渗流物理-混相驱替
8高等渗流力学-第八章-物化渗流-曹仁义
这一公式表明,当时间趋于无穷时,平衡吸附浓度等于极限吸附浓度 Cr* ,
也就是只有在无脱附时,吸附量才可能达到极限情况。
而在K2≠0时,在时间趋于无穷以后,可以得到平衡浓度
Cr
1
aC bC
a K1Cr* / K2
b K1 / K2
此为真实平衡吸附浓度公式,又叫做兰格缪尔等温吸附线。
D0 (1
1K1 f
'(C)
C ) x
2C x2
第二节 带吸附和扩散的渗流规律
进行坐标变换,即取新的自变量
x1 x vt ,
t1 t
得到
C C v C
t t1 x1
代入基本方程,得
C C
x x1
和 2C x2
2C x12
C t1
高等渗流力学
曹仁义
第八章 物理化学渗流
第一节 物理化学渗流基本现象
一、多孔介质中的扩散现象 二、多孔介质中的吸附现象
第二节 带吸附和扩散的渗流规律
一、一维理想扩散渗流方程及解 二、考虑粘度差的互溶液体的扩散理论 三、具有吸附作用的单相渗流问题
第三节 具有多组分溶质的水溶液驱油时的两相渗流问题
一、多孔介质中油、水两相物化渗流的基本方程 二、油、水两相物化渗流方程的求解
L0.5 0.5
0 L0
过渡带半长度与前沿距离之比:
L0.5
L0
x
L0 D*t D*
L0.5
vt
vt
经过一段时间后,即随t增大 ,扩散速度比对流速度越来越小。
对于室内实验,若减小扩散影响,需增大佩克列数 L*v / D*。
第七章油气两相渗流
No
SoV Bo( P )
式中:
No——时刻 t 的剩余油储量
So——时刻 t ,地层的含油饱和度;
Bo(P)--时刻 t ,原油的体积系数;
V——油层的孔隙体积。
设每下降一个大气压时,从地层中采出的原油 总体积为Qo(脱气体积)。
在数值上等于每改变一个大气压时,No的改变。
Qo
dNo dp
d ( SoV ) dp Bo( P )
生产油气比——油井生产时,每采出1吨原油时,
伴随采出的天然气量。 m3/t 或 m3/m3
2、油气稳定渗流时,地层中任意过水断面上的油 气比是个常量。
任意过水断面上的油气比R定义:
R Qga Qg1 Qg2
Qoa
Qoa
式中: Qoa——通过某一过水断面A的油流量, 地面体积流量; Qga——通过断面A的气流量,标准状况 下的体积流量。
Kro oBo
Pw
H e H w
Pe
Kro
dP
Pw Bo ( P )o
Pe
P
第四节 油气两相不稳定渗流理论
油气两相同时渗流时的一种求近似 解的方法——马氏凯特近似求解法。
一、用物质平衡法求解地层平均压力与 地层平均含油饱和度的关系
设油田开发的某时期 t ,剩在地下的原油 总体积为 No(地面体积)
dBo( P ) dP
(1 So
Swr
)V
dBg dP
BgV
dSo dP
整理得:
Qg
V
Rg Bo( P
)
dSo dP
So Bo( P )
dRg dP
Rg So Bo2( P )
dBo( P ) dP
第6章 油气两相渗流(溶解气驱动)
So
12
第三节 混气液体的稳定渗流
一、赫氏函数 混气液体稳定渗流的基本微分方程:
o
(
Kro p)Bo
(
p)
p
0
方程中渗透率、粘度、体积系数都随压力变化,为方便方程求解,
引入一个拟压力函数,一般称为赫氏函数,其定义为:
p
H (பைடு நூலகம்p)
Kro
dp
0 o ( p) Bo ( p)
7
第二节 混气液体渗流的基本微分方程
与前面方法类似,可得到dt时间内六面体流入流出的质量差:
[ x
(gvgx
G1vox
)
y
(gvgy
+G1voy
)
z
(gvgz
G1voz
)]dxdydzdt
六面体内气体质量的变化:
自由气的质量变化为:
t
[g
(1
So
)
]dxdydzdt
溶解气的质量变化为:
t
2.赫氏函数H的计算步骤
(2)由相对渗透率曲线计算
Krg Kro
—So
关系。
油气相对渗透率曲线
Krg Kro
—So关系曲线
18
第三节 混气液体的稳定渗流
二、计算赫氏函数的方法
2.赫氏函数H的计算步骤
(3)从(1)、(2)步骤得
K ro
o ( p)Bo ( p)
—p
关系。
直线段公式:
Kro
Ap B
]
[(D
G1)voz z
]
dxdydzdt
dt时间内六面体内部液体质量变化为:
t
[(
D
4-2、渗流力学油水两相
第三节 非活塞式水驱油理论
2、水驱油前缘动态—思考题:不同时刻规律
对于t1时刻:
xf1 x0
f′w swf φA
t1
Q t dt
0
x1 x0
f′w sw1 φA
t1
Q t dt
0
xf1 x0 x1 x0
f′w swf f′w sw1
石油工程学院2012年渗流力学PPT
第三节 非活塞式水驱油理论
Swf
'
∫ w
wc
w Sw m
Sw m w
w
wc fw'
( ) ∫ = S − S
f − df ' Swf
Swf
w
wc
w Sw m
Sw m
w
⎡⎣( ) f ⎤⎦ = S − S f ' −
w
wc w
石油工程学院2012年渗流力学PPT
w
Swf Sw m
( ) f = S − S f − ' Swf
Swf
一、单向渗流(一维驱替)
供
排
给
液
边
坑
缘
道
供 给 边 缘
初始油水界面
排 液 坑 道
目前油水界面
供 给 边
缘
排 液 坑 道
石油工程学院2012年渗流力学PPT
回顾二、活塞式水驱油理论
一、单向渗流(一维驱替)
渗流阻力=水区渗流阻力 +油区渗流阻力
供 给 边
缘
排
液 坑 道
活塞式水驱油示意图(单向流)
总的渗流阻力:
Sw
?
fw
f
′
w
石油工程学院2012年渗流力学PPT
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)
《油层物理》名词及解释
《油层物理》名词及解释1、《《油层物理油层物理》》名词解释名词解释岩石物理性质岩石物理性质petrophysicalproperties指岩石的力学、热学、电学、声学、放射学等各种参数和物理量,在力学特性上包括渗流特性、机械特性〔硬度、弹性、压缩和拉伸性、可钻性、剪切性、塑性等〕。
流体物理性质流体物理性质fluidproperties油层流体是指油层中储集的油、气、水,它们的物理性质主要包括各种特性参数、相态特征、体积特征、流淌特征、互相之间的作用特征及驱替特征等。
水基泥浆取心水基泥浆取心water-basemudcoring水基泥浆钻井时所进行的取心作业。
油基泥浆取心油基泥浆取心oil-basemudcoring油基泥浆钻井时所进行的取心作业;它保证所取岩心不受2、外来水侵扰,通常在需要测取油层初始油〔水〕饱和度时选用。
岩心岩心core利用钻井取心工具获取的地下或地面岩层的岩石。
岩样岩样coresample从岩心上钻取的供分析化验、试验讨论用的小样〔一般长2.5cm~10.0cm、直径2.5cm~3.8cm〕。
井壁取心井壁取心sidewallcoring用井壁取心器从井壁获取地层岩石的取心方法。
岩心收获率岩心收获率corerecovery指取出岩心的长度与取心时钻井进尺之比,以百分数表示。
密闭取心密闭取心sealingcoredrilling 用密闭技术,使取出的岩心保持地层条件下流体饱和状态的取心方法。
保压取心保压取心pressurecoring用特别取心工艺和器具,使取出的岩心能保持地层压力的取心3、方法。
定向取心定向取心orientationalcoring能知道所取岩心在地层中所处方位的取心方法。
冷冻取心冷冻取心freezingcore 用冷冻来防止岩石中流体损失和胶结疏松砂岩岩心破裂的岩心爱护方法。
常规岩心分析常规岩心分析routinecoreanalysis常规岩心分析分为部分分析和全分析。
渗流力学概述
渗流力学概述摘要:论述了渗流力学学科的地位,总结了渗流力学三个不同阶段的发展.介绍了当前渗流力学学科的若干前沿研究并对渗流力学的下一步需要重点研究的工作进行了说明.关键词:渗流力学;发展;展望FLUID MECHANICS IN POROUS MEDIA SUMMARIZE Abstract:this paper describes the status of fluid mechanics in porous media, and summarizes it’s three different stages of the development. This article introduces the fluid mechanics in porous media some frontier research and subject to the next step in the fluid mechanics in porous media to research work are illustrated.Keywords: fluid mechanics in porous media; development; expectarion0 引言渗流力学是研究流体在多孔介质中运动规律的科学,渗流力学既是流体力学的一个独立的分支学科,又是一个与岩石力学、多孔介质物理、表面物理、物理化学、热力学等相互交叉的独立学科.渗流一词在我国出现于20世纪60年代初期.在此之前,人们将渗流称之为“滤流”、“滤”等.例如在阿列文的渗滤理论一书译文中称渗流理论为“渗滤理论”。
在卡佳霍夫的“油层物理基础”一书译文中也称渗流理论为“渗滤理论”。
20世纪60年代初中国科学院拟在兰州组建渗流力学方面的研究机构,初期设立在兰州地质所,曾称为“地下水动力学研究室”.1963年该室科研人员经过讨论建议改为“渗流力学室”,这样“渗流力学”一词就逐渐被国人所接受.渗流的英文对应词是flow through porous media,就是通过多孔介质的流动,有时简称为porous flow。
渗流物理-驱替理论
1 r( S ) = Z
其中:
∫
S
1− Sc
g (η )dη
( 2.35)
Z=∫
S ro
1− Sc
g (η )dη
( 2.36)
二、两相驱替理论
通过r(S),(2.31)变为
∂ 2r ∂r ∂r + a(r) = β (r) 2 ∂ξ ∂ξ ∂λ
其中:
( 2.37)
1 d 1 a(r) = Z dr 1 + K nw µ w K w µnw
x qt ξ = ,λ = L φAL
pc ( Snw ) pc = dpc dS nw char
(2.29)
此处L是此系统的长度。 此处 是此系统的长度。也定义一无量纲毛细管压力 是此系统的长度
( 2.30)
这里char是指一特征值。注意,Snw本身就是一个无量纲量。 是指一特征值。注意, 本身就是一个无量纲量。 这里 是指一特征值 本身就是一个无量纲量
µw
µnw
这里采用了
∂pc dpc ∂Snw = ∂x dSnw ∂x
( 2.26)
二、两相驱替理论
如果流管是水平的,由达西定律有: 如果流管是水平的,由达西定律有:
K w dpc A q µ w dSnw ∂Snw qw = + K nw µ w K w µnw ∂x 1+ 1+ K w µnw K nw µ w
qw = − K w A ∂pw + ρ w g sin α µ w ∂x ( 2.1)
K nw A ∂pnw qnw = − + ρ nw g sin α µ ∂x
渗流机理名词及解释
渗流机理名词及解释多孔介质porous media以固相介质为骨架、含有大量孔隙、裂隙或洞穴的介质叫多孔介质。
若多孔介质对流体是可渗的,称为可渗多孔介质。
双重孔隙介质dual-porosity media;double porosity media这类介质由两个系统组合而成,孔隙性介质构成岩块系统;裂缝性介质构成裂缝系统。
两个系统按照一定规律发生彼此间的传质交换。
不可压缩流体incompressible fluid随压力变化,体积不发生弹性变化的流体。
亦称刚性流体。
可压缩流体compressible fluid随压力改变,体积发生弹性变化的流体。
亦称弹性流体。
渗流速度flow volocity流体流量与多孔介质横截面积之比称为渗流速度。
流体在多孔介质中流动的渗流速度不是流体质点的真实速度。
流体真实速度应等于流量除以孔隙面积,所以渗流速度小于真实速度。
稳定渗流steady state flow流体在多孔介质中渗流时,密度和速度等物理量仅为空间函数而不随时间变化的渗流。
亦称定常流动、稳态流动。
不稳定渗流unsteady-state flow流体在多孔介质中渗流时,各物理量不仅是空间的函数,而且是时间的函数。
亦称非定常流动;非稳定流动。
非线性渗流non-linear flow渗流速度与压力梯度之间不成线性关系的渗流状态。
单相渗流single-phase flow through porous medium在多孔介质中只有一种流体参与的流动。
两相渗流two-phase flow through porous medium多孔介质中有两种互不混溶的流体同时参与的流动。
多相渗流multiple-phase flow through porous medium多孔介质中同时有两种以上互不混溶流体参与流动。
多组分渗流multi-component flow through porous medium含有多种组分的烃质和非烃质混合的流体在多孔介质中的流动。
04第四章 油藏渗流物理特征及其应用
13
14
15
2、换向驱替
实质:改变饱和度方向,将驱替过程变为 吸吮过程, 包括静湿润滞后的含义。
3、单井吞吐
同一井,注入水,采出油分三阶段: (1)、注水阶段—反注 双管流程 (2)、油水交换阶段—吸水排油 (3)、采油阶段—降压采油
16
17
18
19
在多孔介质的微细毛管中, 一、毛管压力概念—在多孔介质的微细毛管中, 毛管压力概念 在多孔介质的微细毛管中 跨越两种非混相流体弯曲界面的压力差。 跨越两种非混相流体弯曲界面的压力差。 θ
27
1、应用Pc曲线判断自由水面以上油水过渡带的高度 应用Pc Pc曲线判断自由水面以上油水过渡带的高度
28
29
3、应用驱替曲线和吸吮曲线毛管曲线 对比判断油藏岩石的湿润性
曲线I—油驱水 曲线II--水驱油 曲线III--油驱水
30
曲线I—水驱油 曲线II --油驱水 曲线III--水驱油
47
48
49
50
3、应用相对渗透率分析含水上升率 〆fw/〆SW= ((uW/u0)bae-bsw)/(1+( uW/u0)ae-bsw)2 上式物理意义: 当含水饱和度增加单位数值时,含水率增长的百分 函数,其实质是fw(SW)曲线的斜率。
51
4、结合毛管压力和分流曲线划分 纯水段、 纯水段、油水过渡段及纯油段
37
3、相对渗透率—当多相流体共存时,每一相流体的 有 效K与绝对K的比值。 例:上述条件下Krw=0.225/0.375=0.6 um2 Kr0=0.045/0.375=0.12 um2 Krw+ Kr0=0.72<1 4、流度及流度比 流度 油的流度λ0= Ko/u0 水的流度λ0=KW/ uW 流度比 M=λW/λ0= KW u0/ Ko/uW 按上述数据,SW=70%,S0=30%,水和油的饱和度 仅相差2.33倍,而水的流度却是油的流度的15倍. M=λW/λ0= KW u0/ Ko/uW=0.225Х3/0.045Х1=15
多相流体渗流特征油藏物理课件知识介绍
实验结果应用
根据实验结果,可以指导油田开发实践,优 化开发方案,提高采收率和经济效益。
05
多相流体渗流在油藏工程中的应用
提高采收率的方法与技术
注水技术
化学驱油技术
热力采油技术
气驱技术
通过向油藏注水,增加 油藏压力,提高驱油效 率,从而提高采收率。
利用化学剂改变油水界 面张力,提高驱油效率,
从而提高采收率。
的参考依据。
优化油田开发方案
03
通过模拟实验,可以优化油田开发方案,提高油田开发效果和
经济效益。
实验设备与流程
实验设备
包括模拟装置、压力计、流量计、加热器、冷却器等。
实验流程
包括准备实验材料、建立模型、注水、注气、生产等步骤。
实验结果分析与应用
实验结果分析
通过分析实验数据,可以得出多相流体在油 藏中的流动规律、渗流特征和油藏参数等。
渗流现象及其重要性
定义
渗流是指流体在多孔介质中流动 的现象,这种流动是受孔隙介质 阻力控制的。
重要性
渗流在石油、天然气、水文学等 领域具有广泛的应用,是研究油 藏工程、地下水动力学、土壤水 文学等学科的重要基础。
多相流体渗流的研究方法
实验研究
通过实验模拟多相流体的渗流过 程,测量相关参数,如流量、压 力、持水率等,以揭示渗流规律。
通过加热油藏,降低原 油粘度,提高流动性,
从而提高采收率。
利用气体提高油藏压力, 从而提高采收率。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 油藏数值模拟与优化
01
02
03
04
建立数学模型
根据油藏地质、流体和工程数 据,建立数学模型。
数值求解
利用数值方法求解数学模型, 得到油藏动态变化规律。
第6章 油气两相渗流(溶解气驱动)
C( pe
g (
)Krg pe )
Rs ( pe ) ga Kro Bo ( pe )o ( pe )
2 pe
K
t
Rs ( pe ) ga
Bo ( pe )
Soe
C( pe )(1
Soe ) 22
第四节 混气液体的不稳定渗流
一、基本微分方程的简化 两式相除可得:
C( p)(So )
第三节 混气液体的稳定渗流
三、稳定试井 溶解气驱方式下的指示曲线,如右图。
根据直线的斜率可以求出采油指数:
J0
q0 H
直线段服从达西线性渗流定律,可得:
则可得渗透率为:
2πKh J0 ln re
rw
K
J0
ln
re rw
2πh
指示曲线
20
第四节 混气液体的不稳定渗流
一、基本微分方程的简化
边界压力≈地层平均压力 边界处的饱和度值≈地层平均饱和度值 油相基本微分方程:
2
第一节 混气液体渗流的物理过程
溶解气驱开采的油藏,混气液体渗流的能量来源于均匀分布于 全油藏的溶解气体,因而一般采用均匀的井网。所以说在混气 液体渗流时,关键是研究清楚一口井的情况。
溶解气驱压力传播示意图
溶解气驱单元体图
气体膨胀所释放的弹性能主要消耗在克服阻力转换为流体的动能。
3
第一节 混气液体渗流的物理过程
Bo ( p)
So
12
第三节 混气液体的稳定渗流
一、赫氏函数 混气液体稳定渗流的基本微分方程:
o
(
Kro p)Bo
(
p)
p
0
方程中渗透率、粘度、体积系数都随压力变化,为方便方程求解,
渗流力学有关概念要点
渗流力学有关概念2.3.1 渗流力学指专门研究流体通过各种多孔介质渗流时的运动形态和运动规律的科学。
它是现代流体力学的一个重要分支,是油藏工程、油藏数值模拟的理论基础。
2.3.2 不可压缩流体{刚性流体)又称为刚性流体,是指随着压力的变化,体积不发生弹性变'形的流体。
2.3.3 可压缩流体(弹性流体)又称弹性流体,是指随压力的变化,体积发生弹性膨胀或收缩的流体。
2 .3 . 4体相流体指分布在多孔介质孔道的中轴部分,其性质不受界面影响的流体。
2.3.5 边界流体指分布在孔道壁上形成一个边界层,其性质受界面影响的流体。
2.3.6 地下流体流场指地下流体与岩石相互作用所占据的、并能在其中流动的场所或空间。
2.3.7 变形介质当地层中的液体压力降低时,岩石发生变形而使孔隙空间减小,渗透率降低,这种孔隙空间发生变形的多孔介质称为变形介质。
2.3.8 可变渗透率地层变形多孔介质的渗透率不是常数,而是压力的函数,具有这种性质的油、气层称为可变渗透率地层。
2.3.9 多孔介质以固相介质为骨架,含有大量互相交错又互相分散的微小孔隙或微毛细管孔隙的介质叫多孔介质。
油气储层就是多孔介质的一种。
2.3.10 双重孔隙介质{裂缝孔隙介质}又称裂缝孔隙介质,是指由孔隙介质和裂缝介质两个水动力学系统构成,两个系统按一定规律进行流体交换。
2.3.11 渗流与地下渗流流体在多孔介质中的流动称为渗流。
流体在地层中流动叫做地下渗流。
2.3.12 单相渗流指在多孔介质中只有一种流体以一种状态参与流动。
如在地层压力高于饱和压力条件下,油藏中的原油流动,气藏中的气体流动等。
2.3.13 两相渗流与多相渗流指在多孔介质中有两种流体同时参与流动叫两相渗流,如油层中的油、水两相流动。
同时有两种以上互不混溶的流体参与流动叫多相渗流,如油层中的油、气、水三相流动。
2.3.14 多组分渗流指含有多种组分的烃质和非烃质混合的流体在多孔介质中的流动。
渗流力学课件
粒间孔隙结构 微层理结构
三重介质 三重混合结构
HX-CHENG 11
简化
简化
假想结构模型
理想结构模型
粒间孔隙结构
简化
纯裂缝结构模型
纯裂缝结构
裂缝孔隙结构模型
裂缝孔隙结构
溶洞孔隙结构模型
溶洞孔隙结构
§1.1 油气储集层及其简化
2.油气层的参数模型
油气藏中岩石和流体的物性参数是随机变化的难以用连
◆渗透率K是与岩石孔隙结构形式及大小有关的参数,是
2 岩石本身的特性,而与通过的流体无关。其量纲为 [ L ]。
达西定律的适用条件:
﹡流体为牛顿流体; ﹡流速在适当范围内,可不考 虑惯性阻力; ﹡不考虑其它物理化学作用。
2012-9-18 HX-CHENG 34
摩擦力 P AvL 的推导:
2012-9-18
Vp V
Ap A
u HX-CHENG
v
或 v u
30
§1.3 渗流的基本规律 和渗流方式
(2)渗流阻力
Q K P L
A
P
L
KA
P R
v
(3)达西定律的微分形式 一维: v
K dP
dx
vx vy vz
K P
x
x
对气体: PV nRT PV ZnRT
P
开采前
2012-9-18
P
P
'
Pf P
'
开采后
Pf P
' '
HX-CHENG
19
§1.2 渗流过程中的力学分析 及驱动类型
两相渗流理论基础
第五章 两相渗流理论基础两相渗流理论--贝克莱-列维尔特驱油理论内容概要水驱油过程是一个非活塞式的驱替过程,即水渗入到含油区后,不能将全部原油置换出去,而是出现一个油和水同时混合流动的油水混合区,油井见水后还会有很长一段时间的油水同采期,本节继续介绍非活塞式水驱油的基本理论,是本章的重点。
本节应掌握等饱和度面移动方程,水驱油前缘含水饱和度和前缘位置以及两相渗流区中平均含水饱和度的确定;理解井排见水后两相渗流区中含水饱和度变化。
课程讲解:讲解ppt教材自学:第三节 非活塞式水驱油(两相渗流理论)本节导学水驱油过程是一个非活塞式的驱替过程,即水渗入到含油区后,不能将全部原油置换出去,而是出现一个油和水同时混合流动的油水混合区,油井见水后还会有很长一段时间的油水同采期,本节继续介绍非活塞式水驱油的基本理论,是本章的重点。
本节重点1、等饱和度面移动方程;★★★★★2、水驱油前缘含水饱和度和前缘位置;★★★★★3、两相渗流区中平均含水饱和度的确定;★★★★★4、井排见水后两相渗流区中含水饱和度变化;★★★一.等饱和度面移动方程(1)单向渗流两相渗流区中任取一微小矩形六面体 总流速:水流速:单元模型点M '处: ;点M "处:流入水的体积:流出水的体积:dt 时间单元体内流入-流出的水相体积差值为:dt二式相等于是含水率w f 是含水饱和度的函数即)(w w w S f f =,而含水饱和度w S 又是距离和时间的函数,即),(t x S S w w = ,于是上式可以写成:对于等饱和度面的移动规律,即饱和度为定值的平面上, 0=w dS ,即由此可得:又则某一等饱和度平面推进的速度式,称为贝克莱——列维尔特方程或等饱和度面移动方程。
它表明等饱和度平面的移动速度等于截面上的总液流速度乘以含水率对含水饱和度的导w w ww S df S Q t A dS xφ∂∂=-∂∂ww S dxt S dt x ∂∂=-∂∂w w ww S df S Q t A dS xφ∂∂=-∂∂数。
流体力学讲义 第十二章 渗流
流体力学讲义第十二章渗流第十二章渗流概述一、概念1.渗流(Seepage Flow):是指流体在孔隙介质中的流动。
2.地下水流动:在土建工程中,渗流主要是指水在地表以下的土壤和岩石层中的流动,简称为地下水流动。
判断:地下水的流动与明渠流都是具有自由液面的流动。
错二、渗流理论的应用1.生产建设部门;如水利、化工、地质、采掘等部门。
2.土建方面的应用给水方面排灌工程方面水工建筑物建筑施工方面三、渗流问题确定渗流量:如确定通过闸坝地基或井等的渗流流量。
确定渗流浸润线的位置:如确定土坝坝体内的浸润线以及从井中抽水所形成的地下水面线的位置。
确定渗流压力:如确定渗流作用于闸坝底面上的压力。
估计渗流对土壤的破坏作用:计算渗流流速,估计发生渗流破坏的可能性,以便采取防止渗流破坏的措施。
四、土壤的水力特性不均匀系数:(12-1)式中:d60,d10——土壤颗粒经过筛分时分别有60%,10%重的颗粒能通过筛孔直径。
孔隙率n:是指单位总体积中孔隙所占的体积,。
沙质土:n=0.35~0.45;天然粘土、淤泥:n=0.4-0.6。
1.透水性透水性(hydraulic permeability):是指土或岩石允许水透过本身的性能。
通常用渗透系数k来衡量,k值越大,表示透水性能越强。
均质土壤(homogeneous soil):是指渗流中在同一方向上各处透水性能都一样的土壤。
非均质土壤(heterogeneous soil):是指渗流中在同一方向上各处透水性能不一样的土壤。
1各向同性土壤(isotropic soil):是指各个方向透水性都一样的土壤。
各向异性土壤(anisotropic soil):是指各个方向透水性不一样的土壤。
2.容水度容水度(storativity):是指土壤能容纳的最大水体积与土壤总体积之比,数值与土壤孔隙率相等。
3.持水度持水度(retention capacity):是指在重力作用下仍能保持的水体积与土的总体积之比。
油层物理名词解释
油层物理名词解释岩石物理性质指岩石的力学、热学、电学、声学、放射学等各种参数和物理量,在力学特性上包括渗流特性、机械特性(硬度、弹性、压缩和拉伸性、可钻性、剪切性、塑性等)。
流体物理性质油层流体是指油层中储集的油、气、水,它们的物理性质主要包括各种特性参数、相态特征、体积特征、流动特征、相互之间的作用特征及驱替特征等。
水基泥浆取心水基泥浆钻井时所进行的取心作业。
油基泥浆取心油基泥浆钻井时所进行的取心作业;它保证所取岩心不受外来水侵扰,通常在需要测取油层初始油(水)饱和度时选用。
岩心利用钻井取心工具获取的地下或地面岩层的岩石。
岩样从岩心上钻取的供分析化验、实验研究用的小样(一般长 2.5cm~10.0cm、直径 2.5cm~3.8cm)。
井壁取心用井壁取心器从井壁获取地层岩石的取心方法。
岩心收获率指取出岩心的长度与取心时钻井进尺之比,以百分数表示。
密闭取心用密闭技术,使取出的岩心保持地层条件下流体饱和状态的取心方法。
保压取心用特殊取心工艺和器具,使取出的岩心能保持地层压力的取心方法。
定向取心能知道所取岩心在地层中所处方位的取心方法。
冷冻取心用冷冻来防止岩石中流体损失和胶结疏松砂岩岩心破碎的岩心保护方法。
常规岩心分析常规岩心分析分为部分分析和全分析。
部分分析是使用新鲜或者经过保护处理的岩样只进行孔隙度和空气渗透率的测定。
特殊岩心分析是毛细管压力、液相渗透率、两相或三相相对渗透率、敏感性、润湿性、压缩性、热物性、电性等岩心专项分析项目的总称。
全直径岩心分析利用钻井取心取出的全直径岩心,在实验室内进行的全部分析测定。
岩屑钻井过程中产生的岩石碎屑。
砾颗粒直径大于或等于 1mm 的石英、长石类或其它矿物颗粒。
粗砂颗粒直径在 0.5~<1mm 的石英、长石类或其它矿物颗粒。
中砂颗粒直径在 0.25~<0.5mm 的石英、长石类或其它矿物颗粒。
细砂颗粒直径在 0.1~<0.25mm 的石英、长石类或其它矿物颗粒。
高等渗流力学(2015)-第三章-黄世军-精简
一、贝克莱-列维里特理论及基本解
油、水两相流动的运动方程可以写为如下形式:
KK rw S w p vw w x
水相:
油相:
KK ro S w p vo o x
其中: vo 为油的渗流速度。
vw 为水的渗流速度。
第二节 油水两相非活塞驱替-贝克莱-列维里特理论
vt
Sw fw
取 u t x ,则变量替换以后有:
dSw dSw vf ( Sw)(u ) 0 du du dSw vf S u 0 w w du
即
第二节 油水两相非活塞驱替-贝克莱-列维里特理论
一、贝克莱-列维里特理论及基本解
其解为:
x v 1 Sw u fw t
vt S w S wc dx
0
xf
由于此时取的是固定时刻,因此dx应由上式通过对 Sw 求微分得:
t dx f ( S w )dS w
积分限是从0到前沿 x f ,而自变量换为饱和度 S w 后其上限变为前沿
饱和度 Swf ,而下限变为最大含水饱和度 Swm 。
第二节 油水两相非活塞驱替-贝克莱-列维里特理论
二、前沿饱和度及前沿移动速度
vt vt
swf swm
( S w S wc ) f " ( S w )dS w
vt S wf S wc f ' S wf f S wf 1
f ' S wf
S
f
S
wf
wf
S wc
值越接近于1,说明在饱和度相同情况下,水驱油效果差。
第二节 油水两相非活塞驱替-贝克莱-列维里特理论
渗流力学名词解释及重点公式
等压线:渗流场中压力相同点的连线。
等压面:渗流场中压力相同的空间点组成的面。
(规则:各相邻两条等压线间的压差值相等;各相邻两条流线
间通过的流量相等。)
12.流度系数:
13.泄油面积:油井周围参与渗流的面积。精确一点,指单井周围所波及的可动用油的面积范围,储层的性质,质量不同,则波及的范围不同, 因此布井开采的井距和开采方法也有所不同, 具体情况具体确定标准。(网上查的)
图来描绘渗流过程,然后按照电路定律来求解更
多复杂的多排井渗流的计算公式,这种方法称为
“渗流阻力法”
25.不稳定试井:利用油井以某一产量进行生产时
(或在以某一产量生产一段时间后关井时)所实
测的井底压力
26.拟压力函数:
27.活塞式驱油:即认为水驱油时油水接触面始终垂直于流线,并均匀地向生产井排推进,油水接触面一直都于排液边平行,水进入油区后将孔隙中可以流动的油全部驱出。很显然这时油藏内存在两个区,一个含油区,一个含水区,总的渗流阻力有两个,其计算方法前面已述。
22.压降迭加原理:多井同时生产时,地层中任一点的压降等于各井单独生产时在该点形成的压力降的代数和.(规定:生产井形成的压降值为正,注水井形成的压降为负.)
23.舌进现象:油水前缘沿高渗透层突进的现象,在成层非均质油层中可以见到明显的舌进。(如图所示)
)
24.等值渗流阻力法:利用水电相似原理,以电路
19. 指示曲线:油井的产量 与相应的生产压差 之间的关系曲线就称为指示曲线。
20. 井间干扰现象:同一油层中当多井同时生产时,其中任一口井工作制度的改变(如新井投产,事故停井以及改变工作制度等)所引起的其它井井底压力及产量的变化现象.
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图中还给出混相带粘度μm ,并认为它是呈线性分布,因而梯 度为: 2 1
m 2
,
设
K
2 1
2
,则
K m
,方程(1.4)变为: (1.9)
c c [ DE (1 ) ]
利用( 1.18 )式求出Λ长度,具体计算时,用逐次逼近方法求 解,最后得到Λ=131米。 求混相带完全采出时间t**: 首先设混相带中心ξ=0到达l后,假设其继续向前推进(见 图1.3 ),则虚拟距离为地层长度加上不变半段塞:
l* l 131 400 466米 2 2
2、溶剂驱油动态计算
分子扩散系数
. 米,K 2.45 105 米 / (帕. 秒) , Dm 10 9 米 2 / 秒 ,系数 K 01
Swc=0.05,Swf=0.71,并知对数分流曲线 f w ( Swf ) 1.409 。 求:(i)混相区中心到达地层末端时混相带宽度,混相带完全 采出时间; (ii)水驱溶剂段塞过程中溶剂设计用量和溶剂利用效率。
1 、溶剂驱油机理和方式
(2)溶剂驱油方式 通常溶剂是比较昂贵的,因此在应用上要考虑溶剂应用的 最优化方式,还要考虑溶剂回收和再利用问题。主要溶剂驱油方 式有: ( a )利用与原油充分溶混的溶剂作为段塞,然后用水顶 替这个段塞。 这种溶剂段塞驱油方式使用溶剂量较少,有较好的经济效 果。但是溶剂与顶替的水一般是不相溶混的,因此即存在溶剂与 原油的混相区,也存在溶剂与水的非混相区,这意味着具有非混 相驱过程的特点,例如驱替相与被驱替相的界面稳定性问题仍然 存在。
整理后得出“微分形式解”:
1 d 4 DE (1 ) d
(1.16)
或
2
d 4 DE d
2、溶剂驱油动态计算
再相对λ和τ积分,得出与(1.16)相对应“积分形式解”:
2
2 2 ln(
) 4 DE
(1.17)
若设混相区全长为Λ=2λ,上式又有形式:
2、溶剂驱油动态计算
溶剂驱油过程基本计算是溶剂与原油相互溶混以及由此而产 生的混相带发展规律的动态计算。具体的讲就是混相带的对流扩 散过程计算,而不考虑水从地层中驱替溶剂的问题。 (a)数学模型 我们假定在直线地层中溶剂驱油过程是非活塞式的,在溶 剂与原油接触界面上将发生分子扩散、对流扩散和由于溶剂与原 油的粘度差异而造成的粘度差扩散。
t1 l
400 57.6 10 6 秒 667 天 6 6.944 10
l
水
μ1
μ2
-λ
ξ=0
+λ
2、溶剂驱油动态计算
计算β参数,然后求出Λ长度:
由 K ( 2 1 ) 2 2.45 105 (5 0.53) 10 3 547.6米 2
d 4 D E d
8 DE
32 DE
积分得出:
(1.19)
这个解适用于孔隙介质中存在单相液体对流扩散,例如循环 注气情况,此时混相带相当宽。 另外,当混相带宽度很窄时,即λ<<β(β是常数) 时,方程(1.16)有近似解:
2、溶剂驱油动态计算
2 d 4 DE d
2 d 0.75 2 (1 2 ) DE (1 )15 . 3 d
(1 .15)
在0-λ区间相对变量ξ作积分,得
0
2 d 0.75 2 (1 2 ) . 3 d d DE (1 )15 0 d
积分得出:
3 12 DE
3 96DE
(1.20)
这个解对于一般溶剂驱油来说更为重要,因为溶剂驱油混相带 宽度相对很窄小。
2、溶剂驱油动态计算
(c)计算实例 在应用( 1.17 )、( 1.18 )式,或其近似式( 1.19 )、 (1.20)时特别重要的是系数和参数β的确定,由于即分子扩散 系数与对流扩散系数之和,具有一定的普遍性。比较特殊的是β 参数的测定,它是通过与油混相的液体驱油室内试验来测定的。 假设有β和 DE 值,就可以由( 1.17 ) - ( 1.20 )计算出长度λ或 Λ,也可以由混相带长度λ或Λ和DE ,反求出β值。
1 、溶剂驱油机理和方式
(c)高压气驱油。如果地层压力比较高,干气与烃类的 混相作用变得非常强烈,一直到充分混相。这种条件下溶剂段 塞的使用是多余的,因为干气与原油中的轻质烃能够自然形成 充分混相的段塞。这种利用干气在高压下直接驱油以形成天然 溶剂段塞驱油的过程,称为高压气驱油,高压气驱油一般也是 在倾斜地层中进行的。
(1.4)
上式中 ξ自变量随时间、空间变化,称为自模变量。
2、溶剂驱油动态计算
边界条件为:
c( , t ) 1
(1.5) (1.6) (1.7) 混相带
μ2
c( , t ) 0
c(0, t ) 0.5
溶剂
μ1
油
-λ
ξ=0
+λ
2、溶剂驱油动态计算
另外,还假设在混相带边界上没有溶剂的流入流出,即:
2、溶剂驱油动态计算
为解定解问题(1.9)、(5)-(8),构造下述形式的解:
3 c ( , ) A B C 3 ( ) ( )
(1.10)
与通常解法不同,不是先让构造解满足泛定方程,而是先让其 满足边界条件。 由边界条件(1.5)、(1.6)、(1.7)得出三个代数方程:
(1.12)
现将该解代入原方程(1.9)中,若满足,即得出定解问题的解。 由方程(1.12)知:
c 2 d 0.75 2 (1 2 ) d
(1.13) (1.14)
2c 15 . 2 3 ( )
若满足方程(1.9),必有结果:
2、溶剂驱油动态计算
2、溶剂驱油动态计算
分子扩散是以溶剂与原油混合物分子紊乱运动为先决条 件,是依靠分子运动而进行的扩散方式;对流扩散是以地层孔 隙中液体各颗粒运动真实速度的差为先决条件,对流扩散与混 合物界面运动的平均速度有关;而粘度差扩散与驱替液和被驱 替液的粘度差异有关,并同时受到分子扩散、对流扩散的影响。 通过考虑向地层单元内以及由其向外扩散的物质平衡, 利用孔隙介质中传质方程来得到扩散方程。
1 、溶剂驱油机理和方式
( b )在溶剂段塞之后用干气顶替。这种方式在早期驱替效 率是比较高的,但是由于溶剂段塞与气之间接触面不稳定,溶剂段 塞会很快消失,导致溶剂与干气同时采出。由于气体过早突破进入 油井,因而降低了干气顶替溶剂段塞驱油的体积波及系数。但是在 倾斜地层中可以考虑这种驱油方式。由于重力分离作用,若从上而 下注入干气顶替溶剂段塞,就可以部分解决干气突破问题。如果地 层压力不高,采用这种方式顶替是合理的。
,c 0 A B C 0 ,c 1 A B C 1 ,c 0 B 3C 0
(1.11)
解出:A=0.5 B=-0.75 C=0.25
2、溶剂驱油动态计算
仅满足边界条件的近似解的形式:
3 c( , ) 0.5 0.75 0.25 3 ( ) ( )
2、溶剂驱油动态计算
解:(i)首先计算渗流速度、扩散系数:
u 300 q 1.736 10 6 米 / 秒 5 bh 0.864 10 200 10
实际速度为:
10 6 1736 . 6.944 10 6 米 / 秒 0.25 u
分子对流-扩散系数为:
则混相带中心由l*(假想地层末端)移出时间为:
t*
l*
466 67.11 10 6 秒 776天 6 6.944 10
渗流物理
研究生讲义
石油大学(华东)石油工程学院 苏玉亮
目录
一、渗流物理发展现状 二、两相驱替理论 三、激波理论及其在两相驱替中的应用 四、三次采油中的驱替现象 五、互溶流体的同时层流 六、非等温渗流动态计算
1 、溶剂驱油机理和方式
以溶剂驱为例介绍混相条件下的驱油机理及动态计算
(1)溶剂驱油机理 当利用溶剂驱油时,由于 溶剂与原油混相作用 ,即在分子扩散作用 下,溶剂渗入原油中,原油中部分烃类也渗入溶剂中,导致原油部分或全 部被采出来。因此,在溶剂驱油过程中扩散机理是很重要的。主要扩散方 式有分子扩散、对流扩散和粘度差扩散。 如果在油田开发过程中采用向地层中仅仅注入溶剂的驱油方法,则 溶剂把油从地层中冲洗出来后自己就留在地层中了,很显然,留在地层中 的物质应比石油更易于得到,更廉价才行。通用的驱油有醇、醚、二硫化 碳等,这都是很昂贵的东西。廉价的有天然气和二氧化碳等。
2 2 2 2 ln( ) 8 DE 4 2
(1.18)
超越方程( 1.17 )、( 1.18 )可用来计算任何给定时间 t条件下 的混相区半宽度λ或者宽度Λ,即可求出λ=λ(t)或Λ=Λ(t), 可利用试算法求解。
2、溶剂驱油动态计算
由分析“微分形式解” (1.16)得到当混相区很窄或很宽时的近 似解,首先当混相带宽度很大时,即λ>>β(β是常数)时, 有近似解:
μm:两种液体混合物的粘度;Kω、Kμ:分别考虑单相流体对 u 流扩散和不同粘度扩散的试验系数; :流体在多孔介质中 的真实流动速度。
2、溶剂驱油动态计算
由(1.2)式: 令 所以:
D Dm Du ( Dm Du ) K m
D ( Dm Du ) K m
DE Dm K 10 9 0.1 6.944 10 6 6.954 10 7 米 2 / 秒
由上式可以看出,分子扩散系数几乎可以忽略不计。 计算混相区中心到达地层末端的时间t1: