单向流和平面径向流实验

中国石油大学渗流力学实验报告

实验日期：2015.4.22 成绩：

班级：学号：姓名：教师：

同组者：

实验一不可压缩流体单向稳定渗流实验

一、实验目的

1、本实验采用的是变截面两段均质模型，通过实验观察不同段的不同压力降落情况。

2、进一步加深对达西定律的深入理解，并了解它的适用范围及其局限性。

二、实验原理

一维单相渗流实验以稳定渗流理论为基础，采用变直径填砂管模型，以流体在模型中的流动模拟水平均质地层中不可压缩流体单向稳定渗流过程。保持填砂管两端恒定压力，改变出口端流量，在稳定条件下测量填砂管不同位置处的压力值，可绘制压力随位置的变化曲线；根据一维单相稳定渗流方程的解并计算两段填砂管的渗透率。

三、实验流程

图1-1 一维单相稳定渗流实验流程图

1～10－测压管 11－供液阀 12－供液筒 13－溢流管 14－供液控制阀

15－水平单向渗流管（粗）16－支架17－水平单向渗流管（细）18－出口控制阀 19－量筒

四、实验步骤

1、记录渗流管长度、渗流管直径、测压管间距等相关数据。

2、关闭出口控制阀“18”，打开供液阀“11”，打开管道泵电源，向供液筒注水。

3、打开并调节供液控制阀“14”，使各测压管液面与供液筒内的液面保持在同一水平面上。

4、稍微打开出口控制阀 “18”，待渗流稳定后，记录各测压管的液面高度，用量筒、秒表测量渗流液体流量，重复三次。

5、调节出口控制阀“18”，适当放大流量，重复步骤4；测量不同流量下各测压管高度，共测三组流量。

6、关闭出口控制阀“18”，关闭供液控制阀“14”，结束实验。

注：待学生全部完成实验后，先关闭管道泵电源，再关闭供液阀“11”。

五、实验要求与数据处理

1、实验要求

（1）根据表1-1，记录取全所需数据，计算三个不同流量下的测压管水柱高度（举例）。

（2）绘制三个流量下，测压管压力与流动距离的关系曲线，说明曲线斜率变化原因。

（3）绘制渗流截面不同的两段地层流量与岩石两端压差的关系曲线，观察线性或非线性流动规律。

（4）根据达西定律，分别计算两段地层的平均渗透率。 2、实验数据处理 测压管压力计算公式

gh P ρ=∆ （1-1）

式中：P ∆—测压管中水柱高度h 对应的压力（表压），Pa ； h —测压管中水柱高度，m ； ρ—水的密度，kg/m 3； g —重力加速度，g=9.8m/s 2。 地层中任一点的压力

x L P P P P w

e e --

= （1-2） 渗透率公式为

P A L

Q K ∆=

μ （1-3）

式中：A —渗流截面积，cm 2；

L —两个横截面之间距离，cm ；

e P —入口端面压力，10-1MPa ；

w P —出口端面压力，10-1MPa ； μ—流体粘度，s mPa ⋅。

3、单向流实验数据记录表

实验仪器编号：单2井

表1-2 测压管液面读数记录表

填砂管粗端直径＝9.0cm ，长度＝52.3cm 填砂管细端直径＝4.5cm ，长度＝50.8cm ；

填砂管粗端截面积A 1＝63.617cm 2，填砂管细端截面积A 2＝15.904cm 2； 填砂管上部接头厚度3.0 cm ，相邻两测压管中心间距＝12.5cm ； 流体粘度＝1mPa ·s 。

（2）计算流量及平均流量填入表中，如表1-2所示，得到表1-3。 举例如下：

一流量下，1管水柱高度为：78.1+9.0÷2+3-1.1=84.5cm ； 二流量下，6管水柱高度为：73.7+4.5÷2+3-1.1=77.9cm ； 三流量下，10管水柱高度为：70.5+4.5÷2+3-0.6=75.2cm 。

表1-3 流压测量数据记录表

以流量一为例:流动距离为0时，测压管压力为：

-2流量下的关系曲线，如下图所示。

斜率变化原因：

流体随着流入的距离的增大阻力也逐渐的变大，因此1-5号管和6-10管中的流体，由于流动阻力的线性增加，致使流动动力也随着线性减少，因此各段曲线的斜率几乎不变化。而各个序号中5、6管则由于管径的变化而使压力发生变化，导致曲线斜率也发生突变。

（3）取流量一、粗管为例进行计算：

MPa P P P 55111082.88.81920.8281-⨯=-=-=∆

同理可得其余各组数据填入表1-4中。

表1-4 渗透率计算数据表

线，如下图所示。

由上图可知，两段地层流量与岩石两端压差基本成线性规律。 （4）根据达西定律，分别计算两段地层的平均渗透率。 取流量一、粗管为例进行计算：

2

4

11119.656110

82.8617.633.52104.7m P A L Q K μμ=⨯⨯⨯⨯=∆=

- 同理可得其余各组数据，如表1-4所示。 则粗截面平均渗透率为：

214.79853

9

.61235.93957.8436m K μ=++=

细截面平均渗透率为：

229.1443

5

.1450.1402.149m K μ=++=

六、实验总结

本次实验进一步加深了我对达西定律的理解，并了解了它的适用范围及其局限性。最后，感谢老师的悉心指导。

实验二不可压缩流体平面径向稳定渗流实验

一、实验目的

1、平面径向渗流实验是达西定律在径向渗流方式下的体现，通过本实验加深对达西定律的理解；

2、要求熟悉平面径向渗流方式下的压力降落规律，并深刻理解该渗流规律与单向渗流规律的不同，进而对渗透率突变地层、非均质地层等复杂情况下的渗流问题及其规律深入分析和理解。

二、实验原理

平面径向渗流实验以稳定渗流理论为基础，采用圆形填砂模型，以流体在模型中的流动模拟水平均质地层中不可压缩流体平面径向稳定渗流过程。保持填砂模型内、外边缘压力恒定，改变出口端流量，在稳定条件下测量填砂模型不同位置处的水头高度，可绘制水头高度或压力随位置的变化曲线(压降漏斗曲线)；根据平面径向稳定渗流方程的解计算填砂模型的流动系数及渗透率。

三、实验流程

实验流程见图2-1，圆形填砂模型18上部均匀测压管，供液筒内通过溢流管保持液面高度稳定，以保持填砂模型外边缘压力稳定。

1－测压管（模拟井）；2～16－测压管（共16根）；18―圆形边界（填砂模型）；

19－排液管（生产井筒）；20—量筒；21—进水管线；22—供液筒；23－溢流管；

24—排水阀；25—进水阀；26—供水阀。

图2-1 平面径向流实验流程图