注水井的井底压力。 井底静压 P ：正常生产情况下，关闭一口井，其它井正常工 w 作，稳定后的关闭井的井底压力。
Pe
油井
水井
灌溉
Pwf Pw
Pe
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型
一、油气藏的类型（构造、地层和岩性）
3、岩性油气藏（砂岩透镜体、生物礁和岩性歼灭）
生物礁油气藏
第一节 油气藏及其简化
一、油气藏的类型（构造、地层和岩性）
3、岩性油气藏（砂岩透镜体、生物礁和岩性歼灭）
岩性歼灭油气藏
第一节 油气藏及其简化
二、油气藏的简化（层状、块状）
1、层状油藏 忽略流体在纵向 上的流动和交换
油气层渗流力学
第一章
渗流的基本概念和基本规律
第1章 渗流的基本概念和基本规律
第一节 油气藏及其简化
第二节 多孔介质及连续介质场
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型
第四节 渗流的基本规律和渗流方式
第五节 非线性渗流规律
第六节 两相渗流规律
第一节 油气藏及其简化
一、油气藏的类型
二、油气藏的简化
第一节 油气藏及其简化
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型
2、目前地层压力 P
藏开发过程中，不同时期的地层压力，与开发程度、水平有关。
获取方法： 关闭所有井，稳定后，测定的地层中部压力，为目前的地层 压力。
目前地层压力与原始地层压力的关系？
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型 3、供给压力 Pe
在油藏供给边界上的压力或注水井井底压力。
一、渗流程中的力学分析
1、流体的重力和势能
A B
M
Pz
动力
M
Pz
阻力
流体重力势能图
表示重力势能的压力： P
z
gz
重率：
g
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型
2、流体惯性力
m/v
当流体运动时，惯性使其总要保持原状，因而表现为阻力。
dv Pa m ma dt
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型
二、连续介质及连续流体
1、连续流体
p lim p
p p
p
2、连续介质
p lim p
p p
p
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型
一、渗流过程中的力学分析 二、与油藏有关的压力概念
三、油藏驱动类型及驱动能量
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型
一次采油、二次采油
1）水压驱动（刚性和弹性：边水、人工注入水） 2 ）弹性驱动（岩石和流体） 3 ）气压驱动（气顶气） 4 ）溶解气驱（溶解气）
5 ）重力驱动（原油本身重力）
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型
6、驱动方式小结及三次采油介绍
1 ）化学驱 聚合物驱 碱水驱 表面活性剂驱 聚合物+碱水 聚合物+表面活性剂 碱水+表面活性剂
>
PrB PB Z B
>
= =
>
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型 6、压力梯度曲线
油藏埋深与实测压力的关系曲线，叫做压力梯度曲线。不同 水动力学系统压力梯度曲线也不同。
0
P2 P3 Pi P 1
P
思考：Pi P 实测 ?
系数b称为压力系数； b<0.7 异常低压油藏； b>1.2时异常高压油藏。
⊙多存在于碳酸盐岩油气层。
储、渗
第二节 多孔介质及连续介质场
④ 理想土壤：由等直径的平行毛细管组成的多孔介质。
⑤ 假想土壤：由等直径的固体颗粒堆积而成的多孔介质。
第二节 多孔介质及连续介质场
孔 隙 介 质
蒙脱石
粒间孔隙
伊利石
第二节 多孔介质及连续介质场
储层裂缝 石英颗粒粒内裂缝
裂 缝 介 质
第二节 多孔介质及连续介质场
一元驱
二元复合驱
三元复合驱：聚合物+碱水+表面活性剂
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型
6、驱动方式小结及三次采油介绍
2 ）注酸（浓硫酸、盐酸-前苏联） 油套管腐蚀严重 3 ）注气（CO2、N2、NG） 4 ）交替注气注水 注蒸汽 5 ）热采 蒸汽驱 蒸汽吞吐
第二节 多孔介质及连续介质场
一、多孔介质的特点及分类
3、比表面性 S
S
S
Sr
A S 是指单位体积岩石内孔隙总内表面积，以岩石外表表 V 面体积为基准。
A S V
A Sr Vr
以岩石孔隙体积为基准的比表面
以岩石骨架体积为基准的比表面
第二节 多孔介质及连续介质场
一、多孔介质的特点及分类
一、油气藏的类型（构造、地层和岩性）
1、构造油气藏（背斜、断层、刺穿和裂缝）
背斜油气藏
挤压背斜
基底升降背斜
滚动背斜
披覆背斜
底辟拱生背斜
第一节 油气藏及其简化
一、油气藏的类型（构造、地层和岩性）
1、构造油气藏（背斜、断层、刺穿和裂缝）
断层油气藏
复杂断层
简单单断层
交叉断层
逆断层
第一节 油气藏及其简化
5、多孔介质分类
① 孔隙介质：以固体颗粒为骨架，在颗粒之间形成连
通或不连通的孔隙。
⊙多存在于砂岩油藏中，在油田最为常见。
储、渗
第二节 多孔介质及连续介质场
② 裂缝介质：具有裂缝的多孔介质。
⊙多存在于碳酸岩油藏中。
纯裂缝
裂缝－孔隙 储、渗
第二节 多孔介质及连续介质场
③ 溶洞介质：以次生溶洞为主要储集空间的岩石。
'
开采后
Pf ' P '
来源于岩石和液体的弹性。 综合压缩系数 ：
Ct C f C L
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型
3、气压驱动
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型
4、溶解气驱动
来源于溶解气。
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型
5、重力驱动
来自原油本身的重力。
5、折算压力 Pr
C B A
投产前，油藏处于平衡状态。
PC PB PA
PA
PC
油藏流体由C→B→A？
思考：为什么？ 潜水、核潜艇
PB
A 、B、 C 的高度不同。
只有把三口井压力折算到同一水平面上，才具有可比性。
比个头、地质储量计算
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型
5、折算压力 Pr
将油藏内各点压力按水力学内部压力分布规律，折算到同一 水平面上的压力，叫做折算压力。
f
1 V f Cf V f P
开采前
P
P'
Pf P
'
V f ---孔隙体积变化量
开采后
Pf ' P '
C f ---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。
第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型