岩石的渗透系数与渗透率区别与联系
地下水动力学(第一章 渗流理论基础-2-专)
∂2H ∂2ψ ∂2H ∂2ψ −K = ; −K =− 2 ∂x∂y ∂y2 ∂y∂x ∂x
二、流网及其性质
流网：在渗流场内，取一组流线和一组等势线 组成的网格。 流网的性质： 流网的性质： 1. 在各向同性介质中，流线与等势线处处垂直， 故流网为正交网格。 证明：等水头线和流线的梯度为：
gradH = ∇H = ∂H ∂H i+ j ∂x ∂y
一般地下水流都为Darcy流。 思考题
§1—3 岩层透水特征分类和渗透系数张量 一、岩层透水特征分类 据岩层透水性随空间坐标的变化情况，将岩层 分为均质的和非均质的两类。 均质岩层：在渗流场中，所有点都具有相同的 渗透系数。 非均质岩层：在渗流场中，不同点具有不同的 渗透系数。 非均质岩层有两种类型：一类透水性是渐变的， 另一类透水性是突变的。 均质、非均质:指 与空间坐标的关系 与空间坐标的关系， 均质、非均质 指K与空间坐标的关系，即不同位 是否相同； 置K是否相同； 是否相同
K1M1 + K2M2 M1 + M2 Kp − Kv = − M1 M2 M1 + M2 + K1 K2 M1M2 = >0 (K1M1 + K2M2 )(M1 + M2 )
(K1 − K2 )
2
储油(气)岩石的相(有效)渗透率与相对渗透率(相渗)
§3 相对渗透率曲线的影响因素
在一定条件下相对渗透率曲线是饱和度的函数.而且还是岩石孔隙结构、流体性质、 流体润湿性、流体饱和顺序、准数或毛细管准数以及温度等因素的函数.
一、岩石孔隙结构
由于流体饱和度受控 于岩石的孔隙结构,因此岩 石孔隙的大小、几何形态 及其组合特征就直接影响 岩石的相对渗透率曲线.
〔2〕流体中表面活性物质的影响：
在孔隙介质中共同渗流的油、水相态,根据巴巴良的研究可能有三种：油为 分散相,水为分散介质；油是分散介质,水是分散相；油、水为乳化状态.这三种 状态在渗流过程中互相转化.
油为分散相 水为分散介质
油是分散介质 水是分散相
油、水为乳化状态
分散体系的渗流与许多物理化学因素有关,而这些物理化学因素与油 水中的极性化合物的多少有关,与油水中的表面活性物质及其含量有关, 因为这些物质的多少使油水界面张力、流体在岩石表面上的吸附作用发 生变化.当渗流条件一定时,使油从分散介质转变为分散相是由油滴聚合 和油滴在固体表面上粘附时间所决定的.
水为分散介质、油为分散相和水为分散相、油为分散介质的油水相对 渗透率曲线.对比二曲线可知,分散介质的渗透能力大于分散相.
分散介质 分散相
分散介质 分散相
当由于表面活性物质的作用使油水处于乳化状态时〔即两种液体 互相分散,都处于分散状态时〕,无论是水包油型还是油包水型,两相渗 透率都急剧下降.
对于高粘度原油,这种乳化状况更容易出现.因此在稠油的开采中 需要对原油进行破乳,其目的就是为了提高流体的相对渗透率.
因此在实用中只需有油-水两相、油-气两相的相对渗透 率曲线就够用了.
但当油层中出现油、气、水三相共存时,这三相是否都参 与流动,,则必须用三相的相对渗透率与饱和度关系曲线图 来判断.
第三章岩土体的渗透性
§3.2 岩土体的渗透性
三、岩体的渗透性
岩体的渗透性是一个复杂的问题，根据目前的研究， 岩体的渗流大体可划分为准均匀介质渗流、裂隙性介 质渗流和岩溶性介质渗流三种。 （1）准均匀介质渗流：属于这一类型的有全、强风化 带及弱风化带的中上部的多孔隙砂岩。在该渗流场 中，达西定律基本上适用； （2）裂隙性介质渗流：裂隙性介质渗流是岩体渗流的 基本形式，水的渗流主要受裂隙的类型、裂隙的大小、 裂隙的产状及裂隙充填情况所控制；
0 滤网 贮水器 hw L 土样 a b
Δh h1 h2
0
渗透力j：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力
v = k⋅i
A
Av n= A
A > Av Av Q＝VA ＝ VsAv
v v < vs = n
§3.2 岩土体的渗透性
达西定律的适用范围
适用条件
层流（线性流） ——大部分砂土，粉土；疏松的粘土及 砂性较重的粘性土
v vcr o
两种特例
粗粒土： ①砾石类土中的渗流不符合达西定律 ②砂土中渗透速度 vcr=0.3-0.5cm/s 粘性土： 致密的粘土 i>i0, v=k(i - i0 )
v = ki m (m < 1)
i
v
o i0
i
§3.2 岩土体的渗透性
渗透系数的测定方法
• 常水头试验法 室内试验方法 • 变水头试验法 • 井孔抽水试验 • 井孔注水试验
野外试验方法
§3.2 岩土体的渗透性
室内试验方法-常水头试验法
试验条件: Δh，A，L=const 量测变量: 体积V，t V=Qt=vAt v=ki i=Δh/L
i
x k1 k2 k3 z H1 H2 H3 H
地下水动力学习题1-1
高等学校教材地质出版社第一章渗流理论基础习题1-1一、填空题：1.地下水动力学是研究地下水_________、_________和_________中运动规律的科学，通常把____________称为多孔介质，而其中的岩石颗粒称为_________；多孔介质的特点是________、________、________和________。
2.地下水在多孔介质中存在的主要形式有_________、_________、_________和_________，而地下水动力学主要研究的_________的运动规律。
3.在多孔介质中，不连续的或一端封闭的孔隙对地下水运动来说是_________，但对贮存水来说却是________。
4.假想水流的_________、_________、_________以及_________都与真实水流相同，假想水流充满_________。
5.地下水过水断面包括_________和_________所占据的面积；渗透速度是_________上的平均速度，而实际流速是_________的平均速度。
6.在渗流中，水头一般是指_________，不同数值的等水头面（线）永远_________。
7.在渗流场中，把大小等于_________方向沿着_________的法线，并指向水头_________方向的矢量，称为水力坡度；水力坡度在空间直角坐标系中的三个分量分别为_________、_________和_________。
8.渗流运动要素包括_________、_________、_________和_________等等。
9.根据地下水速度_________与_________的关系，将地下水运动分为一维、二维和三维运动。
二、判断题：10.地下水在多孔介质中运动，因此可以说多孔介质就是含水层。
（）11.地下水运动时的有效孔隙度等于排水（贮水）时的有效孔隙度。
（）12.对含水层来说其压缩性主要表现在空隙和水的压缩上。
工程地质手册 渗透系数
工程地质手册渗透系数
渗透系数是一个衡量岩石或土壤渗透性能的指标，它表示单位面积上的液体（通常指水）通过岩石或土壤媒介在单位时间内的渗透量。
在工程地质中，渗透系数是评价岩石或土壤渗透性质的重要参数之一。
渗透系数的单位通常为米/秒（m/s），也可以使用其他单位，
如毫米/小时（mm/h）、厘米/小时（cm/h）等。
渗透系数的大小直接影响水流通过岩石或土壤的速度和能力。
渗透系数越大，岩石或土壤的渗透性越好，水流通过的速度越快；反之，渗透系数越小，渗透性越差，水流通过的速度越慢。
在工程地质实践中，通过进行渗透性试验，可以获得不同岩石或土壤样品的渗透系数数据，从而评价其渗透性能和水力性质，为工程设计和地质灾害防治提供依据。
第三章 岩石密度、孔隙度和渗透率
第三章岩石密度、孔隙度和渗透率3.1岩石的密度密度是岩石的一种固有性质。
岩石密度是决定重力场的一个基本物理参数。
密度又对岩石的其它许多物性有着重要影响，如弹性波速度、岩石强度、导电性和孔隙度等。
岩石密度是重力法勘探和地震勘探中一个主要参数。
在地壳中由于所经历的地质作用不同，所形成的岩石，其密度也具有相应变化。
因此岩石密度不但是地球物理学研究的基本参数，也是研究地质问题的很重要信息。
3.1.1密度的有关定义有关岩石密度的术语和定义，由于测试方法的不同，在不同的文献中的表述有所不同，所定义密度概念不一样。
有一些密度定义在测量时容易实现，而且也能表示岩石密度特征。
常见的概念如下：1）真密度岩石的质量/（岩石体积-孔隙度体积），即单位体积岩石的质量，体积中不包含任何孔隙体积。
其量纲为g/cm3,T/m3。
2）真比重岩石的质量/（同体积蒸馏水的质量），即岩石质量与同等体积水质量的比值，岩石体积中不包含任何孔隙体积。
3）视密度岩石在空气中的重量/（岩石体积-孔隙体积），即单位体积岩石的重量，体积中不包含任何孔隙体积。
其量纲为g/cm3,T/m3。
4）视比重岩石在空气中的重量/同体积蒸馏水的重量（空气中干重-浸在水中的重量），即岩石重量与同等体积水重量的比值，岩石体积中不包含任何孔隙体积。
5）体密度岩石在空气中的重量/（包括全部空隙在内的体积），即单位体积岩石的重量，此时的单位体积中包含各种孔隙的体积。
6）体比重岩石在空气中重量/同体积水的重量（饱和重量-浸在水中重量），即岩石重量与同等体积水重量的比值，岩石此时的体积中包含各种孔隙的体积。
7）粒密度对于粒状结构的岩石，可用粒密度来定义，即单位体积颗粒的质量，颗粒的总质量/颗粒的总体积，如下式表示：∑==ni ii v1ρρ8）堆密度对于松散堆积物可用堆密度来定义，即岩石（或矿物）颗粒自然堆积后单位体积的质量。
3.1.2岩石密度的主要影响因素1）岩石中矿物成分岩石中矿物种类及含量是影响岩石密度的重要因素。
渗透率——精选推荐
渗透率有压⼒差时岩⽯允许液体及⽓体通过的性质称为岩⽯的渗透性，渗透率是岩⽯渗透性的数量表⽰。
它表征了油⽓通过地层岩⽯流向井底的能⼒，单位是平⽅⽶(或平⽅微⽶)。
绝对渗透率绝对或物理渗透率是指当只有任何⼀相(⽓体或单⼀液体)在岩⽯孔隙中流动⽽与岩⽯没有物理�化学作⽤时所求得的渗透率。
通常则以⽓体渗透率为代表，⼜简称渗透率相(有效)渗透率与相对渗透率多相流体共存和流动于地层中时，其中某⼀相流体在岩⽯中的通过能⼒的⼤⼩，就称为该相流体的相渗透率或有效渗透率。
某⼀相流体的相对渗透率是指该相流体的有效渗透率与绝对渗透率的⽐值。
地层压⼒及原始地层压⼒油、⽓层本⾝及其中的油、⽓、⽔都承受⼀定的压⼒，称为地层压⼒。
地层压⼒可分三种：原始地层压⼒，⽬前地层压⼒和油、⽓层静压⼒。
油⽥未投⼊开发之前，整个油层处于均衡受压状态，没有流动发⽣。
在油⽥开发初期，第⼀⼝或第⼀批油井完井，放喷之后，关井测压。
此时所测得的压⼒就是原始地层压⼒。
地层压⼒系数地层的压⼒系数等于从地⾯算起，地层深度每增加10⽶时压⼒的增量。
低压异常及⾼压异常⼀般来说，油层埋藏愈深压⼒越⼤，⼤多数油藏的压⼒系数在0.7-1.2之间，⼩于0.7者为低压异常，⼤于1.2者为⾼压异常。
油井酸化处理酸化的⽬的是使酸液⼤体沿油井径向渗⼊地层，从⽽在酸液的作⽤下扩⼤孔隙空间，溶解空间内的颗粒堵塞物，消除井筒附近使地层渗透率降低的不良影响，达到增产效果。
压裂酸化在⾜以压开地层形成裂缝或张开地层原有裂缝的压⼒下对地层挤酸的酸处理⼯艺称为压裂酸化。
压裂酸化主要⽤于堵塞范围较深或者低渗透区的油⽓井。
压裂所谓压裂就是利⽤⽔⼒作⽤，使油层形成裂缝的⼀种⽅法，⼜称油层⽔⼒压裂。
油层压裂⼯艺过程是⽤压裂车，把⾼压⼤排量具有⼀定粘度的液体挤⼊油层，当把油层压出许多裂缝后，加⼊⽀撑剂(如⽯英砂等)充填进裂缝，提⾼油层的渗透能⼒，以增加注⽔量(注⽔井)或产油量(油井)。
常⽤的压裂液有⽔基压裂液、油基压裂液、乳状压裂液、泡沫压裂液及酸基压裂液5种基本类型。
岩石的渗透系数与渗透率区别与联系
某些岩石的渗透系数值2 渗透率2.1渗透率的定义渗透率:压力差为1pa 时,动力黏滞系数为lpa.s 的渗流液体，渗流通过面积为12m 长度为1m 的多孔介质，体积流量为13m 时，多孔介质的渗透率定义为12m 。
实际中采用2m μ为实用单位。
定义式为=10QL k A p μ∆，其中，各参量与以上的参量相同 2.2渗透率的物理意义及影响因素渗透率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。
2.3渗透率的评价渗透率的评价级别平方微米（2m μ） 评价 1>1.0 渗透性极好 20.1—1.0 渗透性好 30.01—0.1 渗透性一般 4 0.001—0.1 渗透性差5 测定步骤5．1 试件描述试件干燥前，核对岩石名称和岩样编号，对试件颜色、颗粒、层理、节理、裂隙、风化程度、含水状态以及加工过程中出现的问题等进行描述，并填入附录B。
5．2 测量试件尺寸对试件描述后，应核对编号，并测量尺寸。
在其高度方向的中部两个相互垂直的方向上测量直径，在过端面中心的两个相互垂直的方向上测量高度，将其平均值以及试件编号和试件轴线与层理方向的关系(⊥，//)，填入附录B。
5．3 压力选择5．3．1 入口端渗透气体压力视试件致密程度进行调节，一般为0．06～0．09MPa。
5．3．2 围压一般为0．4～0．5MPa。
5．4 皂膜流量计选择视试件渗透率的大小选用不同直径的皂膜流量计。
预计渗透率大的可选较大直径的皂膜流量计。
5．5 测定系统检验每次测定前用直径25mm、高径比1：1的实心钢柱代替试件，按图1装入试件夹持器，检验测定系统，测定系统如图2。
开动空气压缩机，顺序加围压和渗透压力至选定值，保持5min不漏气，确认系统完好。
图1 试件夹持器示意图1—上端盖；2、7—压片；3—橡胶套；4—夹持器外壳；5—试件(或钢柱)；6—下端盖；8—钢柱图2 渗透率测定系统示意图3 渗透系数与渗透率的区别与联系渗透系数和渗透率是两个完全不同的概念。
岩石渗透率资料课件
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环境地质评价与工程中的应用
地质灾害防治 岩石渗透率的资料可以帮助评估地质灾害的风险和可能性， 如滑坡、泥石流等，从而为防治地质灾害提供科学依据。
岩土工程设计 在岩土工程设计中，岩石渗透率的资料可以帮助设计者了 解土壤的力学性质和地下水的流动规律，从而更好地设计 工程的方案。
环境保护 岩石渗透率的资料可以帮助评估地下水对环境污染的影响， 如污染物迁移、地下水污染等问题的研究，从而为环境保 护提供科学依据。
06
岩石渗透率资料获取与处理方法
岩石渗透率资料获取方法
实验室测量
通过专门的渗透试验设备，模拟地下条件，测定 岩石的渗透率。
现场测试
利用钻孔或地下水位观测井，通过水位降深或压 力降等方法测定岩石的渗透率。
间接方法
利用地球物理勘探方法，如电阻率法、声波测井 等，推断岩石的渗透率。
资料处理与解释流程
渗透率对开发效果的影响
渗透率对油气藏的开发效果有重要影响，主要体 现在以下几个方面
渗透率影响开发成本。低渗透率的油气藏开发成 本高，而高渗透率的油气藏则具有较低的开发成本。
渗透率影响采油速度和采收率。低渗透率的油气 藏采油速度慢，采收率低，而高渗透率的油气藏 则具有较高的采油速度和采收率。
渗透率影响环境保护。低渗透率的油气藏开采难 度大，采油速度慢，对地层破坏较小，有利于环 境保护，而高渗透率的油气藏则具有较大的地层 破坏和环境污染风险。
Hagen-Poiseuille模型
该模型考虑慢 的渗透率的计算。
03
岩石渗透率的分类与特点
低渗透性岩石
定义
低渗透性岩石是指渗透能力较弱 的岩石，其渗透率通常小于10^-
7 m^2。
岩体渗透系数
岩体渗透系数岩体渗透系数常见的不同岩土体的渗透系数归纳如下（参考《地下水水文学原理》余钟波、黄勇著），通常如果一种材料的渗透系数小于10-9m/s 时，可以认为具有很低的渗透性，如黏土、泥岩等。
松散岩体：渗透系数（m/s）：砾石3×10-4 ~3×10-2粗砂9×10-7 ~6×10-3中砂9×10-7 ~5×*10-4细砂2×10-7 ~2×10-4粉砂1×10-9 ~2×10-5漂积土1×10-12 ~2×10-6黏土1×10-11 ~ 4.7×10-9沉积岩：渗透系数：礁灰岩1×10-6 ~2×10-2石灰岩1×10-9 ~6×10-6砂岩3×10-10 ~6×10-6粉砂岩1×10-11 ~ 1.4×10-8岩盐1×10-12 ~1×10-10硬石膏4×10-13 ~2×10-8页岩1×10-13 ~2×10-9结晶岩：渗透系数（m/s）：渗透性玄武岩4×10-7 ~2×10-2玄武岩2×10-11 ~ 4.2×10-7花岗岩3.3×10-6 ~ 5.2×10-5辉长岩5.5×10-7 ~ 3.8×10-6裂隙化火山变质岩8×10-9 ~3×10-4岩体渗透率渗透系数和渗透率之间的关系：渗透系数={（密度*g）/动力粘度}*渗透率=（g/运动粘度）*渗透率参见：《地下水动力学》第14页 --薛禹群。
渗透率
渗透率有压力差时岩石允许液体及气体通过的性质称为岩石的渗透性，渗透率是岩石渗透性的数量表示。
它表征了油气通过地层岩石流向井底的能力，单位是平方米(或平方微米)。
绝对渗透率绝对或物理渗透率是指当只有任何一相(气体或单一液体)在岩石孔隙中流动而与岩石没有物理�化学作用时所求得的渗透率。
通常则以气体渗透率为代表，又简称渗透率.相(有效)渗透率与相对渗透率多相流体共存和流动于地层中时，其中某一相流体在岩石中的通过能力的大小，就称为该相流体的相渗透率或有效渗透率。
某一相流体的相对渗透率是指该相流体的有效渗透率与绝对渗透率的比值。
地层压力及原始地层压力油、气层本身及其中的油、气、水都承受一定的压力，称为地层压力。
地层压力可分三种：原始地层压力，目前地层压力和油、气层静压力。
油田未投入开发之前，整个油层处于均衡受压状态，没有流动发生。
在油田开发初期，第一口或第一批油井完井，放喷之后，关井测压。
此时所测得的压力就是原始地层压力。
地层压力系数地层的压力系数等于从地面算起，地层深度每增加10米时压力的增量。
低压异常及高压异常一般来说，油层埋藏愈深压力越大，大多数油藏的压力系数在0.7-1.2之间，小于0.7者为低压异常，大于1.2者为高压异常。
油井酸化处理酸化的目的是使酸液大体沿油井径向渗入地层，从而在酸液的作用下扩大孔隙空间，溶解空间内的颗粒堵塞物，消除井筒附近使地层渗透率降低的不良影响，达到增产效果。
压裂酸化在足以压开地层形成裂缝或张开地层原有裂缝的压力下对地层挤酸的酸处理工艺称为压裂酸化。
压裂酸化主要用于堵塞范围较深或者低渗透区的油气井。
压裂所谓压裂就是利用水力作用，使油层形成裂缝的一种方法，又称油层水力压裂。
油层压裂工艺过程是用压裂车，把高压大排量具有一定粘度的液体挤入油层，当把油层压出许多裂缝后，加入支撑剂(如石英砂等)充填进裂缝，提高油层的渗透能力，以增加注水量(注水井)或产油量(油井)。
第三章(渗透率)
L
式中，当△Pr，L无限小时，可写成：
v Q K d Pr
A dL
上式即为达西公式的微分形式，公式前面的负号代表压力 增加的方向与渗流距离增加的方向相反。即在渗流方向上， dPr/dL应该是负值。 由于Pr=P＋ρgZ 代入上式得：
v K d（P gZ）
dL
这是达西微分方程的一般表达式
在砂柱中，顶底分别用渗 透性铁丝网封住，紧靠砂柱顶 底分别与测压管相连接，当水 流通过砂柱时，水在测压管内 分别上升到相对于任一基准面 以上h1和h2的高度，
实验中发现，无论砂柱中 砂层类型如何改变，流量总是 与测压管水柱高差、及砂柱横 截面积成正比，而与砂柱的长 度成反比。
Q kAh1 h2 kAh
渗透率又可分为：绝对渗透率、相渗透率与相对渗透率。
本章着重讨论绝对渗透率，相渗透率与相对渗透率将在第三篇中介绍。
岩石中只有一种流体通过时，岩石允许该流体通过的 能力称为单相渗透率。
绝对渗透率是指当岩石中只有一种流体通过，且流体 不与岩石发生任何物理和化学反应时，岩石允许该流体通 过的能力。
绝对渗透率是岩石本身具有的固有性质， 它只与岩石的孔隙结构有关，与通过岩石的流 体性质无关。
L
L
KA（ P1 gZ1）（P2 gZ2）
L
KA（ P1 P2） g（Z1 Z 2）
L
达西定律的 一般表达式
Z1 h1 h2
Z2
当ΔZ=0时，即流体为水平流动时
Q K A（P1 P2）
L
变换上式，得：
K QL
AP
K—即为岩石的渗透率（cm2）
当流体性质不变情况下，岩石渗透率仅仅是与多孔介质（岩石性 质）有关的参数。
2010-10 第二章(3)岩石渗透性
∑K h
i =1 n i
n
i
∑h
i =1
i
纵向非均质储层平面线性渗流 纵向非均质储层平面线性渗流 平均渗透率计算公式
（2）平面径向渗流 地层厚度、流体流量、 若地层厚度、流体流量、 流体性质等与平面线性流 相同,驱动压差为 驱动压差为P 相同 驱动压差为 e-Pw, Re、 Rw分别为供给边缘半径和 井筒半径。 井筒半径。
构造特征
层理和纹理的发育程度,沉积旋回、韵律等。 层理和纹理的发育程度 沉积旋回、韵律等。 沉积旋回
●层理的方向性、递变性等构造 导致砂岩渗透率的方向性。 层理的方向性、递变性等构造,导致砂岩渗透率的方向性 导致砂岩渗透率的方向性。
渗透率方向性是指岩石渗透率在水平方向上和垂 渗透率方向性是指岩石渗透率在水平方向上和垂 直方向上的差异。 直方向上的差异。
渗透率随上覆压力增加而降低
◆胶结作用
胶结物质的沉淀和胶结作用
岩石的孔隙通道变小 喉道变细 孔隙曲折性增加 孔隙内表面粗糙度增大
岩石渗透率显著降低
◆溶蚀作用
溶蚀作用
岩石孔隙度增大 次生孔隙通道规则性差 孔喉比增加 孔道曲折性增加 孔隙内表面粗糙度增加 溶蚀对岩石渗透率的影响不太显著 一般使其变大
3、构造(地应力)作用对渗透率的影响 构造(地应力)作用对渗透率的影响
纵向非均质储层 横向非均质储层
1.纵向非均质储层 1.纵向非均质储层
（1）平面线性渗流
设有三个渗透率不等的地
流体作平面线性渗流,求 层,流体作平面线性渗流 求 流体作平面线性渗流 地层平均渗透率。 地层平均渗透率。
由模型知： 由模型知：
h=h1+h2+h3 地层总厚为各层厚之和： 地层总厚为各层厚之和： 地层流体总量为各层流量之和： 地层流体总量为各层流量之和： Q=Q1+Q2+Q3 各层渗透率分别为K 各层渗透率分别为 1,K2,K3； ； 地层驱动压差为P 地层驱动压差为 1-P2； 地层宽度为b 地层宽度为 ； 地层长度为L 地层长度为 ；
地下水动力学习题及答案修建版2
第一章 渗流理论基础一、解释术语渗透：重力地下水在岩石孔隙中的作用稳定流 ：渗流要素不随时间的变化而变化。
非稳定流：渗流要素随时间的变化而变化。
弹性释水理论：含水层骨架压密和水的膨胀释放出来的地下水的现象为弹性释水现象，反之为含水层的贮水现象。
重力给水度：在潜水含水层中，当水位下降一个单位时，从单位水平面积的含水层贮体中，由于重力疏干而释放地下水的体积。
1. 渗透速度：又称渗透速度、比流量，是渗流在过水断面上的平均流速。
它不代表任何真实水流的速度，只是一种假想速度。
记为v ，单位m/d 。
2. 实际速度：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_u 。
3. 水力坡度：在渗流场中，大小等于梯度值，方向沿着等水头面的法线，并指向水头降低方向的矢量。
4. 贮水系数：又称释水系数或储水系数，指面积为一个单位、厚度为含水层全厚度M 的含水层柱体中，当水头改变一个单位时弹性释放或贮存的水量，无量纲。
m* = ms M 。
5. 贮水率：指当水头下降（或上升）一个单位时，由于含水层内骨架的压缩（或膨胀）和水的膨胀（或压缩）而从单位体积含水层柱体中弹性释放（或贮存）的水量，量纲1/L 。
ms = rg (a+nb)。
6. 渗透系数：也称水力传导系数，是表征岩层透水性的参数，影响渗透系数大小的主要是岩石的性质以及渗透液体的物理性质，记为K 。
是水力坡度等于1时的渗透速度。
单位：m/d 或cm/s 。
7. 渗透率：表征岩层渗透性能的参数；渗透率只取决于岩石的性质，而与液体的性质无关，记为k 。
单位为cm2或D 。
8. 尺度效应：渗透系数与试验范围有关，随着试验范围的增大而增大的现象，K=K(x)。
9. 导水系数：是描述含水层出水能力的参数；水力坡度等于1时，通过整个含水层厚度上的单宽流量；亦即含水层的渗透系数与含水层厚度之积，T=KM 。
岩石透水性
透水机理
岩体的透水性主要取决于结构面的透水性，受原生结构面、构造结构面以及次生结构面发育规律的控制。
(1)原生结构面。如层面或层理裂隙等，是在岩石形成过程中产生的。在构造变动微弱的地台区，层面或层 理裂隙对岩石透水性起着决定性作用。
(2)构造结构面。如构造裂隙，是岩石受构造应力作用而产生的裂隙。其特点是延伸远，成组分布，是水对 碳酸盐岩作用的主要通道。其方向、性质及密度，在很大程度上决定于该区的褶皱与断裂错动的关系，以及岩层 的产状等。在背斜顶部张裂隙带(常常宽而深)、向斜轴部下方张裂隙带，以及大型断裂带与交汇部位，岩石破碎， 或裂隙密集分布，岩石透水性均较好，是岩溶强烈发育地区。
岩溶透水层组类型与岩溶含水层组类型基本对应，一般情况下强岩溶含水层组即为强岩溶透水层组，弱岩溶 含水层组即为弱岩溶透水层组。但其差别在于某些岩溶含水层组的透水性具有方向性，即垂直与平行岩层层面方 向的透水性能不同，甚至相差悬殊。通常建于水平状岩溶层组的水库很有可能发生渗漏，而且难于治理，而建于 岩溶层组倾角陡倾的横向谷水库发生渗漏的可能性相对较小。
可溶岩夹非可溶岩、可溶岩与非可溶岩互层、非可溶岩夹可不起隔水层的作用情况下，可单独构成强、中等、弱岩溶含水层组，其类型需视非可溶岩 的连续性与百分含量，以及可溶岩的可溶性强弱来确定。如可溶岩为强可溶岩，非可溶岩不连续、厚度百分含量 小于5%，可定为强岩溶含水层。
岩石透水性
岩土力学术语
目录
01 介绍
03 透水性分类
02 透水机理 04 渗透系数
岩石的透水性是指土或岩石允许水透过本身的能力。透水性的强弱取决于土或岩石中孔隙和裂隙的大小，透 水性的强弱以渗透系数来表示。在透水性强的岩层中钻进，易发生渗透漏失或涌水。
介绍
岩石的孔隙性和渗透性
四、孔隙结构
孔隙（pore）：岩石颗粒包围着的较大空间。 喉道（throat）：连通较大孔隙空间之间的狭窄连通部分。 孔隙结构（pore pattern）： 孔隙和喉道的几何形状、大小、 分布及其相互连通关系 孔隙控制储层储存流体的能力 喉道控制储层渗滤流体的能力
绝对渗透率只与岩石本身的性质有关，与流体的性质无关。 相渗透率、有效渗透率
当多相流体并存时，岩石对其中某一相流体的渗透率， 称为岩石对该相流体的相渗透率，也称为有效渗透率
三、岩石的渗透性
相对渗透率： 有效渗透率与绝对 渗透率的比值。相 对渗透率无单位
（据Levorsen，1967）
①多相流体相对渗透率之和小于1 ②相对渗透率的大小与流体饱和度（saturation）有关
具有孔隙性和渗渗透性控制岩层内油气流动的能力
储集物性
一、储集层和盖层的概念
盖层：覆盖在储集层之上， 能够阻止油气向上运动的细粒、致密的岩层
二、岩石的孔隙性
1. 孔隙
广义孔隙：岩石中未被固体物质充填的空间：包括狭义的 孔隙、裂缝、洞穴
狭义孔隙：沉积物中颗粒间、颗粒内和充填物内的空隙
二、岩石的孔隙性
二、岩石的孔隙性
孔隙按其直径的大小可以划分为：
①超毛细管孔隙：孔隙直径>0.5mm，裂缝宽度>0.25mm 流体可在其中自由流动
②毛细管孔隙：孔隙:0.5-0.0002mm，裂缝宽度:0.250.0001mm；具有毛细管力的影响，流体必须在一定的压差下 才能流动
③微毛细管孔隙：孔隙直径<0.0002mm，裂缝<0.0001mm 在通常压力下流体不能在其中流动
渗透率和渗透系数换算公式
渗透率和渗透系数换算公式
渗透系数计算公式是κ=kρg/η，式中k为孔隙介质的渗透率，它只与固体骨架的性质有关，κ为渗透系数；η为动力粘滞性系数；ρ为流体密度；g为重力加速度。
渗透系数又称水力传导系数。
在各向同性介质中，它定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙骨架的难易程度，在各向异性介质中，渗透系数以张量形式表示。
渗透系数愈大，岩石透水性愈强。
强透水的粗砂砾石层渗透系数>10米/昼夜；弱透水的亚砂土渗透系数为1～0.01米/昼夜；不透水的粘土渗透系数<0.001米/昼夜。
据此可见土壤渗透系数决定于土壤质地。
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某些岩石的渗透系数值
2 渗透率
2.1渗透率的定义
渗透率:压力差为1pa 时,动力黏滞系数为lpa.s 的渗流液体，渗流通过面积为12m 长度为1m 的多孔介质，体积流量为13m 时，多孔介质的渗透率定义为12
m 。
实际中采用2m μ为实用单位。
定义式为=10QL k A p μ∆，其中，各参量与以上的参量相同 2.2渗透率的物理意义及影响因素
渗透率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。
2.3渗透率的评价
渗透率的评价
级别
平方微米（2m μ） 评价 1
>1.0 渗透性极好 2
0.1—1.0 渗透性好 3
0.01—0.1 渗透性一般 4 0.001—0.1 渗透性差
5 测定步骤
5．1 试件描述
试件干燥前，核对岩石名称和岩样编号，对试件颜色、颗粒、层理、节理、裂隙、风化程度、含水状态以及加工过程中出现的问题等进行描述，并填入附录B。
5．2 测量试件尺寸
对试件描述后，应核对编号，并测量尺寸。
在其高度方向的中部两个相互垂直的方向上测量直径，在过端面中心的两个相互垂直的方向上测量高度，将其平均值以及试件编号和试件轴线与层理方向的关系(⊥，//)，填入附录B。
5．3 压力选择
5．3．1 入口端渗透气体压力
视试件致密程度进行调节，一般为0．06～0．09MPa。
5．3．2 围压
一般为0．4～0．5MPa。
5．4 皂膜流量计选择
视试件渗透率的大小选用不同直径的皂膜流量计。
预计渗透率大的可选较大直径的皂膜流量计。
5．5 测定系统检验
每次测定前用直径25mm、高径比1：1的实心钢柱代替试件，按图1装入试件夹持器，检验测定系统，测定系统如图2。
开动空气压缩机，顺序加围压和渗透压力至选定值，保持5min不漏气，确认系统完好。
图1 试件夹持器示意图
1—上端盖；2、7—压片；3—橡胶套；4—夹持器外壳；5—试件(或钢柱)；6—下端盖；8—钢柱
图2 渗透率测定系统示意图
3 渗透系数与渗透率的区别与联系
渗透系数和渗透率是两个完全不同的概念。
渗透率是岩土体的固有渗透性，与流体性质无关；它只与颗粒或孔隙的形状、大小及其排列方式有关，单位是平方米，实用单位为平方微米。
渗透系数的影响因素有两项，一项为岩土体的渗透率；另一项为流体的性质，即流体的密度和粘滞性等。