第七章多孔介质的渗流
渗流的基本原理和规律
渗流的基本原理和规律
四、渗流力学课的特点
• 渗流力学是研究油、气、水在油层中的运动形态和运动规律的 科学。
• 由于油层深埋在地下几千米处，看不见，摸不着，形式多样， 结构复杂，故渗流力学的研究以实验为基础，数学为手段。
渗流的基本原理和规律
一、力学分析
• 油、气、水在岩石中流动，必须要有力的作用
1.流体的重力和重力势能
流体由地球吸引受重力，和其相对位置联系起来，则表现
为重力势能，用压力表示：
Pz—表示重力势能的压力，Pa；
Pz gz
ρ—流体密度，g/cm3； z—相对位置高差，m；
g—重力加速度，m/s2。
渗流的基本原理和规律
• 油气层的概念 • 油藏类型 • 多孔介质
渗流的基本原理和规律
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。
渗流的基本原理和规律
三、驱动类型
驱动类型不同油藏的开采特征就不同，故鉴别油藏 的驱动类型对油气田开发有重要意义。几个重要的开发指 标：
地层压力：油藏地层孔隙中流体的压力，也称油藏 压力，记为Pe；
井底压力：油井正常生产时在生产井底测得的压力， 也称流压，记为Pwf；
渗流的基本原理和规律
五、本课层物理
渗流力学
油藏工程 采油工程 数值模拟 试井分析 提高采收率原理 油藏保护
渗流的基本原理和规律
六、主要参考书
基于格子玻尔兹曼方法的多孔介质渗流模拟
基于格子玻尔兹曼方法的多孔介质渗流模拟杜艳珍;舒晓;张甲【摘要】应用格子玻尔兹曼法模拟了单一孔隙尺度下的多孔介质渗流,预测了单向流动条件下的多孔介质的绝对渗透率,以及油水两相情况下的相对渗透率,并动态再现了水驱替油的过程.模拟结果表明,基于格子boltzmann模拟法计算的绝对渗透率和相对渗透率结果与实验室结果一致,水驱油模拟则反映了毛细管力占主导时,驱替前缘呈枝状突进;而粘性力占主导时,驱替前缘均匀推进.【期刊名称】《石油化工应用》【年(卷),期】2014(033)004【总页数】4页(P17-20)【关键词】格子玻尔兹曼;渗透率;流动模拟;水驱油;两相流动【作者】杜艳珍;舒晓;张甲【作者单位】中国石化中原油田采油六厂,山东菏泽274511;中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛266580;中国石化中原油田采油六厂,山东菏泽274511【正文语种】中文【中图分类】TE122当前，油气资源经济开发的复杂性和专业性不断增加。
油（气）并非一般人想象的存储于地下的巨大水池中，而存储于地下的岩石孔隙中。
尽管这些孔隙在一定程度上是相互连通的，但其中的油在流向钻井的过程中也会遇到许多阻碍。
此外由于水也位于孔隙中，因此油和水常是同时被开采出来的。
因此即使通过勘探已经确定地下油气的位置，传统的基于泵抽取的技术也只能开采很小一部分石油储量。
而当前最常见的提高采收率的方法，在中国主要是通过注水井注水来驱使油流向生产井。
但这类开发工程耗资巨大，一口钻井的花费往往高达数百万甚至数千万人民币。
而为了开发后获得收益，目的储层必须具有足够大的体积，采收率也必须保持在一定水平之上，同时还需要科学地建立油水分离系统、水处理系统和油气运输通道。
随着勘探地区越来越偏远，环境越来越复杂，油气生产基础设施花费也越来越高，油气开发生产在获得高额回报的同时也常常伴随着巨大的亏损风险。
因此进行生产之前进行经济分析可以有效地对这一风险进行评估，其中储层流动性能模拟是风险评估的重要组成部分。
渗流力学 学习指南
《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。
渗流模拟与应用分析
渗流模拟与应用分析渗流是指在多孔介质中，流体通过介质内的孔隙进行渗透、渗漏和扩散的现象。
在地质工程、环境科学、石油勘探开发等领域中，渗流模拟是一种非常重要的工具，可以帮助人们更好地了解多孔介质中的流动规律和规律，并且为相关工程的设计和优化提供参考。
渗流模拟方法尽管多孔介质的物理特性和流动规律比较复杂，但是从理论上来说，可以用一些基本的物理方程来描述渗流的过程。
常见的渗流模拟方法包括：有限元法、有限差分法、边界元法和蒙特卡洛模拟等。
其中，有限元法是一种较为常用的模拟方法。
其基本思想是将区域分成无数个节点，用线性方程组模拟节点之间的关系。
通常可以用矩阵计算方法来解决方程组，从而得到渗流场的数值结果。
此外，有限差分法也是一种比较常见的方法，它不需要事先将区域划分成节点，而是在每一个网格点上设一个方程，用近似公式来求导数，进而计算出渗流场的数值结果。
渗流模拟应用分析地下水资源勘探与管理地下水是人类生产和生活的重要资源之一，而渗流模拟可以帮助人们更好地理解地下水的分布和流动规律，并且预测地下水的变化。
基于渗流模拟理论，人们可以制定针对地下水资源管理的措施，比如设置观测井、控制地下水采补量和调节地下水流向等。
石油勘探开发石油是现代社会非常重要的产业之一，而渗流模拟在石油勘探与开发中也具有重要的意义。
通过模拟石油藏中的渗流场，人们可以了解石油的分布、运移和储量，进而实施合理的开采方案。
土木工程渗流模拟在土木工程中也非常重要。
例如，城市排水系统设计一般需要考虑雨水、污水和地下水等多种水体的流动规律。
通过渗流模拟可以帮助设计师更好地了解各种水体的流动方向和量。
再比如，在地下工程中，如建筑地基、隧道和地下室等，渗流模拟可以为工程的设计和安全评估提供科学的依据。
环境保护和污染治理渗流模拟在环境保护和污染治理中也有广泛的应用，例如，地下水污染的来源和污染的扩散过程可通过渗流模拟得到较为准确的描绘。
这对于防治地下水污染以及地下水资源保护具有重要的指导意义。
多孔介质渗流随机模型
多孔介质渗流随机模型
张东辉;金峰;施明恒;杨浩
【期刊名称】《应用科学学报》
【年(卷),期】2003(021)001
【摘要】将随机模拟方法应用于多孔介质中的物质传输过程,对不同孔隙通道联结率下的弥散规律进行了分析.模拟中发现:在渗流阈值附近,存在反常弥散和优势通道现象,纵向弥散系数也比通常欧几里德空间大得多;流体在多孔介质中的弥散受结构影响很大.
【总页数】5页(P88-92)
【作者】张东辉;金峰;施明恒;杨浩
【作者单位】东南大学动力工程系,江苏,南京,210096;中国科学院南京土壤研究所,江苏,南京,210096;中国科学院南京土壤研究所,江苏,南京,210096;东南大学动力工程系,江苏,南京,210096;中国科学院南京土壤研究所,江苏,南京,210096
【正文语种】中文
【中图分类】TK121
【相关文献】
1.随机形貌岩石节理剪切-渗流数值模拟和剪胀-渗流模型 [J], 赵延林;万文;王卫军;王敏;彭青阳
2.幂律流体在多孔介质中球向渗流的分形模型 [J], 王世芳;吴涛;苏怡
3.幂律流体在裂缝—孔隙双重多孔介质中渗流的分形模型 [J], 吴涛;李港
4.Bingham流体在低渗透多孔介质中球向渗流的分形模型 [J], 王世芳;夏坤
5.电磁场-渗流场耦合作用下离子液体多孔介质流动模型 [J], 贾虎;张瑞;黎棚武因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
水文地质学基础：渗流的基本概念
7 地下水运动规律地下水在岩石空隙中的运动，可以在饱水的岩层中或非饱水的岩层中进行。
实际生产中提出不少课题，都涉及地下水的运动规律。
地下水运动是发生在岩石或土体空隙中的。
它和地表水流不同，其主要区别是地下水的运动缓慢，运动空间既有水流又有岩土颗粒存在，运动的阻力很大，地下水流在岩土空隙中作弯弯曲曲的复杂运动，研究地下水每个质点的运动情况即不可能又没必要。
地表水流中水质点充满于整个流速场，水流是连续的。
7.1 渗流的基本概念地下水在岩石空隙（孔隙、裂隙及溶隙）中的运动称为渗流。
研究渗流具有以下几方面的应用：（1）在生产建设部门：如水利、化工、地质、采掘等部门。
（2）土建方面:如给水、排灌工程、水工建筑物、建筑施工。
（3）合理开发利用地下水资源（地下水回灌）防止水污染方面。
（4）保持路基处于干燥稳固状态并防止冻害—降低地下水水位。
（5）涉及地下水流动的集水或排水建筑物—单井、井群、集水廊道、基坑、机井、坎儿井。
7.1.1 水在土壤中的状态水在土壤中的状态可以分为汽态水，附着水，薄膜水，毛细水和重力水等类型，其中对渗流起主导作用的是重力水与毛细水。
（1）重力水（Gravitational water）：指在重力及液体动水压强作用下流动的水，是本章主要研究的对象。
重力水与毛细水的界面为潜水面，浸润面（Water table）。
（2）毛细水（capillarywater）：指的是地下水受土粒间孔隙的毛细作用上升的水分。
毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。
7.1.2 土的渗流特性透水性指土壤允许水透过的性能，用渗透系数k的大小表示其透水强弱。
土壤透水性能不随地点改变的土称为均质土（Homogeneous soil）；否则为非均质土（Heterogeneous soil）。
土壤在同一地点的各个方向的透水性能都相同（各个方向的渗透系数相同）的土为各问同性土（Isotropic soil），否则为各向异性土（Anisotropic soil）。
渗流的应用
渗流的应用渗流是指流体在多孔介质中的运动过程。
多孔介质可以是岩石、土壤、过滤材料等，流体可以是水、气体或其他液体。
渗流广泛应用于地下水资源开发、石油开采、土壤水分运动等领域。
渗流在地下水资源开发中起着重要的作用。
地下水是人类重要的淡水资源之一，通过渗流可以将地表水引入地下，形成地下水储备。
渗流过程中，流体在多孔介质中的运动受到多种因素的影响，如孔隙度、渗透率、水头差等。
通过对这些因素的研究，可以合理利用地下水资源，保证人类的生活用水需求。
渗流在石油开采中也扮演着重要的角色。
石油是世界上主要的能源之一，而石油的开采需要通过渗流的方式来进行。
在石油开采过程中，通过注入高压液体或气体，使石油在多孔介质中流动，从而提高石油的采集效率。
渗流模型的建立和优化，可以帮助工程师更好地预测石油开采的效果，减少资源的浪费。
渗流还在土壤水分运动中起着重要的作用。
土壤是植物生长的基质，土壤中的水分对植物生长起着至关重要的作用。
通过渗流的方式，水分可以在土壤中向植物根部输送，满足植物的生长需求。
同时，渗流还可以影响土壤中的养分运动，对植物的吸收起到调节作用。
因此，对土壤中的渗流过程进行研究，可以帮助农民合理灌溉，提高农作物的产量和质量。
除了上述应用领域，渗流还在环境工程、地质灾害评估等方面有着重要的应用价值。
例如，在环境工程中，通过渗流模型的建立，可以预测污染物在地下水中的传播规律，指导环境污染治理。
在地质灾害评估中，渗流模型可以帮助预测地下水位变化对地质灾害的影响，提前采取相应的防灾措施。
渗流作为一种流体在多孔介质中的运动方式，在地下水资源开发、石油开采、土壤水分运动等方面都有着广泛的应用。
通过对渗流过程的研究和模拟，可以更好地理解和利用地下水资源，提高石油开采效率，改善土壤环境，保护生态系统。
渗流的应用将进一步推动相关领域的发展和进步，为人类社会的可持续发展做出贡献。
多相流体渗流特征油藏物理课件知识介绍
实验结果应用
根据实验结果，可以指导油田开发实践，优 化开发方案，提高采收率和经济效益。
05
多相流体渗流在油藏工程中的应用
提高采收率的方法与技术
注水技术
化学驱油技术
热力采油技术
气驱技术
通过向油藏注水，增加 油藏压力，提高驱油效 率，从而提高采收率。
利用化学剂改变油水界 面张力，提高驱油效率，
从而提高采收率。
的参考依据。
优化油田开发方案
03
通过模拟实验，可以优化油田开发方案，提高油田开发效果和
经济效益。
实验设备与流程
实验设备
包括模拟装置、压力计、流量计、加热器、冷却器等。
实验流程
包括准备实验材料、建立模型、注水、注气、生产等步骤。
实验结果分析与应用
实验结果分析
通过分析实验数据，可以得出多相流体在油 藏中的流动规律、渗流特征和油藏参数等。
渗流现象及其重要性
定义
渗流是指流体在多孔介质中流动 的现象，这种流动是受孔隙介质 阻力控制的。
重要性
渗流在石油、天然气、水文学等 领域具有广泛的应用，是研究油 藏工程、地下水动力学、土壤水 文学等学科的重要基础。
多相流体渗流的研究方法
实验研究
通过实验模拟多相流体的渗流过 程，测量相关参数，如流量、压 力、持水率等，以揭示渗流规律。
通过加热油藏，降低原 油粘度，提高流动性，
从而提高采收率。
利用气体提高油藏压力， 从而提高采收率。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 油藏数值模拟与优化
01
02
03
04
建立数学模型
根据油藏地质、流体和工程数 据，建立数学模型。
数值求解
利用数值方法求解数学模型， 得到油藏动态变化规律。
流体力学中的多孔介质流动特性探究
流体力学中的多孔介质流动特性探究引言流体力学是研究流体运动规律和性质的科学，而多孔介质流动是流体力学中一个重要的研究方向。
多孔介质广泛存在于自然界和工程实践中，如岩石、土壤、过滤材料等。
多孔介质流动特性的研究对于地下水的开发利用、石油开采、地下水污染治理等方面具有重要的理论和实际意义。
本文将探究流体力学中的多孔介质流动特性，包括多孔介质的描述模型、多孔介质流动的基本方程以及多孔介质中的渗流和对流传质现象等。
多孔介质的描述模型多孔介质是由固态颗粒和孔隙组成的复杂材料，它的基本特征是具有大量的孔隙空间。
多孔介质的描述模型是研究多孔介质流动特性的基础。
常见的多孔介质描述模型有物理模型和数学模型两种。
物理模型物理模型是通过实验和观测来获得多孔介质内部结构和性质的模型。
通过对多孔介质进行切割、显微观察等实验手段，可以了解多孔介质的孔隙结构、孔隙连通性等特征。
数学模型数学模型是将多孔介质内部的物理过程用数学公式进行描述的模型。
数学模型可以根据多孔介质内部流体运动规律建立，例如应用连续介质力学理论建立多孔介质的渗流模型，应用Navier-Stokes方程建立多孔介质中的对流传质模型等。
多孔介质流动的基本方程多孔介质流动的基本方程是描述多孔介质流动行为的方程组。
多孔介质流动包括流体在固相颗粒内部的渗流和多孔介质中的对流传质两种情况，因此基本方程也分为两种类型。
渗流方程渗流方程描述的是多孔介质中流体的流动行为。
常用的多孔介质渗流方程是达西定律和Forchheimer方程。
达西定律达西定律是多孔介质中渗流速度与渗透压梯度之间的关系。
达西定律可以表示为：$$q = -k \ abla \\phi$$其中，q是流体在多孔介质中的流动速度，k是多孔介质的渗透系数，$\\phi$是多孔介质中的渗透压。
达西定律是多孔介质渗流的基本定律，描述了渗流速度与渗透压梯度的线性关系。
Forchheimer方程Forchheimer方程是考虑多孔介质中非线性流动影响的渗流方程。
第七章多孔介质的渗流
变换规律为：
K i' j' ai'i a j' j K ij
单相渗流连续性方程的张量形式为：
DD(() d)ivv00
DtDt
为可地以层略去
孔隙度
对于稳定渗流
若流体是不可压缩的
divv 0
ivi 0
vx vy vz 0 x y z
Kp g
但是对某些低渗气层可能不适用，此时可以采用综合
压缩系数：
K
K
g Cr g (Cr C g )
2 气体的稳定渗流 气体稳定渗流的基本方程如下： 运动方程
v K p
状态方程 若是理想气体，则有：
P RT
g '
K为渗透 率张量
连续性方程
D( g )
Dt
div(
g
v)
0
即：
5.5 双重介质渗流
定义
所谓的双重介质就是分别由裂缝和孔隙构成，二者 又是全空间叠合在一起且相互影响的一个统一的渗 流场。
把这种双重介质孔隙结构地层典型的化为由互相 垂直的裂缝系统和被裂缝系统所切割开的岩块组成， 这就是所谓的双重介质渗流模型。主要有Kozemi模 型、De.Swan模型和Warren-Root模型等，这样的 模型既能体现地层的双重孔隙性，也能体现其双重渗 透性。
对于不可压缩流体地渗流问题，引入运动方程即达西公式为：
v 1K u
K可以表示为：
K11 K12 K13
K K 21
K 22
K
23
K 31 K 32 K 33
在特殊情况下,渗透率张量K是实对称的,所以至少存在三个
渗流力学名词解释及重点公式
1.渗流:流体通过多孔介质的流动2.多孔介质:由毛细管或微毛细管组成的介质.3.折算压力P z :将油藏内各点的压力按静水力学内部压力分布规律折算到同一水平面上的压力,该压力即为折算压力.4.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.5.渗流速度:流体通过单位面积的体积流量6.线性渗流:流速与压力差(或压力梯度)呈线性关系的渗流.7.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。
8.透明度：在数值上与孔隙度 相等9.综合压缩系数：地层压力每产生单位压降时，单位岩石视体积中孔隙及液体的总体积变化量。
记为：Ct10.导压系数：单位时间内压力传播的地层面积，表明地层压力波 传导的速度。
单位为cm 2/s 或m 2/s 。
11.渗流场图：由一组等压线和一组流线按一定规则构成的图形。
等压线：渗流场中压力相同点的连线。
等压面：渗流场中压力相同的空间点组成的面。
(规则：各相邻两条等压线间的压差值相等；各相邻两条流线 间通过的流量相等。
)12.流度系数： 13.泄油面积：油井周围参与渗流的面积。
精确一点，指单井周围所波及的可动用油的面积范围，储层的性质,质量不同,则波及的范围不同, 因此布井开采的井距和开采方法也有所不同, 具体情况具体确定标准。
（网上查的）14．折算半径 r rw ：把实际不完善井用一产量与之相等，但半径改变的假想完善井来代替，这一假想完善井的半径称为实际不完善井的折算半径。
表皮因子与折算半径的关系： 15. 水动力学完善井：井钻穿全部油层厚度，而且井壁是裸露的，即整个井壁都有流体通过，流线在井壁附近仍符合平面径向流，这种井就称为水动力学完善井。
16．水动力学不完善井：凡是井底结构和完善井的井底结构不同,或井底附近油层性质发生变化的井，称为水动力学不完善井。
渗流
对 1-1、2-2 断面列能量方程，因为渗流流速很小，故忽略渗流流速 水头，则测压管水头就是水头损失，即
hw h1 h2
相应的水力坡度为
J
hw h1 h2 L L hw kAJ L
（1） （2） （3）
采用不同尺寸、不同类型的均质砂土，经大量实验后发现以下规律：
Q kA
Q—通过圆筒砂土的渗流量；A—圆筒过水断面面积；k—渗透系数， m/s 过水断面的平均流速
（6）
n—土壤的孔隙率；d—土壤的有效粒径，用 d10 表示；ν—水的运动粘度 经试验得到渗流运动的临界 Re 数 Rek 7 ~ 9 ，当 Re Re k 时为线 性渗流，可用达西定律。工程中常遇到的渗流问题多属于线性渗流， 也叫做层流渗流。
三 渗透系数
渗透系数 k 是反映土壤特性的一个综合性指标，受多 种因素影响，如孔隙介质的特性、液体的物理特性等。确 定 k 值有 3 中方法： 1． 经验公式估算，作粗略估算用 2． 实验室测定法，取天然的土样，利用达西实验装置 QL k 测定 k， Ah ，其中的 Q 和 hw 由试验测得 3． 现场测定法，多用于重要的大型工程，一般采用钻 孔抽水或注水方法测得流量和水头， 再根据相应公式 计算 k。
各向同性土壤— 土壤的渗流特性各个方 向相同 向不同 各向异性土壤— 土壤的渗流特性各个方
d 60 d10
严格来说，天然土壤都是各向异性，在实际处理问题时，将渗 流地区各处土壤的级配基本接近，各方向透水性能基本相同的土壤 作为各向同性土壤。本章只讨论各向同性均匀土壤的渗流问题。
二 水在土壤中的存在形式
上式中测压管水头 H z h ，h 为水深。 由达西定律，断面平均流速为
第七章 多孔介质的渗流
5.2
K为地层渗透 不可压缩流体渗流及渗透率的张量特性 率，是一个张量
对于不可压缩流体地渗流问题，引入运动方程即达西公式为： 对于不可压缩流体地渗流问题，引入运动方程即达西公式为：
1 v = − K ⋅ ∇ｐ u
K可以表示为： 可以表示为：
K 11 K = K 21 K 31 K 12 K 22 K 32 K 13 K 23 K 33
3
毛管力
多孔介质是由无数个毛细管组成，这些毛细管纵横交错， 多孔介质是由无数个毛细管组成，这些毛细管纵横交错，四 通八达，当渗流由一种流体驱替另一种流体时， 通八达，当渗流由一种流体驱替另一种流体时，在两界面上产生 压力跳跃，它的大小取决于分界面的曲度，这个压力就称为毛管 压力跳跃，它的大小取决于分界面的曲度，这个压力就称为毛管 压力。 压力。
5.4
气体渗流问题
气体比液体具有更大的压缩性。 气体比液体具有更大的压缩性。在研究气体渗流规律 可以仿照液体流体的研究方法， 时，可以仿照液体流体的研究方法，得出相似形式渗流方 但它们在物理实质则有差别。 程，但它们在物理实质则有差别。 Z：压缩因子 1 气体渗流的基本特征 （亦称偏差 因子） 因子） 状态方程和基本特性参数 真实气体的状态方程： 真实气体的状态方程：
5.5
定义
双重介质渗流
所谓的双重介质就是分别由裂缝和孔隙构成， 所谓的双重介质就是分别由裂缝和孔隙构成，二者 就是分别由裂缝和孔隙构成 又是全空间叠合在一起且相互影响的一个统一的渗 流场。 流场。
把这种双重介质孔隙结构地层典型的化为由互 相垂直的裂缝系统和被裂缝系统所切割开的岩块组成， 相垂直的裂缝系统和被裂缝系统所切割开的岩块组成， 这就是所谓的双重介质渗流模型。主要有Kozemi模型、 这就是所谓的双重介质渗流模型。主要有Kozemi模型、 双重介质渗流模型 Kozemi模型 De.Swan模型和Warren-Root模型等，这样的模型既能 De.Swan模型和Warren-Root模型等， 模型和Warren 模型等 体现地层的双重孔隙性，也能体现其双重渗透性。 体现地层的双重孔隙性，也能体现其双重渗透性。
渗流力学复习汇总
渗流⼒学复习汇总油井采出液体中⽔所占的体积百分数称为含⽔率。
在多孔介质中渗流的流体的密度、流动速度或流体压⼒不随时间变化的渗流状态称为稳定流动,⼜称为定常流动, ?p/?t =0。
0.⾮均匀介质：介质的某种性质与其在介质内部的位置不同⽽不同，这种多孔介质称为⾮均匀介质。
这种多孔介质由各种颗粒组成，介质的性质是空间坐标的函数，即介质的性质处处不同,1.渗流⼒学是研究流体在多孔介质中的运动形态和运动规律的科学。
2.多孔介质—含有⼤量任意分布的彼此连通且形状各异、⼤⼩不⼀的孔隙的固体介质。
3.渗流—流体通过多孔介质的流动。
5连续流体---把流体中的质点抽象为⼀个很⼩体积中包含着很多分⼦的集合体，质点中流体的性质与周围质点中的流体性质成连续函数关系。
6连续多孔介质----把多孔介质中的质点抽象为⼀个很⼩体积单元，该体积单元的介质性质与周围体积单元中的介质性质成连续函数关系。
7连续介质场----理想的连续多孔介质及其所包含的连续流体的整体系统。
8油、⽓、⽔之所以能在岩⽯孔隙中渗流是由于各种⼒作⽤的结果。
主要有：1. 重⼒；2. 惯性⼒3. 粘滞⼒4 . 弹性⼒5. ⽑管⼒ 9流体压⼒的表⽰式：PZ =10-3ρg z ≈0.01 γz10当渗流由⼀种流体驱替另⼀种流体时，在两相界⾯上会产⽣压⼒跳跃，它的⼤⼩取决于分界⾯的弯曲率（曲度），这个压⼒的跳跃就称为⽑管压⼒，⽤PC 表⽰。
rP C θσcos 2=11折算压⼒：假想油藏为静⽌状态，油藏内任意⼀点的实测压⼒与该点相对于选定海拔平⾯的液柱压⼒之和。
P=P0+0.01·γ·Z例:某油⽥⼀⼝位于含油区的探井,实测油层中部原始地层压⼒为9.0Mpa,油层中部海拔为-1000m ；位于含⽔区的⼀⼝探井实测油层中部原始地层压⼒为11.7Mpa 。
油层中部海拔为-1300m 。
原油密度为0.85，地层⽔密度为1，求该油⽥油⽔界⾯海拔。
12油藏的（天然）能量主要有：边⽔的压能，岩⽯和液体的弹性能，⽓顶中压缩⽓体的弹性能，原油中溶解⽓体的弹性能和原油本⾝的重⼒。
多孔介质流体力学特性与渗透性分析
多孔介质流体力学特性与渗透性分析引言多孔介质是指由一些固体颗粒或者纤维构成的空间结构，这些固体颗粒或者纤维之间存在着一些孔隙，孔隙内充满了流体。
多孔介质在许多领域中具有重要的应用，例如石油开采、土壤水文学和岩石力学等。
研究多孔介质中的流体流动特性和渗透性是理解和优化多孔介质行为的关键。
本文将首先介绍多孔介质的基本概念和性质，然后深入探讨多孔介质中的流体力学特性和渗透性分析的方法和应用。
多孔介质的基本概念和性质多孔介质是由一些固体颗粒或者纤维构成的空间结构，这些固体颗粒或者纤维之间存在着一些孔隙。
多孔介质的性质由其孔隙结构和材料特性共同决定。
根据孔隙尺寸的不同，多孔介质可以分为微孔介质和介孔介质。
微孔介质孔隙的尺寸在纳米到亚微米的范围内，而介孔介质孔隙的尺寸在亚微米到毫米的范围内。
多孔介质的流体力学特性主要包括渗透性、孔隙度、孔隙连通性和孔隙结构等。
渗透性是指单位面积的多孔介质对流体渗流的阻力。
孔隙度是指多孔介质中孔隙的体积占据整个多孔介质体积的比例。
孔隙连通性是指多孔介质中孔隙的互相连接情况。
孔隙结构是指多孔介质中孔隙的尺寸分布和形状分布。
多孔介质中的流体力学特性分析多孔介质中的流体力学特性是指流体在多孔介质中的流动行为和性质。
研究多孔介质中的流体力学特性可以帮助我们理解和预测多孔介质中的流动行为，并为各种应用提供依据。
多孔介质中的渗流模型在研究多孔介质中的渗流特性时，我们可以使用不同的渗流模型来描述多孔介质中的流动行为。
常用的渗流模型包括达西定律、碰撞流模型和Boltzmann方程模型等。
达西定律是最简单的渗流模型，它是根据实验观察到的渗流现象得出的经验公式。
达西定律认为渗流速度与渗透压之间存在线性关系。
碰撞流模型是一种微观模型，它将多孔介质看作是由许多固体颗粒组成的颗粒群。
碰撞流模型通过考虑颗粒之间的碰撞和流体与颗粒之间的相互作用，来描述多孔介质中的渗流行为。
Boltzmann方程模型是一种基于分子动力学理论的渗流模型。
渗流运动要素
渗流运动要素渗流运动是指在多孔介质中，由于压力差异引起的流体分子在孔隙中的运动。
渗流运动是地下水循环的重要组成部分，也是工程地质、水文学等领域中研究的重点之一。
它具有许多特殊的物理特性和规律，需要通过对其要素的深入了解和研究来加深对其本质的认识。
渗流运动要素主要包括：孔隙介质、渗透系数、压力差、渗流速度和流量等。
1. 孔隙介质孔隙介质是指由许多互相连接或不连通的小空间组成的介质，如土壤、岩石等。
孔隙大小和形态会影响渗透性能，一般来说，孔隙越大、越连通，渗透性越好。
2. 渗透系数渗透系数是指单位时间内单位面积上升（或下降）1个单位压力差时，在孔隙介质中通过液体或气体的体积。
它反映了岩土体内液体或气体通过能力大小，也是描述岩土体水文特征的重要参数。
渗透系数与孔隙介质的性质、孔隙度、孔径分布、孔隙连通性等因素有关。
3. 压力差压力差是指在两个不同位置上，液体或气体压强的差异。
它是驱动渗流运动的主要力量，也是控制渗流速度和方向的关键因素。
一般来说，压力差越大，渗流速度越快。
4. 渗流速度渗流速度是指单位时间内液体或气体通过岩土体某一截面的速率。
它受到压力差、孔隙介质特性和温度等因素的影响。
在水文地质学中，常用渗流速度来描述地下水运动情况。
5. 流量流量是指单位时间内通过某一截面的液体或气体总量。
它与渗透系数、压力差和孔隙介质特性有关，是描述岩土体内液体或气体运动状况最直接、最常用的参数之一。
总之，了解渗流运动要素对于深入研究地下水循环、预测地下水资源开发利用效果以及工程地质、水文学等领域的实践具有重要意义。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
o
vw
(Pw w g sin a) w 1 1 Pw Po ( ) R1 R2
K w (S w )
独立方程总数为6个共有6个待求的因变量
po , p w , vo , vw , S o 和S w
组成一个封闭方程组。
5.4
气体渗流问题
气体比液体具有更大的压缩性。在研究气体渗流规律 时，可以仿照液体流体的研究方法，得出相似形式渗流方 程，但它们在物理实质则有差别。 Z：压缩因子 1 气体渗流的基本特征 （亦称偏差 因子） 状态方程和基本特性参数 真实气体的状态方程：
pV nZRT
T为绝对 温度
R为气体 常数
气体在标准条件下的密度：
g , sc
气体的体积系数 ：
sc
Z sc RTsc
Bg
气体的压缩系数：
g , sc g
ZT p sc Z sc Tsc p
1 1 dZ C g ( p) p Z dp
气体渗透率 K为在平均压力 p 下和平均流量 Q 下测得的气体 渗透率 b为孔隙大小和 分子自由程所决 定的参数
b K K (1 ) p
K 为克氏
渗透率
气体导压系数 在气体渗流中，由于气体压缩系数大大高于岩石的 压缩系数，因此往往在非稳定气体渗流中使用气体压缩 系数代替综合压缩系数，这样气体的导压系数为：
Kp g
但是对某些低渗气层可能不适用，此时可以采用综合 压缩系数：
K K g C r g (C r C g )
其张量为： K i' j' (i’,j’=1,2,3)。 变换规律为：
K i' j' ai 'i a j ' j K ij
单相渗流连续性方程的张量形式为：
D D ( ( ) ) divv 0 0 DtDt
可以略去 为地层
孔隙度
对于稳定渗流
若流体是不可压缩的
divv 0
P ' K 1 ' K div( g v) gradP (p 2 ) 2 RT RT
D( g ) Dt ' DP 2 D ' P ( ) Dt RT 2 PRT Dt
2 气体的稳定渗流 气体稳定渗流的基本方程如下： 运动方程 K为渗透 率张量
v
K
p
状态方程 若是理想气体，则有：
RT g '
P
连续性方程
D( g ) Dt
即：
div( g v) 0 g i vi 0
D( g ) Dt
将运动方程和状态方程带入连续性方程，因为：
vx v y vz 0 x y z
i vi 0
5.3
建立数学模型
两相渗流问题
设油水两种流体同时在多孔介质中流动， 且流动服从达西定律。 对于油相的连续性方程为：
D ( o S 0 ) o divv o 0 Dt
对于水相的连续性方程为：
D ( w S w ) w divv w 0 Dt
1 1 Pw Po ( ) R1 R2
R1 , R2为毛细管液
面的主半径
小结：
D ( o S 0 ) o divv o 0 Dt D ( w S w ) w divv w 0 Dt S0 S w 1 K o (S 0 ) vo (Po o g sin a)
饱和度方程：
S0 S w 1
是流动方向与 a 在考虑毛管力和重力影响时，油相和水相的渗流速度分别为： 水平面的夹角
vo
K o (S 0 )
o
w
(Po o g sin a) (Pw w g sin a)
vw
K w (S w )
为两相界面来：
5.1
渗流过程中的力学分析及驱动类型
油、水、气能够在多孔介质（岩石）中渗流是由于各 种力的作用，主要有以下几种：
1
流体的重力 重力有时是动力有时是阻力。
2
多孔介质（岩石）的压缩性及流体的弹性力 在油气开采以前，岩石和流体都处于均衡受压状态， 当油气层投入开采之后，油气层的压力不断下降，上覆岩 层和油层内的流体压力之间形成压力差，岩石变形，岩石 孔隙体积减少，压缩孔隙中的流体驱使流体向压力较低的 方向运动。
即：
K n ,n ,n
1 2
3
K 1 0 0
0 K2 0
0 0 K3
坐标变换规律 设0 x1 , x 2 , x3 是原有已坐标系，其单位矢量为 e1 , e 2 , e 3 其张量为： K ij (i,j=1,2,3)
e1' , e 2' , e3' ox1' , x2' , x3' 是变换了的已坐标系，其单位矢量为：
1 v K u
K可以表示为：
K 11 K K 21 K 31 K 12 K 22 K 32 K 13 K 23 K 33
在特殊情况下,渗透率张量K是实对称的,所以至少存在 n1 , n 2 , n 三个相互垂直主方向 。 ，若选 n 1 , n 2 , n 3 为坐 3 标基矢量，则渗透率张量的矩阵为对角型。
渗流的驱动类型主要有：重力水压驱动、弹 性驱动、气压驱动、溶解驱动以及重力驱动。
在渗流过程中必有一种或多种驱动方式起重 要作用，其他驱动类型处于从属地位。驱动方式 在渗流过程中不是一成不变的，而是变化发展的！
5.2
K 为地层渗透 不可压缩流体渗流及渗透率的张量特性 率，是一个张量
对于不可压缩流体地渗流问题，引入运动方程即达西公式为：
3
毛管力
多孔介质是由无数个毛细管组成，这些毛细管纵横交错，四 通八达，当渗流由一种流体驱替另一种流体时，在两界面上产生 压力跳跃，它的大小取决于分界面的曲度，这个压力就称为毛管 压力。
4
流体的粘度及粘滞力
在流动的流体中，如果各种流体流速不同，将有一对作用力 和反作用力，使原来快的流层减速，而慢的加速。流体的这种属 性叫粘滞性。 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。