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1、渗流力学复习作者:日期: 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渗流：流体通过多孔介质的流动。稳定渗流：在渗流过程中，如果压力、渗流速度等运动要素不随时间变化。任一时刻，通过任一过流断面的质量流量恒定且相等。油气藏：是油气储集的场所和流动的空间。渗透性：多孔介质允许流体通过的能力。绝对渗透率：当岩石中的孔隙流体为一相时，岩石允许流体通过的能力。有效渗透率：当岩石在有两种以上流体存在时，岩石其中一相的通过能力。比表面积：单位体积岩石所有岩石颗粒的总表面积或孔隙内表面积。理想结构模型：岩石的孔隙控件看成是由一束等直径的微毛细管组成。修正理想结构模型：变截面弯曲毛细管模型。力学分
2、析：重力（动力或阻力）、惯性力（阻力）、粘滞力（阻力）、弹性力（动力）、 毛管力（动、阻力）供给压力：油藏中存在液源供给区时，在供给边缘上的压力。井底压力：油井正常工作时，在生产井井底所测得的压力。折算压力：选择一基准面，基准面上处的压力为折算压力。渗流速度：渗流量与渗流截面积之比。真实速度：渗流量与渗流截面的孔隙面积之比。线性渗流：当渗流速度较低时，属层流区域，则粘滞力占主导地位，而惯性阻力很小，可忽略，这时压差与流量呈线性关系。渗流的三种方式：单向流、平面径向流、球面向心流贾敏现象：当液滴或者气泡在直径变化的毛管中运动时，由于变形而产生的附加阻力。绝对孔隙度：岩石总孔隙体积与岩石视体积之比
3、。连续流体：把流体中的质点抽象为一个很小体积重包含着很多分子的集合体，致电中流体的性质与周围质点中的流体性质成连续函数关系。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，该体积单位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。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。压力梯度曲线：在直角坐标系中，根据最初的探井所实测到的油藏埋藏深度H和实测压力P所得的关系曲线地层压力系数：P=a+bH直线的斜率称为压力系数单相渗流：地层中只有一种流体在流动。均质液体：若液体中任意点的密度、粘度等物理参数都是常数，不随坐标发生变化。刚性水压驱动：在边水供给充足的油田，若边水作
4、用很强，液体和岩石的弹性作用可以忽略不计，则此时岩石和液体可以视为刚性介质，即是不可压缩的。等压线：在同一渗流平面内，由压力相等的点组成的线称为等压线。流线：某瞬间在流场中绘出的曲线，在曲线上所有质点的速度矢量都和该曲线相切。分流线：将两侧流线分开，液流不会穿越分流线而流动。折算半径：不完善井共同特点是渗流面积改变，因而可以近似用井径变化导致渗流面积的改变来代替，实际的不完善井化为半径较小的假象完善井。稳定试井：通过人为的改变井的工作制度，并在各个工作制度稳定的条件下测量其压力及对应产量等有关资料，以确定油井的合理工作制度。井的干扰现象：同一油层内，许多井同时工作时，其中任意一口井工作制度的改
5、变，必然会引起其他井的产量变化或井底压力发生变化。（影响因素：工作制度的改变）井间干扰的实质是（压降叠加原理）：多井同时工作时，地层中任意的压降应等于各井单独工作时在该点成压降的代数和。势的叠加原理：当渗流服从线性定律，在无线平面地层中同时存在若干源汇时，合成流体的势就等于每个源汇单独存在所引起的势代数和。拟稳定流：油井以定产量生产，当压力波传播到封闭边缘后，供给边缘压力下降速度与 井底及地层内各点的压力下降速度相等，且为常数的一种流动状态。拟稳定渗流：当井的产量不变时，地层的产量也一定。井的不完善：在实际情况下，有的井不一定钻穿全部油层厚度，且一般都采用下套管射孔完井。镜像反映法：解决井距离
6、边界很近的情况下，边界对井的影响。边界对渗流场的影响可看成以边界为镜面，在实际井的对称位置上存在着另一口虚拟的井的影响，实际井与虚拟井进行势的叠加，这是形成的渗流场和边界对井的影响形成的渗流场完全相同。汇源反映法：形成的渗流场图的右半部与供给边缘附近一口井的渗流场图完全一样，从而可用一个“异号像”的作用来代替直线供给边缘的作用。汇点反映法：将断层作为镜面，在其另一侧的对称位置上反映出一 口等强度的虚拟生产井，从而把位于断层附近的井的解归结为无穷地层等产量两汇的解。表皮系数S: S=0,为完善井。当S0渗流阻力增加，为不完善井； S0,渗流阻力下 降，产量比完善井的大，超完善井。油气渗流的数学模
7、型：用数学语言总和表达油气渗流过程中全部力学现象和物理化学现象的内在联系和运动规律的方程式。液体的压缩系数：改变单位压力时，单位体积液体的变化量。岩石的压缩系数：当压力变化 P时与孔隙度的改变量中的比值。质量守恒方程：地层中取一微小单元体，在单元体内没有源和汇的存在，包含在微元体封闭表面内的液体质量变化应等于同一时间间隔内液体的流入质量与流出质量之差。导压系数：单位时间内压力波传播的地层面积。弹性驱动方式：在油田开发初期，地层压力一般高于饱和压力，主要依靠原油及岩石的 弹性能开采。水压弹性驱动：当储集层外围具有广大的含水区时，含水区能充分地向地层内补充弹性能量。定压边界：供给边缘上的压力保持不
8、变的边界。拟稳定状态：井产量不变时，渗流阻力一定，地层内弹性能量的释放也相对稳定下来。活塞式水驱油：水驱油过程中地层含水区和含油区之间存在着一个油水分界面，这个油水分界面将垂直于液流流线向井排移动，当它到达井排处时并排就见水。非活塞式水驱油：水渗入到油区后，不可能把全部的原油替出来，即会出现一个油水两相同时混进流动的油水混合区。含水率：任一过水断面，水流量与总流量之比。“舌进”现象：当注水开发时，水同时由注入井出发向生产井流动。但由于沿 x轴的液 流速度大，水质点最先到达生产井，沿其它流线运动的水质点以后相继突入井中圆形封闭地层中心一口井生产时的拟稳态是指压力随时间变化趋于一致。油藏的驱动方式
9、包括 5_种方式，重力水压驱动、弹性驱动、气压驱动、溶解气驱动、要 力驱动。在油气层中相互连通的油气水构成一个 统一的水动力学系统。综合压缩系数的物理意义是 油层压力每降低一个大气压时， 单位体积岩石内孔隙体积的变化量及流体总的变化量。流体在地下渗流过程中，受到 流体重力、惯性力、粘滞力、岩石及流体的弹性力、毛细 管压力这几种力的作用和影响。渗流数学模型必须包括的内容有 基本微分方程 和定解条件。达西定律是渗流的基本定律，它表明渗流量和压差成正比关系,与流体的粘度 成反比关系。地层导压系数的物理意义为单位时间压力波传播的地层面积 。把油气层中流动的液体、 气体以及他们的混合物统称为 流体,把构
10、成油气层的固体结构 称为多孔介质。完整的渗流数学模型包括运动方程、质量守恒方程两部分。分流量方程的推到是在忽略了 毛细管压力和重力的情况下得到的一个简化式。镜像反映法主要用来研究供给边界与封闭边界的影响问题,反映时要求保持产量不变。等值渗流阻力法是根据 水电相似原理建立的，主要解决 多井同时工作 问题。绘制渗流场图的原则是 一组等压线、一组流线按一定规则构成图形 。平面径向渗流时，压力分布曲线是一对数曲线，此曲线绕井轴旋转所构成的曲面，表示地层各点压力值的大小，称为压降漏斗。孔隙类型：粒间孔隙、裂缝、溶洞。油气藏按圈闭形成的类型：构造油气藏、地层油气藏、岩性油气藏。构造油气藏的分类：背斜油气藏
11、、断层油气藏、刺穿接触油气藏。油气藏根据流动空间的特点：层状油藏、块状油藏。油藏的驱动类型：重力水压驱动、弹性驱动、气压驱动、溶解气驱动、重力驱动。什么是多孔介质？多孔介质有哪些主要特征？答：由固体骨架和相互连通的孔隙、 裂缝，溶洞或各种类型的毛细管体系所组成的材料。多孔介质具有孔隙性、渗透性、比表面积大及孔隙结构复杂。油气藏中的驱动能量有哪些？答：在天然条件下，油藏的驱动能量主要有： 边底水压能、油藏岩石和流体的弹性能量、原油中溶解气的析出膨胀能量、气顶气膨胀压能、流体重力能等油藏主要有哪几种多孔介质类型？它们的渗流特点是什么？答：粒间孔隙结构（单纯介质）：碎屑岩的基本孔隙结构形式，由大小和
12、形状不同的颗粒所组成，颗粒之间的间隙被充填物充填。纯裂缝结构（单纯介质）：在致密的碳酸盐岩中产生微裂缝。裂缝-孔隙结构（双重介质）：有裂缝和溶洞的双重孔隙介质。溶洞-孔隙结构（双重介质）：粒间孔隙地层中分布着大洞穴，洞穴的尺度超过毛管大小。流体在其中的流动服从渗流规律。溶洞-裂缝-孔隙结构（三重介质）：裂隙结构再加上大洞穴或大裂缝，形成粒间孔隙、微裂缝、大洞穴或大裂缝并存的混合结构。压差与流量偏离直线关系出现非线性渗流的原因是什么？答：渗流速度过高，流量过大分子效应离子效应非牛顿流体渗流时，由于非牛顿流体的流变性，产生偏离达西渗流的情况低速下有哪几种因素会造成非线性渗流？答：吸附膜：石油中的表
13、面活性物质水化膜：晶层间的分子作用力很弱，分子易于 进入气体滑脱效应：在孔道壁处没有被固体吸附的薄层和不动的气体，孔道壁处速度 不为0产生低速非达西渗流的主要机理及表达式？答：石油中常含有数量不等的表面活性物质，这些活性物质在岩石中渗流时，会与岩石 之间产生吸附作用，使岩石渗透率降低，流体渗流时必须有一个附加的压力梯度克服吸附层才能流动。其表达式为 v . P岩石渗透率的非均质性和各向异性概念？答：非均质性指表征储层特征在空间上的不均匀性，即储层多孔介质单元的性质随空间 位置不同而不同，包括储层具有的岩石的非均质性和其中流体的性质和产状非均质性。 通常把渗透率视为非均质性的集中表现。如果多孔介
14、质的连通孔道具有方向性，同一多孔介质单元在不同方向上所具有的渗透率不同，称为各向异性多相流时影响渗流规律的因素有哪些？答：毛管阻力贾敏效应产生的阻力其它附加阻力单相不可压缩流体在均质地层中稳定渗流的基本微分方程使用条件是什么？答：为单相均质液体符合线性运动规律不考虑多孔介质及液体的压缩性稳定渗流渗流过程是等温的弹性多孔介质单相微可压缩液体不稳定渗流的基本微分方程使用条件是什么？答：为单相微可压缩液体液体渗流符合线性渗流规律地层岩石和流体认为是微可压缩的弹性不稳定渗流渗流过程是等温的油水两相渗流的基本微分方程使用条件是什么？彼此不互溶、不起化学作用的油水两相同时流动不考虑毛管力和重力作用岩石和
15、流体均不可压缩渗流服从线性渗流规律渗流过程是等温的 简述数学模型的边界条件类型。答：第一类边界类型：给出势函数的边界条件第二类边界类型：待求的势函数在边界上是未知的，但在边界上的流量是已知的。第三类边界类型：待求的势函数及其导数在边界上均未知，但它们之间的关系是已知。什么是油气渗流的数学模型？ 一个完整的油气渗流数学模型应该包括什么？答：推导油、气、水三相同时渗流时的连续性方程。包括：气只溶于油中气可溶于油和水中。什么是初始条件及边界条件？答：如果条件是对所研究区域空间位置而言的，就称为边界条件。如果是不稳定渗流，边界条件必须在所有t >0时都满足。此外不稳定渗流问题还必须在研究区域的所
16、有点 上对物理过程的开始时间状况规定条件，称为初始条件。单向渗流水力学场图的特点是什么？任意两条相邻的等压线间的压差必须相等任意两条流线间的流量必须相等凡是相同的点，其压值都相同，因此等压线是与X垂直的，相互平行，等距的直线段流线是与X轴平行的直线，是间隔相等的水平线。平面径向流水动力学场图的特点是什么？答：等压线为一族与井同心的圆，由于越靠近井壁，单位长度上的压力变化越大，所 以在渗流场图中，越靠近井筒，等压线越密集平面径向渗流的流线是以井为中心的径 向线。稳定试井可解决的问题有哪些？确定合理的工作制度确定油井的生产能力判断增产措施的效果反求地层参数油井不稳定试井的分析方法。答：开井压力降落
17、法：油井以某一固定产量生产时井底压力随时间降落的资料进行分 析关井压力恢复法：油井关井后井底压力岁时间不断恢复的实测资料进行分析。 不稳定试井可以解决的问题。答：确定井底附近或两井之间的地层参数，如导压系数、流动系数推算目前的地层 压力判断油井完善程度及估算油井增产措施的效果发现油层中可能存在的各类边界（断层、油水界面）估算泄油区的原油储集 影响非活塞式水驱油的因素有哪些？影响机理是什么？改善效果应采取怎样的措施？ 答：毛管力的影响：在水驱油时，由于岩石润湿性的影响，会产生毛细管效应重率 差的影响：一般情况下水比油重，当水和油相遇时，在重率差的作用下会形成上油下水 的油水两相共存区粘度差的影响
18、：由于油和水的粘度差别一般很大，流动过程中在外来压差的作用下，大孔道断面大、阻力小，水必然优先进入大孔道，同时由于水的粘度 远比油小，故使得大孔道的阻力越来越大，在大孔道中的水窜就会越来越快，从而形成 严重的指进现象。采取措施：改善水驱效果的主要措施是通过一定措施改变岩石的润湿性和缩小油水粘度 差，来达到提高水驱油效果。简述稳定试井和不稳定试井的区别与联系。答：稳定试井是通过人为地改变油井的工作制度，在稳定情况下，测量出各个工作制度 下的压力及产量等资料，以便弄清油井的生产能力，确定油井的合理工作制度以及反求 地层的有关参数。不稳定试井方法是在生产过程中研究储层静态和动态的一种方法，它是利用油
19、井某一产量进行生产测得的井底压力随时间变化的资料来反求各种地层参数。二者的联系是通过测得的资料来反求各种地层参数。油井的不完善类型有哪几种？通常描述不完善性的方法有哪几种？并说明它们对产量 的影响。答：打开程度不完善、打开性质不完善、双重不完善。描述不完善的方法：折算半径法、 附加阻力法及完善指数法。不完善油井的渗流面积发生改变，井底附近的流线发生弯曲 或密集，导致渗流阻力改变，导致最终所计算的产量不符合实际产量。镜像反映法在复杂边界油藏中应用的基本原则是什么？答：不渗透边界是“同号”等产量反映两汇，反映后不渗透边界保持分流线；供给边界 是“异号”等产量反映。如何确定一维水驱油在油井在见水前两
20、相区平均含水饱和度以及前缘含水饱和度？答：作fw和Sw的图，从Swr作fw的切线交于一点 A,从A作横轴的垂线。交横轴于一 点，该店即为前缘含水饱和度值。知道前缘含水饱和度值后，由 xf-xo的公式，知道两 相区内的饱和度分布后，就可以进一步确定平均饱和度。简述井间干扰现象及势的叠加原理。答：在油层中当许多井同时工作时，其中任意一口井工作制度的改变，如新井投产；事 故停产或更换油嘴等，必然会引起其他井的产量或井底压力发生变化。建立线性渗流基本规律的理论意义？怎样确定适用范围？答：其理论意义在于通过将有限尺寸模型的试验关系抽象成无线尺度流体运动关系式， 可用于研究连续介质中流体运动时的压力和质量
21、分布特征，而成为多孔介质中流体运动的基本规律。其适用范围为连续介质高速非达西的机理？其渗流速度表达式？no答：指数式：v C p二项式：p Av Bv2流动阻力由粘滞阻力和惯性阻力两部分组成。渗流速递较低时：粘滞阻力占主导，惯性 力很小可忽略，压差与流量成线性关系，为线性渗流，达西定律适用；当渗流速度增加时：惯性阻力不断增加，压差与流量逐渐偏离直线关系， 为非线性渗流, 达西定律不适用为何气体渗流大多呈现非达西渗流状态？答：气体渗流时由于气体滑脱和分子冲撞、吸附作用与毛管凝析引起气体渗流异常的情况，称为分子效应。分子效应是造成气体渗流呈现非达西状态的原因为何井底附近可能呈现非达西渗流状态？答：
22、井底附近由于渗流截面积小，导致渗流速度大，根据卡佳霍夫公式可知其雷诺数较大，可能出现非达西渗流状态势叠加原理？平面点源、点汇势的表达式？答：当渗流服从线性渗流时，若干油水井同时工作时，合成流动的势等于每个单井单独 存在所引起的势的代数和，称为势的叠加原理。平面点源、点汇的势公式为：&inr c；-lnr C22如何理解生产井间“死油区”？为何同一油层中等产量两汇生产时采收率不高？答：等强度两汇同时生产时，液体速度为零的点出现在两井连线中点，该点称为死油点,死油点附近形成“死油区”；“死油区”的形成导致等产量两汇时采收率不高主流线概念、怎样理解“舌进”现象？答：等产量一源一汇时，x轴的渗
23、流速度最大，称为主流线；注入流体沿主流线出现突 进的现象称为“舌进”。一般水的粘度比油小，所以水先占据通道的阻力越来越小，降低了其他区域的效果，导致采收率达不到100%什么叫稳定试井？步骤是什么？有何作用？答：稳定试井是试井的一种方法，是通过人为改变井的工作制度，并在各个工作制度稳定的条件下测量其压力及对应产量等有关资料，以确定井的生产能力和合理工作制度及反求地层有关参数（如地层渗透率等）的方法。稳定试井的步骤：在稳定条件下测得产量和压力；改变工作制度，待稳定后同样测得产量和压力；重复改变工作制度测试三到五个值，绘制指示曲线。稳定试井的作用：确定合理工作制度；确定油井生产能力；判断增产措施效果
24、；反求地层参数等水电相似和等值渗流阻力的概念？答： 水电相似原理的概念：由于稳定渗流基本产量式与欧姆定律形式一致，因此可以把渗流过程用电路图来表示， 显然电学中电路原理也可以应用于建立渗流过程中的流量（电流）、压差（电压）和渗流阻力（电阻）之间的关系，称为水电相似原理。 等值渗流阻力的概念：利用水电相似原理，以电路图来描绘渗流场，按照电学原理和电路定律来求解更复杂的多口井渗流的计算公式，这种方法就称为等值渗流阻力法12 / 10两断层相交成120o角，在角分线上有一口生产井，如图 4所示。地层与油井参数均同上题一样。求此井的日产量。h=10m,s,解：已知：rw=0.1m, pe=10x 10
25、6Pa, K=0.5 x 10-12m2, T =0.85 , =9X 10-3Pa - B=1.15, re=10000m, pwf=7.5 x 106Pad=100m,由势的叠加原理可得生产井出的势为：qAmr wf c 1n rw 2 TT北 ln2d* ln2d若供给边界与各井的距离均为re,则供给边界处的势e为:wf因为所以井的产量为:代入数据得2 :Kh pe q ln%ln2冗re%lnre C 23qh ,reln z2 冗 4d2rwqqh12 :Kh pepwf3re4d 2rw折算成地面的产量qmlnp wf-3re4d2rw_122 3.14 0.5 101010 7.
26、531000039 10 ln 24 1000.1堂 0.453310 m0.45 10 3 0.85 1030.33kg s 28.74t d1.15根据镜像反映法，在两条断层的对称位置处反映出与生产井性质相同的井，则日产量为28.74 t/d。两断层相交成直角，其中有一口生产井，如图5所示。写出此井产量计算公式。(1)(2)解：根据镜像反映法，在两条断层的对称位置处反映出与生产井性质相同的井，由势的叠加原则可得生产井的势值为：2；lnrw 段1n 2a *1n 2b 枭" a2 b2 C若供给边界与各井的距离均为 re,则供给边界处的势e为:叫nreqhinreC2冗 2冗 2冗 2冗则因为e wfqhln 2冗qh4re228ab a b rw q h所以井的产量为:2 Kh pe pwf4inre228abab rw