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：

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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。 特点：边界无流体通过边界

2.块状油藏

主要为灰岩和白云岩类储集层

特点：面积小、厚度大、为三维流动。 纵向分区：纯油区(有滞留水)、过渡区及纯水区

二、多孔介质

多孔介质是渗流的基本条件之一，多孔介质具有以下特点： 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：

Φa —绝对孔隙度；Φ—有效孔隙度；

V —岩石视体积；V t —岩石总孔隙体积；V 0—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

V

V

v v t

a

==φφ

率只与岩石本身性质有关。

（2）有效渗透率Ko、Kw、Kg：岩石中同时有两种或以上的流体流动，则岩石对其中一相的通过能力。是饱和度的函数。

（3）相对渗透率Krw、Kro 、Krg ：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。

（2）双重介质：由孔隙和裂缝或孔隙和溶洞构成。

（3）复合(三重)介质：由孔隙、裂缝和溶洞构成。

渗流过程中的力学分析及驱动类型

本节导学

流体在地下渗流需要力的作用，因此需要了解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，这是本节应该明确的问题。

本节重点

1、流体渗流过程中的力学分析★★★★★

2、地层压力★★★★★

3、原始地层压力★★★★★

4、目前地层压力★★★★★

5、供给压力★★★★★

6、井底压力★★★★★

7、折算压力★★★★★

8、驱动类型及生产特点★

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：

P Zρ=

gz

其中，Pz—表示重力势能的压力，Pa；

ρ—流体密度，g/cm3；

z —相对位置高差，m ； g —重力加速度，m/s 2。

重力有时是动力，有时是阻力，如下图：

流体重力势能图

2．流体的质量和惯性力

流体由于具有质量，因此也具有惯性；当流体运动时，惯性使其总要维持原状，因而惯性力在渗流过程中多表现为阻力。由于渗流时渗流速度通常很小，常忽略惯性力。 3．流体的粘度及粘滞力

流体:任何切应力存在都能引起连续变形的物质

粘滞性:流体阻止任何变形的性质，表现为流体运动时受到粘滞阻力，克服粘滞阻力是渗流时主要的能量消耗，其大小用牛顿内摩擦定律表示：

A —两流层的接触面积，m 2；

dv/dy —沿流层法线方向的流速梯度，m/(s·m)；

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。 4．岩石及流体的压缩性和弹性力

物体在外力作用下要发生弹性变形,当外力去掉后，它又能恢复原来的形状和体积，这种性质叫压缩性，所具有能力的大小叫弹性能，它是石油开采的一种重要能量。

在油气开采前，油层内岩石和流体处于均衡受压状态，投产后，油气层压力下降，流体承受的上覆岩柱压力部分转嫁给油层岩石骨架，迫使岩石颗粒变形，排列更紧密，导致岩层孔隙体积减少，将压缩孔隙中的流体使之产生弹性力，驱使流体向压力较低的方向运动；同时压力降低流体体积膨胀，产生弹性力，推动流体流入井底。

岩石的压缩性常用压缩系数表示：

ΔV f ——孔隙体积的变化量；

V f ——岩石的外表体积； dv F A

dy

μ=-