多孔介质多相渗流的基本概念
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
第七章 多孔介质的渗流
裂缝系统
v1
K1
P1
岩块系统
v2
K2
P2
裂缝和孔隙之间的流体交换主要是在比较平缓的压力变 化下发生的，因此在这个过程中，可以认为窜流和时间无 关系。
窜流的流量主要取决于：
（1）流体的粘度；
（2）孔隙和裂缝之间的压差 P2 P1
（3）岩石的某些特征量，如长度、面积、
体积单位等等。
1）气体是单相渗流的； 2）符合线性渗流运动方程； 3）气体为可压缩的理想气体； 4）岩石的压缩性忽略不计，孔隙度视为常数； 5）渗流过程是等温的。
当 P 2 0 时，上式即变为气体稳定渗流的数学模型： t
2P2 0
3 气体的不稳定渗流
在气体渗流中，压力梯度与渗流速度往往不是线 性关系，即出现非达西渗流。这里仅取由量纲分析 导出的二项式达西渗流，表达式为：
DtDt
为可地以层略去
孔隙度
对于稳定渗流
若流体是不可压缩的
divv 0
ivi 0
vx vy vz 0 x y z
5.3 两相渗流问题
建立数学模型
设油水两种流体同时在多孔介质中流动，且流动服从达西定律。
对于油相的连续性方程为：
D(oS0 )
Dt
odivvo
为两相界面
引入拉普拉斯方程把油相和水相压力联系起来：上的界面张力
Pw
Po
( 1
R1
1 R2
)
R1 , R2为毛细管液
面的主半径
小结：
D(oS0 )
Dt
odivvo
0
D( wSw )
渗流力学知识点总结
渗流力学知识点总结一、渗流基本理论1.渗流的基本概念渗流是指流体在多孔介质中的流动现象。
多孔介质是由孔隙和固体颗粒组成的介质，流体可以通过孔隙和固体颗粒之间的空隙进行流动。
渗流现象在自然界和工程领域都有着广泛的应用，如地下水的运移、石油的开采、地下储层的注水等。
2.渗透性与渗透率渗透性是指单位压力下单位面积介质对流体的渗透能力，通常用渗透率来描述。
渗透率是介质内渗流速度与流体粘滞力之比。
一般来说，渗透性越大，渗透率越高，介质对流体的渗透能力越强。
3.渗透压力与渗透率渗透压力是指多孔介质内部由于孔隙中流体分布不均匀而产生的压力。
渗透压力的大小与介质的孔隙结构、流体的性质、地下水位等因素有关，它是影响渗流速度和方向的重要因素。
4.达西定律达西定律是描述渗透性与渗流速度之间关系的定律，它指出在流体粘滞力不考虑的条件下，渗透速度与渗透压力成正比，与渗透率成反比。
达西定律为渗流理论研究提供了重要的基础。
二、多孔介质渗流规律1.多孔介质的渗流特性多孔介质是由孔隙和固体颗粒组成的介质，它具有复杂的微观结构和介质性质。
渗流在多孔介质中受到许多因素的影响，如介质的孔隙度、渗透率、渗透性等，这些因素决定了渗流规律的复杂性和多样性。
2.渗流方程渗流方程是描述多孔介质中流体运移规律的方程，它通常由渗流方程和质量守恒方程两部分组成。
渗流方程描述了流体在多孔介质中的流动规律，它是渗流力学研究的核心内容。
3.多孔介质的稳定性多孔介质中的渗流现象可能受到介质本身的稳定性限制。
孔隙结构、流体的性质以及渗透压力等因素都会影响介质的稳定性，这对渗流速度和方向产生重要影响。
4.非均质多孔介质中的渗流非均质多孔介质中的渗流现象通常较为复杂，其渗透率、孔隙度、渗透性等参数都可能在空间上呈现非均匀性。
对非均质多孔介质中渗流规律的研究对于实际工程应用具有重要意义。
三、非线性渗流1.非线性渗流模型非线性渗流模型是描述介质非线性渗流现象的数学模型。
1地下水渗流基本概念与基本定律
（4）实际平均流速（Mean actual velocity）是多孔介质中地下水通过空隙面积 的平均速度；地下水流通过含水层过水断面的平均流速，其值等于流量除以过水断 面上的空隙面积，量纲为L/T。记为。它描述地下水锋面在单位时间内运移的距离
，是渗流场空间坐标的离散函数。表示为：
渗流速度 = n 实际平均流速
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。 (1) 第一类为地下水在多孔介质的孔隙或遍布于介质中的裂 隙运动，具有统一的流场，运动方向基本一致； (2) 另一类为地下水沿大裂隙和管道的运动，方向没有规律 ，分属不同的地下水流动系统。
地下水动力学
安徽理工大学 地球与环境学院 水资源与规划系
Ch1 地下水渗流基本概念与基本定律
(2) 连通性：封闭和畅通，有效和无效。
(3) 压缩性：固体颗粒和孔隙的骨架具有压缩性。 (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，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
地下水动力学
安徽理工大学 地球与环境学院 水资源与规划系
Ch1 地下水渗流基本概念与基本定律
2、水力坡度[水力梯度]（hydraulic gradient）：在渗流场中大小等于梯 度值，方向沿等水头面的法线并指向水头下降方向的矢量，用J表示。
式中 分别为：
——法线方向单位矢量。在空间直角坐标系中，其三个分量
2、层流与紊流 层流（laminar flow）：水流流束彼此不相混杂、运动迹线呈近似 平行的流动。 紊流（turbulent flow）：水流流束相互混杂、运动迹线呈不规则 的流动。
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)
多孔介质中的渗流物理
多孔介质中的渗流物理
多孔介质是指由许多小孔或细微孔道组成的介质。
这些孔道可以是连通的或不连通的。
多孔介质中的渗流物理是指介质内的流体在渗透和流动过程中的物理规律。
多孔介质中的渗流物理涉及到一些基本概念和原理，包括渗流、渗透率、孔隙度、渗透压和达西定律等。
渗流是指流体在多孔介质中移动的过程。
在多孔介质中，孔隙间的连通性和孔隙的大小对于流体的渗透和流动具有重要的影响。
渗透率是指介质对于流体渗透的难易程度，它可以用介质的孔隙度和渗流速度来表示。
孔隙度是指介质中空气或水分子可以自由移动的空间的比例。
渗透压是由于流体在多孔介质中的渗透而产生的压力差。
达西定律是指流体在多孔介质中流动速度与渗透压梯度成正比的规律。
多孔介质中的渗流物理对于地下水资源的开发和利用具有重要的意义。
在地质勘探中，渗透率和孔隙度是评价地下水资源量和质量的重要参数。
在地下水开采中，需要对渗透率、渗透压和达西定律进行研究，以保证水资源的合理利用和管理。
同时，在环境保护领域中，多孔介质中的污染物运移也需要考虑多孔介质中的渗流物理特性，以制定有效的治理措施。
总之，多孔介质中的渗流物理是地下水资源开发、环境保护和地质勘探等领域的重要研究方向，对于推动能源、环保、地质等领域的发展具有重要的作用。
渗流力学1
渗流力学渗流力学，也称为多孔介质流动力学，是关注多孔介质中油气水等流体的运动与物质传输的一门交叉学科。
本文将从渗流力学的基本概念、渗透性与渗流规律、渗流模型及其数学描述、渗透率测定以及渗流在工程领域的应用等方面进行综述。
一、基本概念多孔介质即为孔隙率大于零的介质，多数包括岩石、土壤等。
我们通常所知的原油、水等都是沿着孔隙流动的，因此对于研究油气水等流体在多孔介质中的运动及物质传输，渗流力学便成为了必不可少的工具。
渗流力学研究的流体如下：1.单相流体：包括气体和液体。
2.不可压缩单相流体：流体密度不随流速变化的流体。
3.不可压缩多相流体：指含空气、水和油的混合流体。
4.可压缩流体：长跑中会考虑的空气。
快速均匀地离开多孔介质的流体称之为洁净流体。
二、渗透性与渗流规律多孔介质的渗透性是流体运动过程中一个重要的参数，通常用渗透率（permeability）来表示。
渗透率取决于多孔介质的孔隙度、孔隙分布及孔隙形态。
它反映的是一个多孔介质通过润湿的介质进行渗透时，所需要克服阻力的大小。
渗透流指液体、气体或气体-液体等多相流体沿渗透介质流动，而渗透介质包括孔洞和颗粒。
颗粒通常被认为是刚性球形粒子。
渗透性是多孔介质的透水能力。
它是空隙中液体流动的干扰抵消与力的关系，并通过Darcy’s Law来描述非细长孔径多孔介质的渗透流。
Darcy's Law的一般表述为：q = -K(∆p)/μ其中，q是流体的流量，K是渗透性，∆p是流体受力的压力差，μ是流体的黏度。
此外，根据流量公式Q = S × q，可以计算出平均流速v和渗透系数K’：v = q/SK' = Kμ其中，S是截面积。
三、渗流模型及其数学描述渗流过程通常分为传导和对流两种方式。
1.传导传导表示沿着渗透介质孔隙内的流动。
其过程可以用贾格尔-盖茨方程来理解。
dP/dx = -η(k/φ) dv/dx其中，η是粘度，k是渗透系数，φ是孔隙度，v是流量。
水文地质学基础：渗流的基本概念
7 地下水运动规律地下水在岩石空隙中的运动，可以在饱水的岩层中或非饱水的岩层中进行。
实际生产中提出不少课题，都涉及地下水的运动规律。
地下水运动是发生在岩石或土体空隙中的。
它和地表水流不同，其主要区别是地下水的运动缓慢，运动空间既有水流又有岩土颗粒存在，运动的阻力很大，地下水流在岩土空隙中作弯弯曲曲的复杂运动，研究地下水每个质点的运动情况即不可能又没必要。
地表水流中水质点充满于整个流速场，水流是连续的。
7.1 渗流的基本概念地下水在岩石空隙（孔隙、裂隙及溶隙）中的运动称为渗流。
研究渗流具有以下几方面的应用：（1）在生产建设部门：如水利、化工、地质、采掘等部门。
（2）土建方面:如给水、排灌工程、水工建筑物、建筑施工。
（3）合理开发利用地下水资源（地下水回灌）防止水污染方面。
（4）保持路基处于干燥稳固状态并防止冻害—降低地下水水位。
（5）涉及地下水流动的集水或排水建筑物—单井、井群、集水廊道、基坑、机井、坎儿井。
7.1.1 水在土壤中的状态水在土壤中的状态可以分为汽态水，附着水，薄膜水，毛细水和重力水等类型，其中对渗流起主导作用的是重力水与毛细水。
（1）重力水（Gravitational water）：指在重力及液体动水压强作用下流动的水，是本章主要研究的对象。
重力水与毛细水的界面为潜水面，浸润面（Water table）。
（2）毛细水（capillarywater）：指的是地下水受土粒间孔隙的毛细作用上升的水分。
毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。
7.1.2 土的渗流特性透水性指土壤允许水透过的性能，用渗透系数k的大小表示其透水强弱。
土壤透水性能不随地点改变的土称为均质土（Homogeneous soil）；否则为非均质土（Heterogeneous soil）。
土壤在同一地点的各个方向的透水性能都相同（各个方向的渗透系数相同）的土为各问同性土（Isotropic soil），否则为各向异性土（Anisotropic soil）。
地下水动力学简介
第一章 渗流理论基础§1-1 渗流的基本概念一、渗流及连续介质假说1 多孔介质(porous medium)与连续介质(continuous medium)多孔介质很难给出其精确定义，在地下水动力学中，把具有孔隙的岩石称为多孔介质。
它包括孔隙介质和裂隙介质。
一般来说，具有以下特点的物质就称为多孔介质。
（1）该物体为多相体：固体相-骨架，流体相-空隙；（2）固体相的分布遍及整个多相体所占据的区域；（3）空隙空间具有连通性。
多孔介质由连续分布的多孔介质质点(图1-2)组成—多孔连续介质.此时孔隙度的表示公式为:--为数学点P 处多孔介质的表征体积元（简称为表征体元-REV ），将其所包含的所有流体质点与固体颗粒0v ∆的总体称为多孔介质质点.将其所包含的所有流体质点称为多孔介质流体质点。
图1-2 REV 的定义及孔隙度随体积的变化多孔介质的性质：1）孔隙性2) 压缩性2 渗透（seepage ）渗透:地下水受重力作用在岩石空隙中的实际运动称为渗透。
由于岩石空隙结构极为复杂,空隙的大小、延伸方向、形状无一定规律。
渗透具有如下特征:(1)运动途径复杂多变；（2）状态函数非连续；（3）只有平均性质的渗透规律(图1-1)，研究地下水质点的运动特征比较困难。
因此,在当前经济技术条件下研究单个孔隙中的水或单个水质点的运动是十分困难的,也没有必要。
vv p n v v v ∆∆=∆→∆0lim)(图1-2岩石中地下水的渗透针对这种极为复杂的地下水运功，在地下水动力学中一般可采用两种研究方法。
1) 研究微观情况下的运动，即研究地下水在以孔隙介质中的骨架为边界孔隙或裂隙中的运动。
由于空隙介质的结构具有随机性，所以用统计平均方法来确定地下水运动的宏观规律性；2) 从宏观角度出发，采用试验及数学分析方法，对大量微观运动进行宏观研究得出各种运动条件下地下水运动的基本规律。
3 渗流(seepage flow)前面已经提到,要研究实际的渗透十分困难,因此,我们用一种假想水流来代替真实水流,这种假想水流是在连续介质的基础上通过概化得出的:(1)假定水流充满整个含水层空间(既包括空隙所占据的空间,也包括颗粒/骨架所占据的空间);(2)只考虑水流运动的总体方向,不考虑水流实际运动途径的复杂变化.将通过上述概化后所得到的假想水流—渗流。
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。
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。
工程流体力学多孔介质渗流模拟
工程流体力学多孔介质渗流模拟工程流体力学多孔介质渗流模拟是一种重要的数值模拟方法，用于研究多孔介质中流体的渗流现象。
在工程领域中，多孔介质渗流模拟可以用于预测地下水的流动、石油油藏的开发、地下水污染的传播和土壤侵蚀等问题。
本文将对多孔介质渗流模拟的原理和应用进行详细介绍，以期提供给读者一个全面的了解。
首先，多孔介质是由固体颗粒组成的介质，颗粒之间留有一定的空隙，这些空隙可以通过流体传递。
多孔介质渗流指的是流体在多孔介质中的运动，如水在土壤中的渗流、石油在油藏中的流动等。
多孔介质渗流模拟的目的是预测流体的运动规律，为工程设计和决策提供依据。
多孔介质渗流模拟的基本原理是通过数学模型和数值方法来描述流体在多孔介质中的运动。
常见的模型包括达西定律、理论渗流方程和宏观运动方程等。
达西定律是描述多孔介质中流体渗流速度的基本规律，它指出流体渗流速度与渗透率、压力梯度和介质孔隙率成正比。
理论渗流方程是由质量守恒和动量守恒方程推导出的，用来描述多孔介质中流体的质量和动量变化。
宏观运动方程是对流体在多孔介质中的整体运动行为进行建模，通过求解这些方程可以得到流体的速度分布、压力分布和流量分布等参数。
多孔介质渗流模拟的数值方法主要包括有限差分方法、有限元方法和边界元法等。
有限差分方法是将流域划分为网格，将渗流方程离散化为代数方程组，通过迭代求解代数方程组得到流体的速度和压力分布。
有限元方法是将流域划分为有限元，通过插值函数来近似流场，在每个单元上建立代数方程组，并通过迭代求解代数方程组得到流体的速度和压力分布。
边界元法是将流域划分为界面和区域，通过求解漏斗方程和边界条件来描述流体的渗流行为。
多孔介质渗流模拟在工程领域中有着广泛的应用。
首先，多孔介质渗流模拟可以用于地下水资源的管理和开发。
通过模拟地下水的流动规律，可以指导地下水的合理开采和保护，提高地下水资源的利用效率。
其次，多孔介质渗流模拟可以用于石油油藏的开发和管理。
多孔介质渗流现象
多孔介质渗流现象多孔介质渗流现象是指在孔隙度较高的多孔介质中，液体或气体在孔隙中运动的现象。
多孔介质是由许多直径不同、相互连接的孔隙组成的。
在地质勘探、土壤水文学、油田开发等领域，多孔介质渗流现象具有重要的应用价值。
一、多孔介质的特点多孔介质具有孔隙度大、渗透性高的特点。
孔隙度是指多孔介质中孔隙的体积所占比例。
渗透性是指液体或气体通过多孔介质的能力。
多孔介质的特点决定了其在液体或气体传输中的独特性。
二、多孔介质中的渗流规律在多孔介质中，液体或气体的渗流受到多种因素影响，包括孔隙度、渗透性、粘度、重力等。
孔隙度越大、孔隙间的连接越多，渗流速度越快；而孔隙度小、孔隙间的连接少则渗流速度较慢。
此外，液体或气体在多孔介质中的运动路径也会受到渗透性的影响，渗透性越高，渗流路径越短。
三、多孔介质渗流的应用多孔介质渗流现象在地质勘探、土壤水文学、油田开发等领域有广泛的应用。
通过研究多孔介质的渗流规律，可以更好地理解地下水、油气等资源在地壳中的运移规律，为资源勘探与开发提供科学依据。
同时，多孔介质渗流现象也在环境保护、岩土工程等领域发挥着重要作用。
四、多孔介质渗流的模拟与研究为了更准确地模拟多孔介质中的渗流现象，科学家们开展了大量的研究工作。
通过数值模拟、实验验证等手段，揭示了多孔介质中液体或气体的运动规律，为多孔介质渗流现象的理论研究提供了重要的参考。
总之，多孔介质渗流现象是一个复杂而又具有重要应用价值的研究领域。
只有深入理解多孔介质的特点与渗流规律，才能更好地利用地下资源，保护环境，促进人类社会的持续发展。
第七章 多孔介质的渗流
5.2
K为地层渗透 不可压缩流体渗流及渗透率的张量特性 率，是一个张量
对于不可压缩流体地渗流问题，引入运动方程即达西公式为： 对于不可压缩流体地渗流问题，引入运动方程即达西公式为：
1 v = − K ⋅ ∇ｐ u
K可以表示为： 可以表示为：
K 11 K = K 21 K 31 K 12 K 22 K 32 K 13 K 23 K 33
3
毛管力
多孔介质是由无数个毛细管组成，这些毛细管纵横交错， 多孔介质是由无数个毛细管组成，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时， 通八达，当渗流由一种流体驱替另一种流体时，在两界面上产生 压力跳跃，它的大小取决于分界面的曲度，这个压力就称为毛管 压力跳跃，它的大小取决于分界面的曲度，这个压力就称为毛管 压力。 压力。
5.4
气体渗流问题
气体比液体具有更大的压缩性。 气体比液体具有更大的压缩性。在研究气体渗流规律 可以仿照液体流体的研究方法， 时，可以仿照液体流体的研究方法，得出相似形式渗流方 但它们在物理实质则有差别。 程，但它们在物理实质则有差别。 Z：压缩因子 1 气体渗流的基本特征 （亦称偏差 因子） 因子） 状态方程和基本特性参数 真实气体的状态方程： 真实气体的状态方程：
5.5
定义
双重介质渗流
所谓的双重介质就是分别由裂缝和孔隙构成， 所谓的双重介质就是分别由裂缝和孔隙构成，二者 就是分别由裂缝和孔隙构成 又是全空间叠合在一起且相互影响的一个统一的渗 流场。 流场。
把这种双重介质孔隙结构地层典型的化为由互 相垂直的裂缝系统和被裂缝系统所切割开的岩块组成， 相垂直的裂缝系统和被裂缝系统所切割开的岩块组成， 这就是所谓的双重介质渗流模型。主要有Kozemi模型、 这就是所谓的双重介质渗流模型。主要有Kozemi模型、 双重介质渗流模型 Kozemi模型 De.Swan模型和Warren-Root模型等，这样的模型既能 De.Swan模型和Warren-Root模型等， 模型和Warren 模型等 体现地层的双重孔隙性，也能体现其双重渗透性。 体现地层的双重孔隙性，也能体现其双重渗透性。
有关渗流的概念
有关渗流的概念渗流是指在固体颗粒之间或者多孔介质中流体（包括气体和液体）从一个地方流向另一个地方的现象。
渗流是一种重要的自然现象，在地球的各个角落都能观察到渗流现象的存在。
渗流不仅在地球上广泛存在，在工程和科学研究中也扮演着重要的角色。
以下将详细介绍渗流的概念以及其在不同领域的应用。
渗流的概念渗流是指在多孔介质中流体的流动现象。
多孔介质可以是岩石、土壤、砂土或其他材料构成的物体，其中包含许多微小的空隙或孔隙。
这些孔隙可以是连接的，也可以是孤立的。
渗流是由于液体或气体在多孔介质中的净流，其方向可能是自上而下、自下而上、水平或混合方向。
流体的渗透性是决定渗流的重要参数。
在渗流过程中，流体从一个地方流向另一个地方，这种流动往往涉及到流体的输运和扩散。
渗流可以是稳定的，也可以是非稳定的，取决于介质的性质以及操作条件。
多孔介质中的渗流可以分为饱和渗流和非饱和渗流。
饱和渗流是指全部孔隙都被流体填满的渗流过程。
饱和渗流在岩石中普遍存在，如地下水渗流等。
非饱和渗流是指只有一部分孔隙关联着流体的渗流过程。
非饱和渗流在土壤中常常发生。
渗流的应用渗流在很多领域都有广泛的应用，下面列举了一些主要的应用领域：1. 地下水资源管理：渗流在地下水资源管理中起着关键作用。
地下水是地球上最重要的淡水资源之一，渗流过程决定了地下水的生成、运移和补给。
了解地下水渗流的特点和参数可以帮助对地下水资源进行合理利用和保护。
2. 油气田开发：渗流是石油和天然气储层开发中的一个重要过程。
通过了解储层的渗透性和渗流特性，可以预测油气分布、优化生产方式和提高采收率。
3. 地质工程：渗流在地质工程领域有着广泛的应用，如地下水位降低、土壤和岩石的边坡稳定性分析等。
通过对渗透性和渗流规律的研究，可以评估和预测地质工程中的渗流现象，并采取相应措施。
4. 污染和土地保护：渗流过程在污染和土地保护方面也起着重要的作用。
了解渗流规律可以帮助预测污染物的迁移和扩散，从而采取相应的控制措施。
多孔介质流体力学
多孔介质流体力学多孔介质是指由许多小孔随机分布而成的固体。
它在许多领域中都有广泛的应用，如地下水资源管理、土壤力学、油气工程等。
而多孔介质流体力学则是研究多孔介质中流体运动的科学。
本文将从多孔介质概念、多孔介质流动方程、渗流理论、计算方法和应用等方面，对多孔介质流体力学进行探讨。
1. 多孔介质概念多孔介质是由固体骨架和嵌入其中的孔隙组成的。
孔隙可以是连通的也可以是非连通的，其大小和形状也各有不同。
多孔介质可以是天然的，如土壤、矿石等；也可以是人工制备的，如海绵、多孔陶瓷等。
多孔介质的特性主要取决于骨架的性质和孔隙的分布。
2. 多孔介质流动方程多孔介质中的流动可以用宏观平均速度描述，其运动满足连续性方程和达西定律。
连续性方程表明流体的质量守恒，即单位时间内通过单位横截面积的流体质量保持不变。
达西定律则描述了流体的速度分布，即流体在多孔介质中的平均速度与渗透率和压力梯度有关。
3. 渗流理论渗流理论是研究多孔介质中流动特性的基础理论。
该理论通过引入渗透率、孔隙度、流体粘度等参数，描述了多孔介质中的流体运动规律。
其中，渗透率是表征多孔介质对流体渗透的能力，孔隙度则反映了多孔介质中孔隙占据的比例。
通过渗流理论的研究，可以预测多孔介质中流体的输运行为。
4. 计算方法为了解决多孔介质流体力学问题，研究者们发展了各种计算方法。
其中最常用的方法有有限差分法、有限元法和边界元法等。
这些方法基于多孔介质的离散化模型，通过数值求解的方式，得到多孔介质中的流场分布和压力分布。
5. 应用多孔介质流体力学在许多领域中都有广泛的应用。
在油气工程中，多孔介质流体力学的研究可以用于预测油气藏中的流体流动和输运行为，指导油气勘探和开发。
在土壤力学领域，多孔介质流体力学理论能够用于研究土壤中的水分运动和深层渗透等问题，为农业生产和水资源管理提供支持。
总结：多孔介质流体力学是研究多孔介质中流体运动规律的科学。
通过对多孔介质概念、多孔介质流动方程、渗流理论、计算方法和应用等内容的探讨，我们可以更好地理解多孔介质中流体的行为。
渗流的名词解释
渗流的名词解释渗流指的是液体或气体在多孔介质中通过毛细力而发生的流动现象。
多孔介质可以是岩石、土壤、纸张等具有较大孔隙度的材料。
一、渗流的基本原理渗流的基本原理是由两部分组成：一是液体或气体通过毛细力在多孔介质中产生的流动，二是通过毛细管、裂缝和孔隙等介质内的传质作用实现物质的传递。
1. 毛细力毛细力是指在一根细管或毛细孔道中，液体表面张力作用下产生的力。
液体分子在细孔或细管中的表面张力使其向内收缩，从而对液体产生一个向内的垂直力，即毛细力。
毛细力越大，液体在孔道或管道中的上升高度就越高。
2. 多孔介质多孔介质具有很多微小孔隙或裂缝，这些孔隙或裂缝可以形成一条通道，使液体或气体通过。
多孔介质的孔隙度越大，液体或气体渗流的速度就越快。
3. 渗流速度渗流速度指的是液体或气体通过多孔介质的速度。
渗流速度与介质孔隙度、毛细力、介质厚度等因素有关。
通常情况下，渗流速度随着孔隙度和毛细力的增加而增加。
二、渗流的应用领域渗流在许多领域都有广泛的应用，包括地质勘探、土壤水分管理、水资源管理等。
1. 地质勘探渗流在地质勘探中发挥着重要的作用。
地质勘探是通过分析地下渗流的特性来研究地质结构、寻找矿藏和石油等资源。
通过渗流模拟和采集渗流数据，地质学家可以更好地了解地下的水文地质特征和地下水资源的分布情况。
2. 土壤水分管理渗流在农业生产中的应用十分重要。
合理管理土壤水分可以提高农作物的生长和产量。
渗流理论和模型可以帮助农民确定灌溉和排水的最佳方案，从而优化土壤水分管理，提高农田的水分利用效率。
3. 水资源管理渗流理论和模型在水资源管理中也起着关键作用。
通过分析地下水渗流的特性和规律，水资源管理者可以有效地制定水资源的开发和利用策略。
此外，渗流模拟也能帮助预测水源地的水资源供应情况，为水资源调度和规划提供科学依据。
三、渗流过程中的影响因素在渗流过程中，有许多因素会对渗流速度和渗流路径产生影响。
1. 孔隙度孔隙度是指多孔介质中孔隙的相对大小和数量。
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多孔介质多相渗流的基本概念
前面几节课，我们主要讲述了单相流体渗流的问题，所谓单相流体渗流，也就是只有一相流体参与的渗流问题。
在这里我们主要介绍了，对于多孔介质，我们介绍了达西在1852～1855年通过大量实验得出达西定律。
达西定律是渗流中最基本的定律, 其形式简洁( v= kJ ), 最早是由实验
在(1.4)式中q为单裂隙流量，J为水力坡降，b为裂隙宽度，g为重力加速度，
ν为水流的运动粘滞系数。
那么，什么是多相渗流呢？实际上也就是两种或两种以上的流体在同一介质中流动。
自然界中有许多问题都涉及多相渗流问题，
比如，我们熟知的油气田，在油气田中，孔隙的一部分由油占据，而其它部分由水或气体占据，原油中通常含有大量的溶解气，当地层压力降到饱和压力以下时，溶解气就会从原油中分离出来，从而形成油气两相渗流。
再比如，我们经常遇到的非饱和带水份运移问题，什么时非饱和带，也就是说水没有占据所有空间，有一部分空间被空气所占据。
这样，水和空气就在非饱和带中形成了多相渗流。
还有就是近些年来非常热点的海水入侵问题，当海水入侵到陆地下面的淡水层中会出现咸水和淡水可混溶的两相流渗。
那么实际上，对于油气田和非饱和带这样的多相渗流问题，我们称为不可混溶多相渗流问题，英文叫immiscible.对于海水入侵这样的多相渗流问题，就immiscible.同时也叫solute transport.
下面，我们讲四个多相渗流的基本概念：
1.流体的饱和度
对于多相渗流的饱和度概念，实际上是，单相渗流饱和度概念的推广，当多孔介质的孔隙空间被两种或两种以上流体所占据时，对于一相流体而言，其饱和度为
Si=Vif/Vp
特别地，对于水和油所饱和的多孔介质而言，
随任时刻，水和油的饱和度之和均为1
目前，在实验室中，不破坏被多种流体所饱和的多孔介质条件下，直接测量各相流体饱和度的方法是目前重要的研究课题。
目前，主要有电阻法（），x射线法，数字图像处理方法。
2.湿润性
对于湿润性，我们以前学习单相渗流的时候，并没有涉及到，大家可能感到有点陌生。
实际上，湿润性是一种相对概念，是一种流体与另一种物质相接解时，在穹们之间存在一种自己界面能，这种自由界面能是由于各相内部的分子与接触面处的分子之间的自由能差亿而导致。
通常这种自由界面能是通过界面张力的形式表现出来的。
其实由于湿润性引起的现象在我们生活中无所不在。
比如，早晨残留在树叶上的露水为什么是环状的。
汽车发动机里添加的机油为什么是不能添加水？还有大家生活中，在下雨天穿的冲锋衣材料为什么是防水的？
3.毛细压力
当两种不可混溶的两相流体在毛细管中流动时，通常两相之间的分界面呈弯曲的半月状态，在分界面的两侧流体的压力并不连续。
我们称这种压力的差值叫做毛细压力。
一般用Pc表示
Pc=pnw-pw
对于实际的多孔介质而言，其毛细压力与孔隙空间的几何形状，固体与流体的性质，以及各相流体的饱和度有关。
4.相对渗透率
多相流体在多孔介质中渗流时，其中某一项流体在该饱和度下的渗透系数与该介质的饱和渗透系数的比值叫相对渗透率，是无量纲量。
v = k*i
Kw=Krw/Kw(某一饱和度下的渗透系数与该流体饱和状态下的渗透系数之比)
Knw=Krnw/Knw
对于相对渗透率的实验室测定方法主要有两种，一种是稳态测定法，一种是动态测定法。
稳态实验：将试样用水饱和，然后将油和水按一定比例分别送入试样，当进口与出口处油和水的流量分别相等时，表明试样中，在该比例注入条件下，流体流动达到稳定，此时对于两流体，分别按darcy 公式算出油和水的相对渗透率。
改变油水注入比，重复这一过程，就可获得完整的相对渗率曲线。
动态实验：将试样用某一相流体进行饱和，然后从外部注水驱赶出试样中的油，通过测得试样两端的压力差，驱替相的流量以信出口端驱替相和被驱替的分流量，经过解多相流方程即可获得各饱和度时的两相流体相对渗透率
稳态方法的优点在于各项流体参数在实验过程中测定较简单，结果误差较小，缺点是时间较长
动态测定的方法优点在于实验时间较短，但需对方程求解，实验过程中测定参数比较有难度，结果误差较大。
下一节我们将介绍两种不同的驱替过程
排水过程和自吸过程。