渗流力学 学习指南
渗流力学课1
任一点处各个方向上的静水压强相等。
重力作用下的液体平衡： z p C
C
为常数，即在重力作用下，静止液体中无论哪一点的（z
p
）总是一个常数。
z 表示某点的位置至基准面的高度，称其为位置水头；
p 表示某点压强的液柱高度，称其为压强水头；
两者之和 z p 称为测压管水头，或简称为测管水头。
作用于平面上的静水压力分布呈梯形分布。
表面张力的大小用表面张力系数α来表示，α定义为液体表面上单位长度
所受的张力：
a pc l
α的量纲为牛顿/米（N/m）。α值随液体的种类和温度而变化，对于水 与空气的接触面，当水温为20℃时，α=0.0728N/m。
渗流力学与计算分析
1. 渗流基本概念
1.2 流体性质
温度 ℃
容重 γ
(KN/m3)
渗流力学与计算分析
1.渗流基本概念
1.1多孔介质性质 1.2 流体性质 1.3 流体动力学基础 1.4 渗流要素 1.5 渗流基本定律 1.6 多孔介质的渗透结构特征 1.7 渗流场特征
渗流力学与计算分析
渗流力学与计算分析
渗流力学与计算分析
1.1 多孔介质性质
1. 渗流基本概念
多孔介质的压缩性
设通过过水断面 A 的渗流量为 Q ，
则渗透速度（或称比流量）为： v
Q
A
渗透速度v 代表渗流在过水断面上的平均流速，它不代表空隙中的真实水
流的速度，只是一种假想的速度。
地下水在空隙中流动速度才是真实速度，
设 u 为实际平均流速，则渗透速度v 满足：
vnu L
n 为含水层的孔隙度。与通常的流速相似，
地下水水头
静水下的测管水头为 由能量方程，
第4章 渗流力学基础
渗透系数K——是综合反映多孔介质特性（孔隙度n及其结构特性ε）、
渗流流体性质（重度γ和粘滞性μ）的参数
渗透率k——反映多孔介质特性的参数，表示允许流体通过的潜在能力
K与k的关系式：
K
k
4、达西定律的推广
k
d
2 e
f
(n, )
k d 2 n / 32
de 岩石颗粒有效直径 d 圆管直径(毛细管) K m / s, k m2
f p 0
ds
dt
质量力f仅考虑重力g与渗流阻力 R →f = g + R，g =｛0，0，-g｝
∵水头与压强关系 H z p / p H z
∴对均质等温（不）可压缩流体有：p H z H g
(gv
v gcV )
g 0
g
t g t
(n)
t
n
t
n t
(n
p
n ) p p t
Ss
H t
Ss g((1 n) n) — 释水(贮水)率
二、非稳定渗流基本微分方程
( n) div(V ) 0 ( n) divV V 0 ( n) divV 0
1、若是均质各向同性介质
(h H ) (h H ) H
x x y y K K t
2、若是1+隔水底板水平(h＝H－B)
1 2H 2 2H 2 H
( 2
x 2
y 2
) KK
t
3、若是2+无补给（ε= 0）、稳定流（ H 0） t
渗流力学基本理论参考资料
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。
渗流力学第一章
§1.2 渗流过程中的力学分析 及驱动类型
二、与油藏有关的压力概念 1.原始地层压力 P (P) 0 i 2.边界压力 P e
3.地层静压（目前地层压力） R P 4.井底压力 P 及井底流压 P wf w
P (P) 0 i
P R
P P w wf P e
§1.2 渗流过程中的力学分析 及驱动类型
油气层渗流力学中常用的单位制有：国际标准单位制 （SI制)和达西混合单位制。如表所示。 达西单位的物理意义：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厘米的岩样， 其流量为1立方厘米每秒，那么，这个岩样的渗透率就定为1 达西。
单位制表 参数名称 符号 产量 面积 渗透率 厚度 长度 半径 粘度 压力 密度 时间
h
圆形等厚地层中间一口井
●若是稳定渗流，压力和流速是极坐标r的函数。
K dP v= µ dr
渗流截面
h
3.球面径向流
●流体质点沿径向向一点汇
集，或由一点沿径向向四周发散 ，流线为球的径向线；
r
●若是稳定渗流，压力和流速是坐标x、y、z的函数或空间
Ap Q K ∆P v= = A µ L L Q u= x Ap ★渗流速度 v 为假想速度，引入渗流速度给渗流规律的研究 带来了很大的方便，可利用连续函数理论研究渗流问题。
★真实速度 u实际上是平均真实速度，常用于研究流体质点 的运动规律，计算流体质点的排出时间。 v Vp Ap u = 或 v = φu φ= ≈ φ V A
∆P = Pr − P r = γ [(z1 + 1 2 r
P P 1 ) − (z2 + 2 ) ρg ρg
∆P Q∝ A r L
《渗流力学》课程教学大纲衡帅
《渗流力学》课程教学大纲课程编号： 020092080总学时及其分配：48；理论课48学时。
学分数：3适用专业：采矿工程专业（煤及煤层气工程方向）任课学院、系部：能源学院一、课程简介“渗流力学”是流体力学的一个分支，是研究流体在多孔介质中流动规律的一门学科。
本课程讲述的内容是“渗流力学”中的一个分支-地下渗流部分。
专门研究地下水、气及其混合物在地层中的流动规律。
本课程是油气田勘探与开采的理论基础，是采矿工程专业煤层气开采方向的专业基础课和核心课，同时也是地质勘查专业、安全工程专业的专业基础课。
学习该课程的目的，是把它作为认识煤层气藏、改造煤层气储层藏的工具，作为煤层气储层开发设计、动态分析、煤层气井开采、增产工艺、反求地层参数、提高采收率等的理论基础。
因此，它是采矿工程煤层气方向的主干专业基础课之一，是进一步学好《采气工程》、《煤层气试井理论与技术》的关键课之一，该门课的目的是让学生了解油气在储层中渗流的基本规律及研究油气在储层中渗流的基本方法。
二、课程教学的目标本课程是采矿工程专业煤层气方向本科学生的一门专业基础课和核心课，目的是通过各个教学环节使学生掌握油、气、水在地下流动规律，以及研究流体渗流规律的基本方法。
明确这些理论是油气田开发、煤层气开发、瓦斯抽采，提高油气采收率、瓦斯抽采效等的理论基础，为学好专业课和解决有关地下油、气、水的渗流问题打好基础。
本课程的任务是使学生能掌握渗流力学基础概念、基本理论及解决渗流问题的基本技能。
三、课程教学的基本内容及教学安排1. 绪论（3学时）知识要点：渗流力学的基本任务、研究方法、相关研究方向和国内外发展动态及一些与本学科相关的基本概念。
目标要求：了解渗流力学在石油天然气开发、瓦斯抽采、地下水流动中的重要性，知道如何学好渗流力学。
2. 第一章渗流的基本概念和基本规律（8学时）知识要点：知道油气藏及其简化，多孔介质及连续介质，渗流过程中的力学分析及驱动类型，渗流的基本规律和渗流方式，非线性渗流规律，低速下的渗流规律，两相渗流规律等基本概念。
流体力学—渗流讲解
积分
Q
R dr 2 k
H
zdz
得
r r0
h
Q
k
H 2 h2 ln R
2
kHS ln R
1
S 2H
r0
r0
令S H h
上式即为完全潜水井的产水量计算公式。
§9-3 集水廊道和井
式中R为井的影响半径，近似计算时，可按
R 3000 S k
估算，这里S=H-h为水位最大降深。
根据上述浸润曲线变化的规律分析，壅水曲线和降水 曲线如图所示
将顺坡渗流浸润曲线的微分方程改写为
i ds d d
h0
1
§9-2 地下水的均匀流 和非均匀流
对上式从断面1-1到断面2-2（见下图）进行积分， 可得顺坡渗流的浸润曲线方程
il h0
2
1
ln
2 1
1 1
1区的浸润线为水深沿程增加的壅水曲线，即dh/ds>0； 2区的浸润线为水深沿程减小的降水曲线，即dh/ds<0。
3. 界限情况分析 浸润线在上游与正常水深线N-N渐近相切； 1区的浸润线在向下游无限加深时，渐趋于水平直 线； 2区的浸润线在向下游无限减小时，其浸润线的切线 与底坡线正交。
§9-2 地下水的均匀流 和非均匀流
通过渗流模型的流量必须和实际渗流的流量相等，即
Q模型 Q实际
§9-1 渗流基本定律
对某一确定的作用面，从渗流模型所得出的动水压力， 应当与真实渗流的动水压力相等，即
FP模型 FP实际
渗流模型的阻力和实际渗流应当相等，也就是说水头 损失应当相等，即
hw模型 hw实际
程林松2、渗流力学-第二章
程林松2、渗流力学-第二章第二章单相不可压缩流体的稳定渗流规律本章要点第一、掌握三种基本流动状态（单向、平面径向、第一、掌握三种基本流动状态（单向、平面径向、球形径向）的数学模型及渗流特征。
球形径向）的数学模型及渗流特征。
第二、了解井的不完善性，弄清表皮系数、折算第二、了解井的不完善性，弄清表皮系数、折算半径物理意义，了解稳定试井的原理、方法和应用。
半径物理意义，了解稳定试井的原理、方法和应用。
1第二章单相不可压缩流体的稳定渗流规律第一节本节要点1、掌握单向刚性稳定渗流渗流规律：速度、压力分布；产量公式。
2、掌握流场、势场的分布特征。
3、掌握渗透率发生变化时的渗流特征。
单向刚性稳定渗流2第二章单相不可压缩流体的稳定渗流规律1. 单向刚性稳定渗流地层模型pepw水平、均质、等厚的带状地层模型：长度为L，宽度为B，厚度为h，供给边缘压力为pe，排除端为pw。
液流沿x方向流动，流体粘度为μ，地层渗透率为K。
沿x方向流动，流体粘度为，地层渗透率为K。
3第二章单相不可压缩流体的稳定渗流规律2. 数学模型：方程的通解形式：4第二章单相不可压缩流体的稳定渗流规律3. 数学模型的解：Ⅰ. 压力分布：pe ? pw p( x ) = pe ? x Lpe ? p w p( x ) = p w + ( L ? x) LⅡ. 压力梯度分布：pe ? p w dp =? = C 1 = 常数 dx LⅢ. 速度分布：根据达西公式，可知渗流速度等于υ = ?K dp μ dx单向渗流时沿着渗流路程压力梯度恒定，所以渗流速度也恒定υx = ?K dp K p e ? p w = = C2 L μ dx μ5第二章单相不可压缩流体的稳定渗流规律从压力、速度分布公式中可以看出，压力、速度分布规律是直线分布；渗流速度也恒定，因此渗流场图中流线也是一些等距的互相平行的直线，如图所示。
p ? pw dp d =? e = C 1 = 常数 L dxp( x ) = pe ?pe ? pw x Lυx = ?K dp K p e ? p w = = C2 μ dx μ Lp( x ) = p w +pe ? p w ( L ? x) L压力分布曲线流线等压线分布曲线6第二章单相不可压缩流体的稳定渗流规律Ⅳ. 产量公式：单向流的渗流面积：A = Bh单向流时的产量公式：KBh ( pe ? pw ) ( pe ? pw ) Q = Bhυ x = = L R μ上式表明产量和压力差成线性关系，其中: 上式表明产量和压力差成线性关系，其中:R=μLKBh=μLKA是从供给边缘到排液坑道的渗流阻力。
渗流力学-第一章
式中，系数b称为压力系
数。常规油气藏b的取值为
0.7～1.2。当b<0.7时称为异 常低压油藏；当b>1.2时，称 为异常高压油藏。
0
p=a+bH
p
油藏埋深H 和实测压力p 曲线
11
第一章
各种压力的概念
渗流基础知识和基本定律
2. 目前地层压力p : 油藏开发过程中，不同时期的地层
压力称为“目前地层压力”。
3．纯溶洞结构
4．裂缝一孔隙结构 5．溶洞一孔隙结构 6．裂缝一溶洞结构 7．溶洞一裂缝一孔隙结构
3
第一章
渗流基础知识和基本定律
一、1内部空间结构及其简化（岩石、流体）
1．粒间孔隙结构
2．纯裂缝结构
3．纯溶洞结构 多存在于碳酸盐岩中。严格地讲，在溶洞中的流动已不属于 渗流范畴，其流动规律应遵循奈维一斯托克斯方程。
的总能量，而p仅表示该点处压能的大小。
一般习惯上是把原始油水分界面选为计算折算压力时 的基准面。
14
第一章
各种压力的概念
渗流基础知识和基本定律
4. 供给压力pe :油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”。
边缘供 给压力pe
15
第一章
各种压力的概念
渗流基础知识和基本定律
5. 井底压力pw :油井生产时井底测得的压力称为井底压力， 习惯上也称作为该井的流压。
渗流基础知识和基本定律
岩石和流体
2. 弹性能
气顶气
溶解气
气顶气 溶解气
20
第一章
驱动能量
渗流基础知识和基本定律
原油
油藏具有明显的倾 角时这种驱动方式 才起作用
3. 重力
《渗流力学》讲稿
驱动方式只是反映油藏中的主要动力，但不是说某一种驱动方式存在唯一的一种动力，
而是其他的动力相对来说不起主要作用。
驱动方式也不是一成不变的。
（对一个实际开发的油藏来说，在同一驱动方式下，往往有两种或三种驱油能量同时
起作用，而其中某一种驱油能量占据支配地位，发挥主导作用。驱动方式就是依据这种起
主导作用的驱油能量来确定的。同一个油藏，在开发过程中，驱动方式并不是一成不变的，
5．倾斜底层的 Darcy 公式： Q K A[ p g sin ] L
二、两个基本概念
1．渗流速度：渗硫量与渗流截面积之比。 Q A
2．流体真实速度（真实平均速度）：渗硫量与渗流截面的孔隙面积积之比。 Q Ap
两者的关系：
（1）
（2）真实速度常用于计算流体质点的排出时间。 三、基本渗流方式
阻力，第二项代表吸附膜或水化膜引起的吸附阻力，驱动力则是二项之和。 气体在低速渗流时，由于存在滑脱现象，表现为在低速渗流时渗透率增加。存在滑脱现
象时，气体渗流运动方程可表示为：
K
1
b P
gradP
P ——平均压力，等于两端压力的平均值， P P1 P2 2
b——Klinkenberg 常数，对一定的气固系统为一定值。
而是随着开发的进程及开发措施的实施与调整，会发生变化。《油藏工程》P83）
第三节 渗流的基本规律和渗流方式 一、Darcy 定律
1956 年法国水利工程师 Darcy 为解决给水问题通过大量实验得到的。这是 Darcy 对渗 流力学所作的巨大贡献。
Q
K
A p L
1．ΔP：折算压力差 2．1µm2=1D=1000mD 3．实质：动力与阻力之比。 4．地层水平，则实测压力差就等于折算压力差；对于倾斜底层，则应把实测压力换 算成折算压力。
渗流力学教程
渗流力学教程吴梦喜中国科学院力学研究所2010.7目 录1张量的指标符号表示法［0］ (1)1.1 指标符号 (1)1.2 求和约定 (1)1.3 克罗内克(Kronecker )δ符号： (2)1.4 排列符号 (2)1.5 逗号的指标符号 (3)1.6 向量、张量及其坐标转换 (3)1.6.1 向量 (3)1.6.2 张量 (4)1.7 Navier-Stokes方程式 (5)2渗流的基本概念与定律 (6)2.1多孔介质及其连续性假设 (6)2.2 流体的实际平均速度与渗流速度 (8)2.3 渗流的基本定律 (8)2.3.1 Darcy定律 (9)2.3.2 Darcy定律的推广 (11)2.4 非Darcy渗流 (11)2.5 岩土体的渗流性质 (12)2.5.1 岩土中水的存在形式 (12)2.5.2 岩土体的水理性质 (13)2.5.3 土体的颗粒级配与孔隙率［0］ (14)2.5.4 岩体的透水性［0］ (16)2.6岩土体的非饱和渗透性 (17)2.6.1 非饱和土体的吸力 (17)2.6.2 土体的饱和度与吸力和渗透系数的关系 (18)3渗流的偏微分方程与定解条件 (21)3.1单相流体渗流的连续性方程 (21)3.2两相不溶混渗流的连续性方程 (22)3.3 流体与骨架的状态方程 (22)3.3.1 不可压缩流体的状态方程 (22)3.3.2微可压缩流体的状态方程： (23)3.3.3 气体状态方程 (23)3.3.4 岩体的状态方程 (23)3.3.5 土体的本构关系 (24)3.4单相流体渗流的偏微分方程 (24)3.5 定解条件 (24)3.5.1 初始条件 (24)3.5.2 边界条件 (25)4地下水渗流的理论计算方法 (26)4.1 杜布依近似假定与潜水渗流的计算 (26)4.2 承压水的计算 (28)4.3 地下水向完整井的流动 (29)参考文献 (31)1张量的指标符号表示法［1］张量分析的主要目的是给人们提供一种数学工具，它可以满足一切物理学定律与坐标系的选择无关的特性。
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。
渗流1---渗流的基本概念和基本规律
渗流力学:专门研究渗流的运动形态和运动规律的科学。
渗流力学
张凯
2
第一章 绪 论
二、渗流的分类
地下渗流：存在于地层中，如：油、气、水、地热等在地 层中的流动。 层中的流动
工程渗流：存在于化工、冶金、机械、环保中，如渗碳、 超精细过滤。
生物渗流：存在于动、植物中，如水、矿物质、血液在生 物中的流动。渗流ຫໍສະໝຸດ 学 张凯 7
第一章 绪 论
五、参考书
葛家理 .《油气层渗流力学》北京：石油工业出版社 1982年 刘尉宁.《渗流力学基础》北京：石油工业出版社 1985 年 葛家理.《现代油藏渗流力学原理》北京：石油工业出 版社 2001年 郎兆新.《油气地下渗流力学》东营：石油大学出版社 《油气地下渗流力学》东营 石油大学出版社 2001年
特点：含油气丰富，常形成 大油气藏 大油气藏。
渗流力学 张凯 15
第一章 绪 论
2、地层油气藏
（3）不整合覆盖油气藏 存在于储集层上倾部分 被剥蚀，然后又被不渗透岩 层不整合遮挡形成的圈闭中。 层不整合遮挡形成的圈闭中 特点：闭合面积大，含油气 丰富。 丰富 美国普鲁德霍湾油田东西长64公 里，南北宽32公里，面积约 2000平方公里，为一向西南倾 伏的鼻状构造，北部被断层所切， 东部被一不整合所削蚀，其上被 下白垩系海相页岩不整合封闭 下白垩系海相页岩不整合封闭。
14
第一章 绪 论
2、地层油气藏
（2）生物礁油气藏
礁型油田的一个著名实例， 是墨西哥黄金港环礁带和扎波 里卡礁型油气田。 里卡礁型油气田 黄金巷环礁带位于墨西哥 城东北的坦皮科湾沿岸到墨西 哥湾海上，包括：（1）老黄金 巷带；（2）新黄金巷带；（3） 海上黄金巷带 整个环礁带呈 海上黄金巷带。整个环礁带呈 椭圆形，长轴为北西-南东向， 长约150km。
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。
渗流力学实验指导书
渗流力学（实验指导书）石玲、刘玉娟编重庆科技学院石工学院油气田开发教研室二○○九年十月前言《渗流力学实验指导书》是按照《渗流力学》教学大纲的要求编写的，适合于石油工程、钻井工程、油气田开采、资源勘探、资源勘查等专业的本、专科生使用。
本指导书中的实验是《渗流力学》课程的重要实践教学环节。
全书共分三个实验，其中实验三为综合性实验。
通过实验可以让学生巩固相关理论知识，熟悉各种仪器设备在实验项目中的使用方法，锻炼学生的实验基本技能，掌握实验内容和实验的基本方法，培养学生的动手能力及综合分析问题和解决问题的能力，在实验过程中，要求学生尽可能按照指导进行，以帮助其加深理解、增强记忆。
目录《渗流力学》课程教学大纲 (3)渗流力学实验室学生实验守则 (6)实验一单向稳定渗流模拟实验 (7)实验二平面径向流模拟实验 (9)实验三多井同产渗流场的测绘实验 (11)《渗流力学》课程教学大纲开课单位：油气田开发教研室课程负责人：何行范适用于本科石油工程专业教学时数：48学时一、课程概况《渗流力学》课程是石油工程专业的一门专业课。
本课程是在学生学习完《高等数学》、《大学物理》、《油层物理》等先修课程的基础上开设的。
通过本课程的学习，使学生掌握地层流体渗流的基本知识和研究渗流问题的基本方法，形成关于油层动态过程的总体认识。
为学习《油藏工程》、《采油工程》和《采气工程》等其它专业课打下基础，同时也为分析和解决油(气)田开发、开采问题提供手段。
本课程的先修课程主要有《高等数学》、《大学物理》、《油层物理》、《石油地质》和《工程流体力学》等。
本课程的后续课程主要有《油藏工程》、《采油工程》、《采气工程》和《油气井试井》等。
二、教学的基本要求1.掌握油层流体渗流的基本概念和基本定律；2.掌握稳定渗流两种基本渗流方式的渗流特点、渗流规律和研究方法；3.懂得弹性不稳定渗流的特性，基本渗流规律和分析方法；4.了解其他不稳定渗流方式的研究方法和基本概念及结论；5.掌握解决多井干扰和边境效应的思路、方法和典型规律及结论；6.掌握稳定试井的方法，懂得不稳定试井的基本理论，会用试井方法分析井和地层的特性。
渗流力学ppt讲义1第1章
∂U X = ∂x ∂U Y= ∂y ∂U Z= ∂z
满足左式的函数U(x,y,z)对 某方向的偏导数等于单位 质量力在该方向的分量。 这样的函数称为势函数 势函数。 势函数 具有这样的势函数的质量 力称为有势力 有势力,势函数存在 有势力 的场称为势场。 势场。 势场
• 在习惯上，把符合牛顿内摩擦定律的流体称为牛 牛 顿流体，否则为非牛顿流体 非牛顿流体。 顿流体 非牛顿流体 • 一些多分子结构液体，如水、酒精、苯、油类、 水银和气体等都属于牛顿流体。 • 泥浆、血浆、牛奶、尼龙和橡胶的溶液、颜料、 油漆以及生面团、淀粉糊等均属非牛顿流体。 • 粘滞性只对于运动的液体才有意义。当液体静止 或平衡时，粘滞性是不显示作用的。 • 如果运动的液体粘性较小，运动的相对速度也不 大，可近似地把液体看成是无粘性的，对切向变 形没有任何抗拒能力，这样的液体称为理想液体 理想液体
1 β= E
1 dV β = =− E Vdp
• 体积压缩系数的物理意义：单位压力作用下单位 体积液体的体积压缩量。 • 液体种类不同，其 β 或E值不相同，对同种液体 它们随温度和压强而变化，但这种变化甚微，一 般可视为常数。 • 除一些特殊的水力现象外（如水击、水中爆炸 等），在绝大多数的实际工程中，均可把水视为 不可压缩液体。
→ →
F f = M
→
F = F X i + FY j + FZ k
F X → FY → FZ → F = i+ j+ k M M M M
→
→
→
→
→
f = X i +Y j+ Z k
→
→
→
单位质量力的单位与加速度相同，对于只有重 力作用的液体，单位质量力在各坐标轴上的分 力为：X＝Y＝0，Z＝－g。
渗流力学实验指导书
渗流力学实验指导书穆丽杰李栋常州大学石油工程学院2011年11月实验一 流体单向渗流实验一、实验目的1.实验观察单向流压头线形状2.用达西定律计算渗透率K 值二、实验装置三、使用仪器秒表、量筒四、基本原理单相不可压缩流体在水平等厚均质地层中的单向渗流，其压力变化是随距离成线性关系变化的，即x Lp p p p we e --=，而液体在等直径的管路中流动的情况也是一样，压头线为一条沿流向倾斜下降的直线，而其渗流阻力也都是随距离的增加成线性关系增加。
所以我们就可以以水平等直径的管路流动来模拟均质等厚水平地层的单向渗流，以此观察研究此种情况下的压力变化规律及渗流阻力的变化规律，以便近似确定介质的平均渗透率。
五、实验操作方法1.记录渗流长度和渗流断面尺寸2.打开出口阀门，控制测压管内液柱高度稳定在一定的位置3.在压力稳定以后，用秒表、量杯或量筒测量渗流流量Q ，同时记下各测压管液柱高度4.分三次操作，每次控制流量为不同数值六、计算公式hA L Q PA L Q K ∆=∆=γμμ μ=1mPa·s测压管间距L ：20cm ； 渗流断面A ：10cm 2。
七、思考题1.为什么要在每次调节流量之后，要等压头稳定之后才能开始记量。
2.各测压管压头线理论上应成一条直线，但实际上并不完全符合直线，为什么？分析其原因，并提出缩小差别的措施。
3.计算出的各段的渗透率是否相等，为什么？八、记录表格实验二平面径向渗流实验一、实验目的1.实验观察平面径向渗流的压力分布情况2.用达西定律计算渗透率K值二、实验装置三、使用仪器秒表、量筒四、基本原理单相不可压缩流体在水平等厚均质地层中的平面径向渗流，其压力变化是随距离成对数关系变化的，即rR R R p p p p e we w e e lnln --=，而其渗流阻力也都是随距离的增加成对数关系增加。
我们圆盘渗流模型模拟均质等厚水平地层的平面径向渗流，以此观察研究此种情况下的压力变化规律及渗流阻力的变化规律，以便近似确定介质的平均渗透率。
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《渗流力学》课程学习指南第一章渗流的基础知识和基本定律一、学习内容简介油气储集层；渗流的基本概念；渗流过程的力学分析及油藏驱动方式；线性渗流和非线性渗流。
二、学习目标全面掌握渗流力学的基本概念和基本定律，了解本课程的学习目的，为今后的学习打下基础。
三、学习基本要求1．了解油气储集层的理论及实际结构，渗流过程的力学分析及油藏驱动方式，非达西渗流的两种形式；2．掌握孔隙结构的概念和油气储集层的特点，渗流的基本几何形式，渗流速度和压力的概念，掌握达西定律的应用及其范围。
四、重点和难点重点：油气储集层的特点，渗流速度的概念，折算压力在计算中的应用，达西定律和单位制，达西定律的适用条件。
难点：油气储集层的特点，渗流速度和真实渗流速度的概念及关系，换算折算压力，达西定律的适用条件。
五、学习方法推荐结合油层物理，大学物理和课堂例题学习。
第二章单相液体的稳定渗流一、学习内容简介渗流数学模型的建立；单相液体稳定渗流数学模型的解；井的不完善性；稳定试井。
二、学习目标能够建立单相液体稳定渗流基本微分方程；能根据基本微分方程推导流量与产量公式；了解井的不完善性和稳定试井的知识。
三、学习基本要求1．了解渗流力学研究问题方法，井的不完善性的分类，稳定试井可解决的问题；2．掌握渗流力学模型要素及建立过程，平面单向流模型，平面平面单向流、径向流压力分布公式的推导，流量公式的推导和应用，加权法求地层平均压力，稳定试井的概念。
四、学习重点和难点重点：微分法导出渗流数学模型，平面单向流、径向流模型压力分布和流量公式，流场图的含义，面积加权法求地层平均压力，表皮系数、采油指数、指示曲线的概念。
难点：微分法导出渗流数学模型，平面径向流压力分布特点，流量公式的推导，表皮系数的意义。
（四）学习方法推荐联系高等数学的知识与结合例题学习。
第三章多井干扰理论一、学习内容简介多井干扰现象的物理过程；势的叠加原则；镜像反映法及边界效应；等值渗流阻力法；复变函数理论在渗流力学中的应用。
二、学习目标能够运用叠加原理，镜像反映法，进行特殊边界附近的井或井排压力和产量计算；等值渗流阻力法计算井排压力和产量计算，了解复变函数在渗流力学中的应用。
三、学习基本要求1．了解复变函数理论在渗流力学中的应用；2．理解多井干扰的物理过程，等值渗流阻力法的原理；3．掌握势的定义，势的叠加原则的应用，用势的叠加原则推导等势线方程、产量公式的方法，用镜像反映法研究边界对渗流的影响的方法，等值渗流阻力法的应用条件、计算步骤。
四、重点和难点重点：多井干扰现象的物理过程；势的叠加原则；镜像反映法及边界效应；等值渗流阻力法。
难点：复变函数理论在渗流力学中的应用。
五、学习方法推荐预习上一章内容，结合例题学习。
第四章弱可压缩液体的不稳定渗流一、学习内容简介弱可压缩液体在弹性多孔介质中不稳定渗流的物理过程；不稳定渗流的基本微分方程；无界地层定产条件下微分方程的解；有界地层定产条件下微分方程的解；多井干扰；常规不稳定试井分析方法；典型曲线拟合的试井分析方法。
二、学习目标理解不稳定渗流的物理过程，掌握基本微分方程的建立过程和定产条件下不同压力传播期的解，会求多井干扰时任一点的压力值，熟悉常规不稳定试井与现代不稳定试井的原理和方法。
三、学习基本要求1．了解定产条件下不稳定晚期压力，试井解释的发展史，曲线拟合方法的基本步骤；2．熟悉不稳定渗流的物理过程，压力恢复试井法；3．掌握弱可压缩流体数学模型的推导，无界地层定产条件下微分方程的解和拟稳定期的压力分布公式、平均地层压力公式的推导，多井工作时任一点的压力公式，实测压力恢复曲线的影响因素，掌握利用探边测试，压力降落试井法，试井解释的基本概念。
四、重点和难点重点：弱可压缩液体在弹性多孔介质中不稳定渗流的物理过程；不稳定渗流的基本微分方程；无界地层定产条件下微分方程的解；多井干扰。
难点：无界地层定产条件下微分方程的解；有界地层定产条件下微分方程的解。
五、学习方法推荐课堂理论学习与习题讨论相结合，并联系相关的高等数学和大学物理知识学习。
第五章油水两相渗流的理论基础一、学习内容简介影响水驱油非活塞性的因素；等饱和度平面移动的基本微分方程；平面单向流等饱和度平面移动方程的应用；平面单向流两相混合带的压力；平面径向流等饱和度平面移动方程的应用。
二、学习目标理解油水两相渗流的概念和规律，能够建立油水两相基本微分方程，确定前缘含水饱和度和平均含水饱和度，确定排液道见水时间，确定两相混合带的压力分布。
三、学习基本要求了解影响水驱油非活塞性的因素；掌握等饱和度平面移动的基本微分方程建立，分流方程式的推导，饱和度分布公式的推导及曲线，确定前缘含水饱和度和平均含水饱和度的方法，确定排液道见水时间的方法，两相混合带的压力分布。
四、重点和难点重点：影响水驱油非活塞性的因素，分流方程式的推导，饱和度分布公式的推导及曲线，确定前缘含水饱和度和平均含水饱和度的方法。
难点：Buchkey-Leverett方程的推导，确定前缘含水饱和度和平均含水饱和度的方法。
五、学习方法推荐联系油层物理的有关知识与例题学习。
第六章油气两相渗流一、学习内容简介混气液体渗流的物理过程；混气液体渗流的基本微分方程；混气液体的稳定渗流。
二、学习目标使学生掌握油气两相渗流的基本规律；能够建立和简化基本微分方程，并用其确定油层参数。
三、学习基本要求理解混气液体渗流的物理过程；掌握混气液体渗流的基本微分方程的推导，计算赫氏函数的方法。
四、学习重点和难点重点：混气液体渗流的基本微分方程的推导，计算赫氏函数的方法，获得压力、饱和度及生产油气比的近似方法。
难点：计算赫氏函数的方法，混气液体渗流的物理过程。
五、学习方法推荐结合油层物理的知识进行学习。
第七章天然气渗流一、学习内容简介天然气渗流的基本微分方程；天然气的稳定渗流；天然气的稳定试井；天然气的不稳定试井。
二、学习目标能够建立油气基本微分方程，会利用基本微分方程的解确定油层参数。
三、学习基本要求掌握气体微分方程的推导，气体渗流的规律，气体试井资料的处理方法；了解天然气井不稳定试井。
四、教学重点和难点重点：天然气渗流的基本微分方程；天然气的稳定渗流；天然气的稳定试井。
难点：天然气渗流的基本微分方程。
五、学习方法推荐与单相液体的知识对照学习。
第八章流体在双重介质中渗流的理论基础一、学习内容简介双重孔隙介质渗流基本微分方程；无界地层定产条件下微分方程的解；双重孔隙介质地层的不稳定试井。
二、学习目标使学生掌握流体在双重孔隙介质中渗流的基本知识，为今后更高层次的学习打好基础。
三、学习基本要求掌握液体在双重孔隙介质中渗流的基本概念，基本微分方程，窜流方程；了解双重介质中的渗流理论在不稳定试井的应用方法。
四、教学重点和难点重点：双重孔隙介质渗流基本微分方程；无界地层定产条件下微分方程的解。
难点：双重孔隙介质地层的不稳定试井。
五、学习方法推荐课堂理论学习与习题讨论相结合。
第九章非牛顿液体的渗流一、学习内容简介流变性的基本概念；非牛顿液体的分类；非牛顿流体的渗流二、学习目标使学生掌握非牛顿液体的概念及分类，为今后的学习专业课打下基础。
三、学习基本要求理解流变性的基本概念；掌握非牛顿液体的分类；了解建立非牛顿液体在多孔介质中的渗流方程式的建立方法。
四、教学重点和难点重点：非牛顿液体的分类；非牛顿液体在多孔介质中的渗流方程式的建立方法。
难点：非牛顿液体在多孔介质中渗流方程的建立方法。
五、学习方法推荐课堂理论学习与习题讨论相结合。
《渗流力学》实验学习指南实验一：不可压缩液体的单向流稳定渗流一、学习内容简介通过不可压缩液体的单向稳定渗流的实验，掌握达西定律，直观地观察到单向流的压力分布形式和渗流面积和压差之间的关系。
二、学习目标通过实验验证达西定律。
三、学习基本要求掌握达西定律，了解达西定律的适用条件。
在做实验过程中注意观察压力分布特点，掌握达西公式中各物理量的意义和单位。
四、教学重点和难点重点：达西定律难点：控制装置的流量五、学习方法推荐了解稳定渗流的定义，了解实验装置的作用实验二：不可压缩液体的平面径向流稳定渗流一、学习内容简介通过不可压缩液体的平面径向稳定渗流的实验，掌握平面径向流的流量公式，观察平面径向流的压力分布形式。
二、学习目标掌握平面径向流的流量公式。
了解平面径向流的压力分布以及压力消耗的特点三、学习基本要求了解平面径向流产生的条件和渗流特点的基础上，通过实验掌握平面径向流的产量公式的应用，观察其压力传播和压力分布。
四、教学重点和难点重点：平面径向流的产量公式难点：平面径向流压力分布特点五、学习方法推荐了解稳定渗流的定义和平面径向流产生的条件，针对实际装置进一步对平面径向流的流量公式的应用，直观地了解压力分布。
实验三：单相液体不稳定渗流的压力分布一、学习内容简介该实验通过掌握单相液体的不稳定渗流理论基础上并结合实验装置，学生以小组合作的方式，进行不稳定渗流的压力分布实验，通过实验可测试无限大地层或有界地层在定产条件下的压力恢复或压力降落曲线并求解参数，并观察压力分布和压力传播。
二、学习目标观察地层一口井生产时，形成的压降漏斗的形状及过程；测绘地层中心处或边缘上一口井生产时的压力降落线（压力未传至供给边缘处）或压力恢复曲线；通过不稳定试井确定水力积分仪参数。
三、学习基本要求需要掌握镜像反映法、弱可压缩液体的不稳定渗流的物理过程、常规不稳定试井分析方法和有关油层物理的知识。
四、教学重点和难点重点：单相液体的不稳定渗流理论难点：压力恢复或压力降落是压力分布五、学习方法推荐本实验流程涉及渗流力学、油层物理等课程的知识，以培养学生实验技能、方法及综合运用各学科知识的能力。
本实验要求学生实验之前进行预习外，还必须掌握有关实验基本技能、专业基础知识。
实验四：应用微波测岩心模型含水饱和度分布一、学习内容简介该实验通过掌握油水两相渗流理论和微波在传播过程中的特点的基础上，并结合实验装置，学生以小组合作的方式，运用“HX-1型微波法测Sw装置”进行应用微波测岩心模型含水饱和度分布实验，通过实验可测得岩心不同距离的微波值并求出模型的含水饱和度，绘制模型的含水饱和度分布曲线。
观测水驱油时产生的指进现象。
二、学习目标会运用HX-1型微波法测Sw装置并测岩心不同距离的微波值，求出含水饱和度并绘制其曲线。
三、学习基本要求需要掌握油水两相渗流的理论基础和装置上特殊仪器的用途，了解影响水驱油非活塞性的因素。
四、教学重点和难点重点：油水两相渗流的理论难点：运用装置所测数据就出模型含水饱和度分布五、学习方法推荐本实验需要掌握油水两相渗流的基础知识和平面单向流等饱和度平面移动方程的应用基础上，了解微波在传播过程中的理论和波的特点。
在实验过程中会应用微测量水驱油时的人工制作的岩心模型并测绘模型的含水饱和度分布。