长江大学渗流力学课件 第一章

H
20122012-4-17 HX-CHENG HX25
§1.2 渗流过程中的力学分析 及驱动类型
三、驱动类型（驱动方式） 驱动类型（驱动方式）
驱动方式是指在石油开采过程中油藏依靠哪一种能量为主 来驱油。 来驱油。 1.重力水压驱动 1.重力水压驱动 可分为： 可分为：刚性水压驱动和弹性水压驱动 。 2.弹性驱动 2.弹性驱动 3.气压驱动 3.气压驱动 4.溶解气驱 4.溶解气驱 5.重力驱 5.重力驱 驱动方式不是一成不变的， 驱动方式不是一成不变的，随驱油能量来源的变化而变化
重率： 重率：
HX-CHENG HX-
γ =ρ g
17
§1.2 渗流过程中的力学分析 及驱动类型
2.流体的质量和惯性力 2.流体的质量和惯性力
ρ=M V
表现为阻力。 表现为阻力。
3.流体的粘度和粘滞力 3.流体的粘度和粘滞力
v=0
y
v=v ax m
d v F=µ A d y
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A>3B 条带状薄板 B
A<3B A 平面等厚模型
(x， (x，y)
圆形薄板
厚度模型
(x， (x，y，z)
半球状模型
§1.1 油气储集层及其简化
三、油气层的孔隙结构模型和参数模型
1.油气层的孔隙结构模型 1.油气层的孔隙结构模型 非层理结构 粒间孔隙结构 三 单纯介质 种 介 质 六 种 结 溶洞孔隙结构 构 三重介质 三重混合结构
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
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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
HX-CHENG HX2
§1.1 油气储集层及其简化
A
解：以B点所在平面为基准面 点所在平面为基准面 ， 则：
Pr =95 M a .5 P B
Pr =P +ρ h g A A =93 +8 0× .8 1 × 0 6 . 5 5 9 ×0 1− =94 3M a . 3( P)
B h=10 m
Pr <Pr A B
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点向A点 故，流向为由B点向 点。 流向为由 点向
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k(x y z) =c , ,
k(x y z) ≠c , ,
各向同性
k =ky =k x z
各向异性 kx ≠ky ≠kz
HX-CHENG HX15
§1.1 油气储集层及其简化
等值参数模型：即平均值参数模型。 等值参数模型：即平均值参数模型。用算术平均或加权 的平均渗透率。 平均的方法来确定油藏 的平均渗透率。现在多用概率统计的 方法确定。 方法确定。 等价参数模型： 等价参数模型：就是利用实物与模型等价的方法来确定 地层渗透率。 地层渗透率。如粒间孔隙结构采用等直径毛管束的理想结构模 型求得渗透率值。 型求得渗透率值。
A
实际上是平均真实速度， ★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。 的运动规律，计算流体质点的排出时间。 v V A p p u= 或 v= u φ φ= ≈ 20122012-4-17 HX-CHENG HX30 φ V A
§1.3 渗流的基本规律 和渗流方式
一、油气储集层 油气层是油气储集的场所和空间。 油气层是油气储集的场所和空间。储集层限制流 体运动的范围，也影响着流体运动的形态，同时还决 体运动的范围，也影响着流体运动的形态， 定流动边界形状。所以， 定流动边界形状。所以，油气储集层是流体渗流的重 要外部条件。 要外部条件。
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灰岩及其不均质性 灰岩及其不均质性
limestone and its heterogeneous
§1.1 油气储集层及其简化
二、油气储集层的简化
层状油气藏 油气储集层分类 块状油气藏 层状油气藏： 层状油气藏：地层物性在纵向上的变化比在平面上的变 化大得多的油藏。简化成”平面等厚模型” 化大得多的油藏。简化成”平面等厚模型”，即把油气藏看 成等厚度的薄板。 成等厚度的薄板。 块状油气藏：油层厚度相当大的油藏。简化成“ 块状油气藏：油层厚度相当大的油藏。简化成“厚度模 ”，有时也将这种模型看成“半球状模型”。 “半球状模型” 型2012-4-17 有时也将这种模型看成CHENG 2012HXHX9
x
31
§1.3 渗流的基本规律 和渗流方式
(4)达西定律的力学分析 (4)达西定律的力学分析
z 作用圆柱体液体上的压力为： 作用圆柱体液体上的压力为：
L
∆ L
(P−P)⋅φ A 1 2
流体沿 L方向以渗流时的摩 方向以渗流时的摩 擦力 为：
P 1
P 2
P z
P µ
z 2
∆ z
P =α A L µv µ
1 L
P 1 ρ g
1
●实验装置
2 c b
z 1
P 2 ρ g
2
●实验过程 ●实验结果
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z 2
d
达西实验装置图
HX-CHENG HX28
∆ H Q∝A L
∆ H Q=KA i L
γ K∝ i µ
γ K =K i µ
∆ K γH Q= A µ L
P P 1 ∆ (1 γ H=γ[ z + )−(z2 + 2 ) ρ g ρ g =P −Pr 1 r 2 =∆ r P
20122012-4-17 HX-CHENG HX11
微层理结构 纯裂缝结构 裂缝孔隙结构 双重介质
简化 简化
假想结构模型
理想结构模型
粒间孔隙结构
简化
纯裂缝结构模型
纯裂缝结构
裂缝孔隙结构模型
裂缝孔隙结构
溶洞孔隙结构模型
溶洞孔隙结构
§1.1 油气储集层及其简化
2.油气层的参数模型 2.油气层的参数模型 油气藏中岩石和流体的物性参数是随机变化的难以用连 续函数来描述其分布。 续函数来描述其分布。 如地层的渗透率具有均质和非均质性、 如地层的渗透率具有均质和非均质性、 向同各性和各向 异性。 异性。 均质 非均质
流体本身重力在流动方向上 的分力为： 的分力为：
2012- z 2012-4-17
2012。 2012-4-17 HX-CHENG HX26
§1.2 渗流过程中的力学分析 及驱动类型
A B C
重力水压驱动
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弹Biblioteka Baidu驱动
气压驱动
溶解气驱
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HX-CHENG HX-
§1.3 渗流的基本规律 和渗流方式
一、达西定律
1.达西实验及其结果 1.达西实验及其结果
a
●实验目的
P K ∆r Q= A µ L
实验装置水平放置 岩层水平
达西定律 达西线性渗流定律 达西公式
K ∆ P Q= A µ L
§1.3 渗流的基本规律 和渗流方式
2.达西定律的讨论 2.达西定律的讨论
v (1)渗流速度 (1)渗流速度 v与真实速度 u A Q K∆ P p v= = A µ L L Q u= x A p 为假想速度， ★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。 带来了很大的方便，可利用连续函数理论研究渗流问题。
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HX-CHENG HX-
23
§1.2 渗流过程中的力学分析 及驱动类型
油藏中两点A 高差10 10米 例1-1 油藏中两点A、B，高差10米，压力分别为 P A =9.35Mpa， B =9.55Mpa，地层原油密度0.85 0.85， =9.35Mpa， P =9.55Mpa，地层原油密度0.85，试判断地层 中流体的流向？ 中流体的流向？
20122012-4-17 HX-CHENG HX16
§1.2 渗流过程中的力学分析 及驱动类型
一、渗流过程中的力学分析
1.流体的重力和重力势能 1.流体的重力和重力势能 B A
动 力
阻 力
液源水头 压力
M 重力作用示意图
20122012-4-17
N
表示重力势能的压力： 表示重力势能的压力： P =ρ z g z
§1.2 渗流过程中的力学分析 及驱动类型
P r
基准面选取： 基准面选取：通常取原始油水界面 为基准面。 为基准面。 优点：在渗流规律研究中， 优点：在渗流规律研究中，直接使 用折算压力， 用折算压力，就不必考虑油层深度的影 简化了理论推导和计算公式。 响，简化了理论推导和计算公式。 特性： 特性：在静止流体内部各点的折算 压力相等。 压力相等。
20122012-4-17 HX-CHENG HX20
§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 0 i ) 1.原始地层压力 P(P 2.边界压力 e 2.边界压力 P
3.地层静压（目前地层压力） R 3.地层静压（目前地层压力） 地层静压 P 4.井底压力 w 4.井底压力 P 及井底流压 Pf w
阻力
HX-CHENG HX18
§1.2 渗流过程中的力学分析 及驱动类型
4.岩石及流体的压缩性和弹性力 4.岩石及流体的压缩性和弹性力 岩石和流体压缩性的大小用压缩系数表示。 岩石和流体压缩性的大小用压缩系数表示。
V 1∆f 岩石压缩系数： 岩石压缩系数： f = C V ∆ P f
V 1∆L 流体压缩系数： 流体压缩系数： L =− C V ∆ P L 对气体： V= R 对气体： P n T P Z R V= n T P f
HX-CHENG HX24
§1.2 渗流过程中的力学分析 及驱动类型
6.压力梯度曲线 6.压力梯度曲线 在直角坐标中， 在直角坐标中，根据最初的探井所实测到的油藏埋藏深度 H
P
和实测压力P所得的关系曲线，称为压力梯度曲线。 和实测压力P所得的关系曲线，称为压力梯度曲线。 P=a+bH 推算开发井原始地层压力。 推算开发井原始地层压力。
(2)渗流阻力 (2)渗流阻力
K ∆ µ ∆ L P P Q= A =∆ P = µ L K A R
v
(3)达西定律的微分形式 (3)达西定律的微分形式 Kd P 一维： 一维： v=− K∂ P µd x v =− x µ∂ x K∂ P K v v =− rd 三维： 三维：v =− g a P y µ µ∂ y K∂ P v =− z µ∂ z 20122012-4-17 HX-CHENG HX-
HX-CHENG HX-
3
§1.1 油气储集层及其简化
气顶 边水 底水
气 油
油气分界面 含气边缘 油水分界面 含油外、 含油外、 内缘 计算含油边缘 开敞式油藏 定压边界 供给边界
水
封闭式油藏 封闭边界
油层外部形状及简化示意图
20122012-4-17 HX-CHENG HX4
联络测线380地震剖面 地震剖面 联络测线
CCFY（Parm） CCFY（Parm）反演技术
CCFY波阻抗反演剖面 CCFY波阻抗反演剖面
高精度三维反演— 高精度三维反演—HARI
波阻抗栅状图
陕北中生界低孔渗储层预测
泥岩变薄 mud.becomes thinner. becomes
波 阻 抗 剖 面
砂岩及其不均质性 sandstone and its heterogeneous
P
σ
开采前
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P
' P
σ
P =σ+P f
σ'
开采后
' P =σ' +P f
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HX-CHENG HX-
§1.2 渗流过程中的力学分析 及驱动类型
5.毛管力 5.毛管力
水 油 水 油
2r
阻力
动力
油水接触面为形状简单的弯曲面： c =σ 1 + 1) 油水接触面为形状简单的弯曲面： P ( ' R R 单根毛管，油水接触面为球面： c σ o θ 单根毛管，油水接触面为球面： P =2 c s /r 单根毛管，油水接触面为柱面： c 单根毛管，油水接触面为柱面： P =σ/r
而油藏中流体不流动? 而油藏中流体不流动?
z A z x m
总水头用压力的形式表示为： 总水头用压力的形式表示为：
P =ρ H=P +ρ z g g r m
称为折算压力，表示油层中各点液体具有的总能量。 称为折算压力，表示油层中各点液体具有的总能量。 P r
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P(P 0 i)
P R
20122012-4-17
P Pf w w P e
HX-CHENG HX21
§1.2 渗流过程中的力学分析 及驱动类型
5.折算压力 5.折算压力 M点液体总水头： 点液体总水头： 点液体总水头
P v H=z+ m + ρ 2 g g P ≈z+ m ρ g
2
P 投产前， 投产前， A >P m