渗流力学第一章 渗流的几个基本概念
渗流力学第一章 渗流的几个基本概念
=9.435MPa
B
prB>prA，所以油从B流向A。
A h=10m
第三节 油藏能量及驱动方式
一.受力分析 地下流体在地层中渗流主要受到以下
几方面里的作用: ① 重力:有时为动力,有时为阻力.
•M
• M
② 惯性力:通常表现为阻力 ③ 粘滞力(阻力):
F A dv dr
速度梯度
④ 弹性力: C Cf Cl
Q
A
渗流速度和实际平均速度
由 Vp
V
Vp Ap L
V AL
Ap
A
得到：
Q Q u
A Ap
上式反映了流体渗流速度与实际平均速度间的关系。在 渗流力学中经常应用的是渗流速度，用它来研究油井产量 等问题，只有在研究流体质点运动规律时，才用实际平均 速度 。
三.油藏中压力的概念
① 原始地层压力pi：油藏在开发以前，整个油藏处于平衡状
表现为 动力
⑤ 毛细管压力:
PC
2 cos r
当Pc与流体流向相同时为动力,相异
时为阻力,但实际油藏中多表现为阻力.
⑥ 边水压力:动力
二.油藏能量
① 边水压头:将油驱入井底并举升到一定高度. ② 气顶压力:气体弹性驱动. ③ 液体及岩石的弹性能 ④ 溶解气的膨胀能 ⑤ 原油的重力势能
值得注意的是:在流体流向井底的过程中, 往往是各种能量同时起作用,但每种能量发挥 的大小作用不尽相同,有的处于主导地位,有的 处于从属地位.
隙
原喉 生道 孔
隙
孔 道
连 通 孔
死 孔 隙
隙
<0.0002 0.5~0.0002
>0.5
2.孔隙度的定义
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 第一章 渗流基本概念和定律
3）相对渗透率Krw、Kro：多相同时流动时，相渗透率与绝对 渗透率的比值。
3、大的比面
多孔介质比面很大，使得流体流动时粘滞阻力很大。
多孔介质的分类：
1）单纯介质：由孔隙或纯裂缝组成，渗流形式简单。
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：
a
Vt V
Φa—绝对孔隙度；Φ—有效孔隙度；
V0 V
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。
1）绝对渗透率K：岩石孔隙中液体为一相时，岩石允许流体 通过的能力。绝对渗透率只与岩石本身性质有关。
二、渗流的分类
1）地下渗流：存在于地层中，如油气水在地层中的流动； 2）工程渗流：化工、冶金、环保中的渗流问题； 3）生物渗流：动物和植物中的渗流问题。
三、渗流力学的发展（地下渗流）
1、古典渗流力学： 1920年以前 动因：开发利用地下水； 代表：法国水利工程师达西（Darcy）； 定律：达西定律（Darcy’s Law，1856）。
F—内摩擦力（粘滞力），N； μ—粘滞系数（又称绝对粘度），Pa·s。
• 粘度单位通常用mPa·s表示： 1Pa·s＝103mPa·s
• 粘度单位以g／(cm·S)表示时称为“泊”： 1泊＝100厘泊（cP）
• cP与mPa·s的换算关系为： 1mPa·s＝lcP
• 在渗流中，粘滞力为阻力，且动力消耗主要用于渗流 时克服流体粘滞阻力。
1.2 渗流中的力学分析及驱动类型
第一章 渗流的基本概念和基本规律
第一章渗流的基本概念和基本规律内容概要：油气渗流是在地下油层中进行的，因此学习渗流力学首先需了解油气储集层和多孔介质的概念；流体在地下渗流需要里的作用，故还要了解流体受到哪些力的作用、地层中有哪些能量；然后学习渗流的基本规律-达西定律；流体渗流不总是遵循达西定律，就有了非达西渗流或称非线性渗流；对于地层中有多相流体同时参与流动的情况就是两相或多相渗流了，在本章也做一简单介绍。
非线性渗流及两相渗流规律内容概要：在大多数情况下，渗流是服从达西线性渗流定律的，但当流动压差继续增大，Q与p 就会偏离直线关系，而出现曲线段，这就是非线性渗流，它是达西定律的上限，而在低速渗流的条件下，由于吸附等物理化学现象的作用，也会出现非线性渗流的情况，这是达西定律的下限。
本节将介绍这两种偏离线性渗流的线性分析其原因及其描述形式；在多孔介质中存在2相多相流体同时流动的情况就是两相渗流或多相渗流，本节还将简要介绍两相渗流规律。
课程讲解：讲解ppt教材自学：第四节非线性渗流规律本节导学流体渗流不总是遵循达西定律，就有了非达西渗流或称非线性渗流；本节简要介绍非线性渗流的基本规律。
本节重点1、非线性渗流的概念★★★★★2、判断标准★★★3、非达西渗流的表达形式★★★Q 一、非线性渗流的概念当压差不断增大时，Q 与△P 就会偏离线性关系，此时的渗流称为非线性渗流或非达西渗流。
渗流分为三个区域：层流区：低速，粘滞力占优势，达西定律适用。
过渡区：流速增加，粘滞力变小， 惯性力增加，非线性层流, 达西定律不适用。
湍流(紊流)区：高速，惯性力占优势， 达西定律不适用。
Q 与△P 的关系曲线二、判断标准常用渗流雷诺数来判断渗流是线性还是非线性渗流。
如前苏联的卡佳霍夫公式：NRe—雷诺数，其临界值为0.2～0.3；V —渗流速度，cm/s ； K —渗透率，μm 2；μ—粘度，mPa·s；ρ—流体密度，g/cm 3； ø——孔隙度，分数当N Re≤(0.2 ～0.3)时，渗流服从达西定律；当NRe>(0.2～0.3)时，渗流不服从达西定律，出现非线性渗流。
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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。
第1章 渗流的基本概念和基本规律
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
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
第一章 渗流的基本概念和基本定律
KA
P1
P2
L
三.渗流力学常用单位制
① 工程单位制 (公斤.米.秒) ② 物理单位制 (克.厘米.秒) ③ 混合单位制 (达西单位制) ④ 国际单位制
第二节.非线性渗流定律
非线性渗流:渗流速度 v 与压力梯度不成线 性关系的渗流.分高速和低速两 种。
dP dL
0
第二节.非线性渗流定律
一.产生非线性渗流的原因
Q A H1 H2 A H Z1 Z2 L
Q KiA L
Q
KiA
L
K i--比例常数,渗流系数
第一节 线性渗流规律
进一步实验表明:
岩石绝对 渗透率
Ki
流体重率
Ki K
Q KA L
v Q K A L
v ~ v ~ 呈 线性 关 系
第一节 线性渗流规律
根据力的平衡关系有:
A(P1 P2 ) Ag(Z1 Z2 ) AvL
Q vA A[(P1 gZ1) (P2 gZ2 )] L
令K 得：
Q K A PZ1 PZ2 KA [ P1 P2 gSin]
L
L
该公式即为倾斜地层考虑重力影响的达西公式.
若为水平地层，则有： Q
纯溶洞结构 裂缝孔隙结构 双重介质 溶洞孔隙结构 裂缝溶洞结构 三重介质 溶洞--裂缝--孔隙结构
二 储集层外部形状及简化
① 根据储集层的厚度:层状油藏,块状油藏 (球形流)
② 根据边界条件:定压边界,封闭边界 ③ 根据平面延伸系数:
长轴 <3 圆形地层 短轴 >3 条带形地层
三 储集层的特点
① 储集性 a e m
压力梯度曲线则为一条折线.
第二节 渗流的基本概念
渗流力学复习
渗流力学第一章 渗流的基础知识和基本定律渗流力学：是研究流体在多孔介质中流动规律的一门学科。
油气储集层：是油气储集的场所和油气运移的通道。
油气储集层的特点：1储容性 2渗透性 3比表面大 4结构复杂比表面大和结构复杂这两个特性决定了油气渗流的特点——渗流阻力大，渗流速度慢。
渗流的基本形式：1平面单向流 2平面径向流 3球形径向流渗流速度：流体通过单位渗流面积的体积流量。
真实渗流速度：流体通过单位真实渗流面积的体积流量。
φφv v ⋅=压力是一个表示油层能量及其变化的物理量。
原始地层压力：油藏在投入开发以前测得的地层压力。
压力梯度曲线：以第一批探井的原始地层压力与对应的地层深度作出的曲线。
一般是直线。
折算压力：油藏中任一点的实测压力与其埋藏深度有关，为了确切地表示地下的能量分布情况，必须把地层内各点的压力折算到同一水平面上，经折算后的压力称为折算压力。
通常选取原始油水界面为折算平面。
折算压力在实质上代表了该点流体所具有的总的机械能。
0,H H H H g p p M M M M zM -=∆∆+=ρ 渗流过程的受力类型：1粘滞力 2岩石及流体的弹性力 3毛细管压力 4流体的重力 5惯性力油藏驱动方式：1重力水压驱动（与外界连通的水头压力或注水压力） 2弹性驱动（岩石及流体的弹性力） 3溶解气驱动（溶解气的弹性能） 4气压驱动（气顶压缩气体的弹性能） 5重力驱动（其他能量枯竭，油藏具有明显倾角） 达西定律（线性定律）：流量与压差呈线性关系。
微分形式：1平面单向 2平面径向适用条件：1流体为牛顿流体 2渗流速度在适当范围内 高速非线性渗流公式：1二项式 2指数式第二章 单相液体稳定渗流稳定渗流：运动要素（速度压力等）不随时间变化的渗流。
不稳定渗流：运动要素（速度压力等）随时间变化的渗流。
渗流的数学模型：用数学的语言综合表达油气渗流过程中全部力学现象与物理化学现象的内在联系和一般运动规律的方程（组）。
单相液体稳定渗流的数学模型：1连续性方程： 2运动方程： 3状态方程： 4基本微分方程：（拉普拉斯方程） 平面单向流压力分布公式和产量公式：x L p p p p B e e ⋅--= L p p Wh K q B e μ)(-= 压力消耗特点：在沿程渗流过程中，压力均匀下降。
渗流力学第一章
P=a+bH
推算开发井原始地层压力。
H
三、油藏能量
① ② ③ ④ ⑤ 边水压头:将油驱入井底并举升到一定高度. 气顶压力:气体弹性驱动. 液体及岩石的弹性能 溶解气的膨胀能 原油的重力势能 值得注意的是:在流体流向井底的过程中, 往往是各种能量同时起作用,但每种能量发挥 的大小作用不尽相同,有的处于主导地位,有的 处于从属地位.
油气层渗流力学
第 一 章 渗流的基本概念和基本规律
主要内容
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 §1.6 油气储集层及其简化 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 流体低速下的渗流规律 两相渗流规律
§1.1 油气储集层及其简化
一、油气层的概念 油气层是油气储集的场所和空间。 特点：具有统一的水动力学特点。 在一个地质构造中流体是相互制约，相互作
§1.1 油气储集层及其简化
四、油气储集层的简化 层状油气藏：地层物性在纵向上的变化比在平面上 的变化大得多；在水动力学上，流体只在平面上流 动，可忽略纵向上流体的流动和物质交换。
简化成”平面等厚模型”，即把油气藏看成等厚度
的薄板。
§1.1 油气储集层及其简化
A>3B B A<3B A 条带状薄板
二、与油藏有关的压力概念
1.原始地层压力 P ( P ) 0 i
2.供给压力 Pe
3.井底压力
Pw 井底流压
Pwf
井底静压（目前地层压力）
PR
P0 ( Pi )
PR
Pw Pwf Pe
§1.2 渗流过程中的力学分析及驱动类型
5.折算压力
将油藏内各点的压力按静水力学内部压力分布
渗流力学要点整理
第一章 渗流力学基本概念和定律1、多孔介质（porous medium ）：含有大量任意分布的彼此连通的且形状各异、大小不一的孔隙的固体介质。
2、渗流（permeability ）：流体通过多孔介质的流动，也叫渗滤。
3、油藏：具有统一压力系统的油气聚集体4、渗流力学：研究流体在多孔介质中的运动形态和规律的科学。
5、油气层是油气储集的场所和流动空间6、定压边界油藏：层体延伸到地表，有边水供给区，在边界上保持一个恒定的压头。
7、封闭边界油藏：边界为断层或尖灭 没有边水供给 渗流中的力学分析及驱动类型：力学分析：重力、惯性力、粘滞力（大小用牛顿内摩擦定律表示1mPa·s ＝lcP ）、弹性力、毛管力。
驱动类型：依靠何种能量把原油驱入井底。
弹性驱动、水压驱动、溶解气驱、气压驱动（主要靠气顶气或注入气的膨胀能或压能驱油的驱动方式。
刚性气压驱动、弹性气压驱动）、重力驱动 不同驱动方式及开采特征总结：1、能量补充充足（边、底水，气顶、注水/气）：刚性驱动：刚性气/水驱；开采特征：Pe 、 Ql 、 Qo 有稳产段。
2、能量补充不充足（无边底水气顶注水注气或有而不足）： 弹性驱动：弹性驱动、溶解气驱、弹性气/水驱；开采特征：Pe 、 Ql 、 Qo 均不断下降。
3、 凡是气驱的Rp 都有上升的过程，其它驱动方式Rp 不变。
溶解气驱、刚/弹性气驱4、 Qo 或Rp 的突然变化反映水或气的突破。
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。
井底压力Pw ：油井正常生产时，在生产井井底所测得的压力称为井底压力，也称为流动压力，简称流压。
折算压力Pr ：油藏中某点折算到某一基准面时的压力，它表示油层中各点流体所具有的总能量。
达西定律：在一定范围内△P 与Q 成直线关系，当流量不断增大，直线关系就会被破坏。
真实流速与渗流速度的关系达西定律适用条件： 液流处于低速、层流，粘滞力占主导地位，惯性主力很小，可忽略。
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
渗流的基本概念和基本规律
第一章渗流的基本概念和基本规律内容概要：油气渗流是在地下油层中进行的，因此学习渗流力学首先需了解油气储集层和多孔介质的概念；流体在地下渗流需要里的作用，故还要了解流体受到哪些力的作用、地层中有哪些能量；然后学习渗流的基本规律-达西定律；流体渗流不总是遵循达西定律，就有了非达西渗流或称非线性渗流；对于地层中有多相流体同时参与流动的情况就是两相或多相渗流了，在本章也做一简单介绍。
第一节油气储集层及渗流过程中的力学分析内容概要：油气渗流是在地下油层中进行的，因此学习渗流力学首先需了解油气储集层和多孔介质的概念；掌握他们的特点。
流体在地下渗流需要力的作用，本节应掌握流体受到哪些力的作用，其中哪些是动力、哪些是阻力；地层中有哪些能量为地层流体流入井底提供动力，理解油藏的驱动方式，了解各种驱动方式下油藏的生产特点。
课程讲解：讲解ppt教材自学：油气储集层本节导学油气渗流是在地下油层中进行的，因此学习渗流力学首先需了解油气储集层和多孔介质的概念；掌握他们的特点。
本节重点1、油气层的概念★★★★★2、油气层的分类和特点★★★3、多孔介质的概念★★★4、多孔介质的表征参数★★★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。
可分为：层状和块状 1.层状油藏往往存在于海相沉积和内陆盆地沉积中，厚度较小，分布面积大、多油层、多旋回。
水动力特点：流动只在平面进行，忽略垂向上流体的运动和物质交换。
按边界类型可分为：封闭边界油藏： 边界为断层或尖灭，没有边水供给定压边界油藏：层体延伸到地表，有边水供给区，在边界上保持一个恒定的压头。
定压边界油藏 封闭式油藏1-供给边缘;2-含油边缘；3-含气边缘 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。
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。
渗流力学油工
旳运动规律，计算流体质点旳排出时间。
2024/10/1
Vp Ap
VA
HX-CHEuNG
v
或
v u
30
§1.3 渗流旳基本规律 和渗流方式
(2)渗流阻力
Q K A P P L P
L
KA R
(3)达西定律旳微分形式
一维：v K dP dx
vx
K
P x
三维：v K gradP
vy
HX-CHENG
16
§1.2 渗流过程中旳力学分析 及驱动类型
一、渗流过程中旳力学分析
1.流体旳重力和重力势能
A
B
动 力
M
液源水头
阻
压力
力
N
重力作用示意图
g 表达重力势能旳压力：
2024/10/1
Pz
gz HX-CHENG
重率：
17
§1.2 渗流过程中旳力学分析 及驱动类型
2.流体旳质量和惯性力
流线：在某一时刻t，经过流动空间旳许多点连接起来
旳一条光滑曲线，该曲线上各点旳流速矢量与曲线相切。
单向流 平面径向流
z
v1
v2
v4
v5
v3
渗流方式
球面径向流
x
y
2024/10/1
HX-CHENG
Ao
P
nf
8 Ao
ALv
§1.3 渗流旳基本规律 和渗流方式
二、渗流力学中常用物理量旳单位（单位制）
油气层渗流力学中常用旳单位制有：国际原则单位制
（SI制)和达西混合单位制。如表所示。
达西单位旳物理意义：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厘米旳岩样，
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折算 压力
目前 地层 压力
简写
P0、 Pi
Pe Pw Pr P
例：已知一油藏中的两点，如图，h=10m,pA=9.35MPa, pB=9.5MPa,原油重率γ=0.85，问油的运移方向如何？
解：以B点所处的水平面为参考面
则： prB=pB=9.5MPa
prA=pA+γh=9.35+(0.85×103×9.8×10)/106
超毛微
粒杂 晶 纹 裂 溶 毛 细 毛 次
间基 体 理 缝 蚀 细 管 细 生
孔内 次 及 孔 孔 管 孔 管 孔
隙微 生 层 隙 隙 孔 隙 孔 隙
孔晶理
隙
隙
隙间缝
孔
隙
原喉 生道 孔
隙
孔 道
连 通 孔
死 孔 隙
隙
<0.0002 0.5~0.0002
>0.5
2.孔隙度的定义
指岩石的孔隙体积与岩石外观体积的比值,
3 达西定律的讨论
v w ①渗流速度 与真实速度
v Q A
w Q
A •
v•w
渗流流量 渗流面积 孔隙度
②达西定律的适用条件
ⅰ:流体为牛顿流体. ⅱ:渗流速度必须在适当的范围内(即当流体为层流 时). ⅲ:流体不与岩石发生任何物理化学反应. ⅳ:岩石被某一相流体饱和.
③渗流阻力
达西定律
Q P L
1-1截面总水头高度：
H1
Z1
P1
g
2-2截面总水头：
H2
Z2
P2
g
两截面水头差： 其折算压差为：
HZ1Pg 1 Z2Pg 2
Pr gH
达西分析了大量实验资料,发现土中渗透的渗流量 q 与圆筒断面积 A 及水头损失 △h 成正比,与断面 间距 l 成反比,即:
Q A L
水头
Q KiA L
（4）残余油饱和度Sor
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
② 平面径向流
③ 球形径向流
二、渗流速度和实际平均速度
实际平均速度：流体在砂层中只是在其中的孔隙通道内流
动，因此流体通过砂层截面上孔隙面积的速度平均值u反映
了该砂层截面上流体流动真实速度的平均值。
Q u
Ap 式中：Q—流量；Ap—孔隙截面面积。 渗流速度（假想速度）：设想流体通过整个岩层横截面积 （实际上流体只通过孔隙横截面积），此时的流体流动速 度称为渗流速度υ。
态，此时油层中流体所承受的压力称为“原始地层压力”。 原始地层压力获取的方法：
一般在油藏开发初期，第一批探井完井诱喷后，立即 关井测压，所测得的各井油层中部深度压力就是各井的原 始地层压力。
在油藏投入开发以后，油藏就打破了原始状态，在此时所钻的 井就不可能直接再测得原始地层压力。这些井的原始地层压力就需要 根据该井油层中部深度，在压力梯度曲线上求得。
速 ，M点流体所具有的总能量称
为总水头H 。
H Z p u2
2g
由于流体在油层中渗流时，在孔隙通道中的流动速度是很小 的（一般以微米计算，即10米/秒），所以它的平方项将更小， 可忽略不计，这样总水头可写成：
prHpZ
式中pr称为折算压力，它表示油层中各点流体所具有 的总能量，而p仅表示该点处压能的大小。
三.油藏驱动方式 驱动方式:在油藏开采过程中主要依靠哪
种能量来驱动,就称为何种驱 动方式. ①刚性水压驱动:边水或注入水.开采过
程中油藏压力不变,弹 性能忽略. ②弹性水压驱动:边水供应不足,油藏压 力变小,水区和油区的 流体及岩石弹性膨胀.
③弹性驱动:岩石及流体的弹性能为主要 的驱油动力.(封闭边界,无 气顶,无注入水)
Q弹VfCt（ PiPb）
VfC（ Pi Pb）
④溶解气驱动:主要依靠分离出的溶解气 的弹性能驱动.
⑤气压驱动:以气顶压力为主要的驱动方 式.
⑥重力驱动:依靠原油自身的重力驱动.
值得注意的是:油藏的驱动方式并不是 固定不变的,随着油田 的开发,油藏可以出现 多种驱动方式.
第四节 渗流的基本规律
Cf
பைடு நூலகம்
1 Vf
Vp P
以孔隙体积为基数
Cp
1 Vp
Vp P
以岩石骨架体积为基数
Cr
1 Vr
Vp P
（5）三者之间的关系:
C fC p1C r
2、储层综合弹性压缩系数Ct
（1）定义:油层压力每改变一个单位时，单位体
积的岩石中所排出的液量，单位： 1/MPa
Ct
1 Vf
VL P
（2）表示方法:
综合反映了油藏弹性能量的大小.Ct越 大,表明油藏的弹性能量越充足.
四、岩石的比面 1、定义:单位体积的岩石内岩石骨架的总表 面积或单位体积岩石内孔隙总面积。 单位：1cm2/cm3 = 10dm2/dm3 = 100m2/m3
粗砂岩（1～0.5mm） <950cm2/cm3
细砂岩（0.25～0.125） 950～2300cm2/cm3 粉砂岩（0.0625～0.0039） >2300cm2/cm3
Q A
渗流速度和实际平均速度
由 Vp V
Vp ApL
V AL
Ap A
得到：
Q Q u
A Ap
上式反映了流体渗流速度与实际平均速度间的关系。在 渗流力学中经常应用的是渗流速度，用它来研究油井产量 等问题，只有在研究流体质点运动规律时，才用实际平均 速度 。
三.油藏中压力的概念
① 原始地层压力pi：油藏在开发以前，整个油藏处于平衡状
常用百分数表示，记为φ
Vp Vf VV (1VV)
Vf Vf
Vf
3.孔隙度的分类
A 绝对孔隙度
指岩石的总孔隙体积与岩石外观体积的比值
a
V ap Vf
B 有效孔隙度
• 指岩石的有效孔隙体积与岩石外观体积的比
值.
e
V ep Vf
C 流动孔隙度
• 指岩石中可以流动的孔隙体积与岩石外观体
积的比值.
Vmp
m Vf
• 很显然:
aem
二、 油藏岩石的渗透率
1.油藏岩石渗透率的定义
油藏岩石允许流体通过的能力称为油藏岩石的渗透率。
单位：µm2 2．达西公式
QL
K = AP
3．达西公式应用条件 １．岩石１００％饱和并流动着单一流体； ２．流动状态为层流； ３．流体与岩石不发生物理、化学和物理化学反应。
三、储层岩石的压缩性
2、比面的三种表示:
A S
Vf
A S VP
SV
A VV
三者间的关系:
SS1S V
五、储层岩石流体饱和度
1.流体饱和度是定义: 单位孔隙体积中某相流体所占的分
数.常用百分数表示. 2.表示方法:
SoV VPo SwV Vw P SgV VPg
3.几种常见的饱和度
（1）原始含水饱和度(束缚水饱和度)Sw （2）原始含油饱和度Soi （3）当前油、气、水饱和度So 、 Sg 、 Sw
表现为 动力
⑤ 毛细管压力:
PC
2 cos r
当Pc与流体流向相同时为动力,相异
时为阻力,但实际油藏中多表现为阻力.
⑥ 边水压力:动力
二.油藏能量
① 边水压头:将油驱入井底并举升到一定高度. ② 气顶压力:气体弹性驱动. ③ 液体及岩石的弹性能 ④ 溶解气的膨胀能 ⑤ 原油的重力势能
值得注意的是:在流体流向井底的过程中, 往往是各种能量同时起作用,但每种能量发挥 的大小作用不尽相同,有的处于主导地位,有的 处于从属地位.
③ 折算压力pr :
各井的原始地层压力不相等，说明油藏各处的流体除具有压能 外，还具有其他能量。从流体力学中我们知道单位重量液体具有 的总能量有比位能、比压能、和比动能。
用点M表示某井油层中部位置， 选原始油水分界面作为基准面，
用Z表示M点的标高，p表示M点的 实测压力值，γ表示油层条件下 液体的重率，u表示M点流体的流
三 储集层的特点
① 储容性 a e f
② 渗透性 K
Ka Ke Kr
③ 压缩性 C C f C l
④ 比表面性 S
⑤ 饱和度 s
⑥孔隙结构复杂性:四通八达 杂乱无序
一、 岩石的孔隙度
1.孔隙的分类
•
孔隙
按成因分
按孔隙 按生成 按组合 按连 大小分 时间分 关系分 通性分
注：数据来自各股份公司年报（2002年度）。
渗流的基本规律—达西定律
多孔介质组成复杂，流体渗流规律复 杂。人们最初研究渗流规律是以实验为基 础的宏观研究方法。
1 达西定律
装置中的①是横截面积为 A 的直立圆筒， 其上端开口，在圆筒侧壁装有两支相距 为 l 的侧压管。筒底以上一定距离处装 一滤板②，滤板上填放颗粒均匀的砂土。 水由上端注入圆筒，多余的水从溢水管 ③溢出，使筒内的水位维持一个恒定值。 渗透过砂层的水从短水管④流入量杯⑤ 中，并以此来计算渗流量 q。
FAvL
---与岩石结构和几何特征有关的系数
ⅲ:流体自身重力在流动方向上的投影 P Z g A S L iA n g ( Z 1 Z 2 )
根据力的平衡关系有:
=9.435MPa
B
prB>prA，所以油从B流向A。
A h=10m
第三节 油藏能量及驱动方式
一.受力分析 地下流体在地层中渗流主要受到以下
几方面里的作用: ① 重力:有时为动力,有时为阻力.
•M
•M
② 惯性力:通常表现为阻力
③ 粘滞力(阻力):
F A dv dr
速度梯度
④ 弹性力: CCf Cl