不可压缩流体单向稳定渗流实验

中国石油大学渗流物理实验报告

实验日期: 2015、11、9 成绩: 班级: 石工学号: 姓名: 教师:

同组者:

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 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、渗流管半径、测压管间距等相关数据。

2、关闭出口阀控制“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、稍微打开出口阀控制“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，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，关闭供液控制阀，结束实验。 注：全部完成实验后，关闭供液阀及管道泵电源。

五、实验要求与数据处理

1、实验要求

（1）记录完整所需数据，计算三个不同流量下的测压管水柱高度和压力（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）

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。 渗透率计算公式为：

P

A L

Q K ∆=

μ （2） 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 ；

P—出口端面压力，10-1MPa；

w

μ—流体粘度，s

mPa⋅。

3、单向流实验数据与处理结果记录

实验仪器编号：单1#

表1 测压管液面基准读数记录表

表2 测压管液面读数与计算结果记录表

填砂管粗端直径= 9.0 cm ，长度= 52.3 cm ；填砂管细端直径= 4.5 cm ，长度= 50.8 cm ， 填砂管粗端截面积A1= 63.6 cm 2，填砂管细端截面积A2= 15.9 cm 2；流体粘度= 1 mPa·s ； 填砂管上部接头厚度 3.0 cm ；相邻两测压管中心间距= 12.5 cm 。

4、单向流实验数据处理和曲线绘制

（1）举例说明三个不同流量下的测压管水柱高度和压力计算过程。 第一次测量时的1号管：h=77.1+3+(9/2)-0.5=84.10cm P=ρgh=1000*9.8*0.841=8241.8Pa

第一次测量时的6号管：h=76.5+3+(4.5/2)-0.9=80.85cm P=ρgh=1000*9.8*80.85=7923.3Pa

（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。

图2 测压管压力与流动距离关系曲线

由dx

dp

K A Q v ∙

-==

μ可知，水流从粗管流入细管，dp/dx 的绝对值变大，所以斜

率增大

（3）计算地层流量和两端压差（举例说明）并列出数据计算表格；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。

第一次实验：s cm Q Q Q Q /02.23

04

.201.201.2333

21_

=++=

++=

Pa P P P 2458.79968.8241511=-=-=∆

图3 地层流量与压差关系图

（4）根据达西定律，分别计算两段地层的平均渗透率（如列表说明，需计算举例）。 粗管：

2

3

111110.67810

45.26.633.52102.2m P A L Q K μμ=⨯⨯⨯⨯=∆=

- 同理，K 2=577.8μm 2 , K 3=725.9μm 2 平均渗透率：

23

216.6603

9

.7258.5770.6783

m K K K K μ=++=

++=

细管：

2

2

222246.45710

4104.19.158.50102.2m P A L Q K μμ=⨯⨯⨯⨯=∆=

-， 同理：K 5=434.1μm 2 , K 6=420.3μm 2.

26

544.4373

3

.4201.4346.4573

m K K K K μ=++=

++=

六．实验总结

通过本次实验，对于变直径填砂管模型模拟水平均质地层中不可压缩流体单向稳定渗流过程我有了更加直观的感触，进一步加深了对于达西定律的理解，了解了达西定律的适用性以及局限性。