渗流力学考试PPT

一、绪论

●渗流力学研究对象

渗流力学是研究流体在多孔介质中运动规律的科学。

是流体力学与岩石力学、多孔介质理论、表面物理、物理化

学以及生物学交叉渗透而形成的。

自创立至今，在地下水、石油、天然气、煤层气(页岩气）、

地热、核能等资源能源开发及水利、水电、采矿、交通等工

程建设中得到广泛应用，同时在生物医学、地下水污染控制、

二氧化碳捕集与埋存、多孔介质传质传热等科技问题的研究

中得到了长足发展，而在非线性、多尺度、多物理场以及物

理化学渗流等研究领域中面临新的挑战。

渗流力学已成为众多工程、技术领域的理论基础，对科学技

术的发展起到重要作用。

●渗流力学的重要性

●渗流力学发展史

●渗流力学的研究方法与学习方法

●教材与参考书目

•多孔介质(Porous media)

由固体骨架和相互连通的孔隙、裂缝或各种类型毛细管所共同组成的材料，作为油气储集层的岩石就是一种典型的多孔介质。流体可以在其中储集，也可以在其中流动。

孔隙介质流体分布特征双重介质多重介质

1.1渗流力学定义及其研究内容

按应用范围进一步划分为：地下渗流、工程渗流、生物渗流等。

●地下渗流是指土壤、岩石和地表堆积物中流体的渗流。它包含地下流体资源开发、地球物理

渗流以及地下工程中渗流几个部分。地下流体资源包括石油、天然气、煤层气、地下水、地热、地下盐水以及二氧化碳等等。

●工程渗流是指存在于人造多孔介质或工程装置中的流体渗流，它涉及化学工业、冶金工业、

原子能工业、机械工业、建筑工业、轻工食品等多个部门。

●生物渗流是指存在于人体和动植物体内的流体渗流，它包含人体和动物体内毛细血管中的血

液流动与呼吸系统的气体运动，植物体内的水分糖分的流动等。

1.2渗流力学的重要性

渗流力学是油气田（石油、煤层气、页岩气）开发的重要理论基础（地层到井筒的流动等）

★渗流力学也是地下水开发和地下水环保领域的理论基础。

★范围日益广泛，除地下渗流外，还研究工程装置和工程材料中的渗流问题，逐步形成工程渗流力学；此外，渗流力学与医学、生物学和生理学等交叉渗透，发展出生物渗流力学（郭尚平院士）。★核废料处置、CO2地质封存、地下环境修复。

★国家重点实验室主要研究方向之一：煤矿动力灾害的地质表征与流体动力学：煤系地层流体（瓦斯、水）运移和富集规律。

渗流力学理论已经成为人类开发地下水、地热、石油、天然气、煤炭与煤层气等诸多地下资源的重要理论基础，在环境保护、地震预报、生物医疗等科学技术领域中，在防止与治理地面沉降、海水人侵，兴建大型水利水电工程、农林工程、冻土工程等工程技术中，已成为必不可少的理论。

1.3 渗流力学发展史

渗流理论是从H.-P.-G.达西1856年（在解决Dijon市城市供水工程中，发现达西定律）发表水通过均质砂层渗流的线性定律开始发展的。

起先主要用于地下水开发和水的净化等工程；1889年俄国数学家儒可夫斯基导出渗流微分方程：

从20世纪20年代起渗流力学开始在石油、天然气开采等工程中应用。这归功于压力计的发明和改进。1928年，Sclater and Stephenson ----the first recordingbottom-hole Pressure. 一年后，Pierce and Rawlins 发表了关于井底压力和无阻流量之间关系的论文。压力资料的应用，使油田开发走上真正按规划或设想开采的开发历史阶段。（渗流力学成为流体力学的一个专门、系统的学科分支）Millikan and Sidwell the first precision pressure gauge.

20世纪30年代Petro-Physics ---- Fancher, Lewis, Musket，Leverett etc.

1935年Schuilthius --- a bottom-hole sampler and a method of measuring the physical properties of the samples obtained.----fluid’s physical properties (PVT) Connate water saturation

1936 relative permeability, material balance equation

1937 Musket ---- Build-up of Bottom-hole Pressure (压力恢复)

1942 Leverett ---- 水驱油的非活塞理论.

40-50年代，弹性渗流理论和水驱油理论

Musket（美）、Leverett （美）、谢尔加乔夫（俄）、恰尔内（俄）等

1949年Van Everdingen 发表均匀介质中非稳态方程的精确解（解析解），为试井解释发展提供基础，之后C.S. Matthews, Musket,Ramey, Gringarden 等等都做了大量工作。

★1977年，四川大学的蒋继光教授发表双重介质模型的解析解。国内陈钟祥、刘慈群、葛家理等也做了大量工作。20世纪石油工业的崛起极大地推动了渗流力学的发展。

★随着相关科学技术的发展，如高性能计算机的出现，核磁共振、CT扫描成像以及其它先进试验方法用于渗流，又将渗流力学大大推进了一步。

★近年来，随着非线性力学的发展，将分叉、混沌以及分形理论用于渗流，其它诸如格气模型的建立等等，更使渗流力学的发展进入一个全新的阶段。

★新技术应用带来的新问题

水平井技术的广泛应用为渗流力学提出了新的边界条件，目前仍没有针对非稳态方程的解析解。页岩气、天然气水合物（可燃冰）等开发过程纳米级孔隙渗流，需要渗流理论的突破。

★多场耦合渗流理论

T-H-M-C（温度场-渗流场-应力场-化学场）、煤层气开发、核废料处置等、CO2地质封存、地下环境修复等热点问题中都有应用。涉及多组分多相渗流。

两年一届的全国渗流力学学术会议。2007年西安石油大学2009年武汉工业学院2001、2011年重庆大学2013年中国石油大学（华东）2015年西南石油大学，成都

中国力学学会渗流力学专业组为中国科学院郭尚平院士、中国工程院韩大匡院士、鲜学福院士、王德民院士、中科院渗流力学研究所黄延章研究员、中国石油大学（北京）葛家理教授6位渗流力学界老专家颁发了“渗流力学发展60年终身成就奖”

1.3渗流力学的研究方法与学习方法

地质模型建立——（基础：连续模型+非连续介质模型、地质模型三维重构）

•数学模型建立——（简化问题：基于物理规律--物质守恒、能量守恒、热传递等理论）

•求解数学模型并分析结果——（解决问题：解析解or 数值方法）