渗流力学有关概念要点.pdf

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1、渗流力学有关概念 2.3.1 渗流力学 指专门研究流体通过各种多孔介质渗流时的运动形态和运 动规律的科学。 它是现代流体力学的一个重要分支，是油藏工程、 油藏数值模拟的理论基础。 2.3.2 不可压缩流体 刚性流体 ) 又称为刚性流体，是指随着压力的变化，体积不发生弹性变 形的流体。 2.3.3 可压缩流体 (弹性流体 ) 又称弹性流体，是指随压力的变化，体积发生弹性膨胀或收 缩的流体。 2 . 3 . 4 体相流体 指分布在多孔介质孔道的中轴部分，其性质不受界面影响的 流体。 2.3.5 边界流体 指分布在孔道壁上形成一个边界层，其性质受界面影响的流 体。 2.3.6 地下流体流场 指地下流

2、体与岩石相互作用所占据的、并能在其中流动的场 所或空间。 2.3.7 变形介质 当地层中的液体压力降低时，岩石发生变形而使孔隙空间减 小，渗透率降低， 这种孔隙空间发生变形的多孔介质称为变形介 质。 2.3.8 可变渗透率地层 变形多孔介质的渗透率不是常数，而是压力的函数，具有这 种性质的油、气层称为可变渗透率地层。 2.3.9 多孔介质 以固相介质为骨架，含有大量互相交错又互相分散的微小孔 隙或微毛细管孔隙的介质叫多孔介质。油气储层就是多孔介质的 一种。 2.3.10 双重孔隙介质 裂缝孔隙介质 又称裂缝孔隙介质，是指由孔隙介质和裂缝介质两个水动力 学系统构成，两个系统按一定规律进行流体交换

3、。 2.3.11 渗流与地下渗流 流体在多孔介质中的流动称为渗流。流体在地层中流动叫做 地下渗流。 2.3.12 单相渗流 指在多孔介质中只有一种流体以一种状态参与流动。如在地 层压力高于饱和压力条件下，油藏中的原油流动， 气藏中的气体 流动等。 2.3.13 两相渗流与多相渗流 指在多孔介质中有两种流体同时参与流动叫两相渗流，如油 层中的油、 水两相流动。 同时有两种以上互不混溶的流体参与流 动叫多相渗流，如油层中的油、气、水三相流动。 2.3.14 多组分渗流 指含有多种组分的烃质和非烃质混合的流体在多孔介质中 的流动。 2.3.15 并行渗流 指两种不混溶流体沿同一方向流动。 2.3.1

4、6 交互渗流 两种不混溶流体以相反方向流动。 2.3.17 稳定渗流 (定常流动、稳态流动) 稳定渗流又称定常流动或稳态流动，是指流体在多孔介质中 渗流时，密度和速度等物理量仅与空间有关，而不随时间变化。 一般只有在单相流体渗流时，才会发生稳定渗流。 2.3.18 不稳定渗流 (非定常流动、非稳态流动) 又称非定常流动或非稳态流动，是指流体在多孔介质中渗流 时，各物理量不仅与空间有关，而且随时间变化。 2.3.19 拟稳定渗流 准稳定潘流、半稳定渗流 油藏中各点的压力随时间呈线性降低，即以一固定下降速度 降低，通常把这种流动称为拟稳定渗流，亦称半稳定渗流或准稳 定渗流。 2.3.20 线性渗流

5、与非线性渗流 流体在多孔介质中渗流时，流体的渗流速度与压差呈线性关 系，这种渗流叫线性渗流。当渗流速度增大到一定程度后，渗流 速度和压力梯度之间不再呈线性关系的渗流叫非线性渗流。 2.3.21 气体渗流 在多孔介质中只有气体一相参与流动。 2.3.22 气体滑渗 指气体在多孔介质渗流时，在固体孔壁上的速度，不为零， 存在一个 “滑移 “速度。当气体分子的平均自由行程与孔隙大小的 数量级大致相当时，“滑移“对气体渗流有明显影响。 2.3.23 气体表面渗流 指易在孔隙表面吸附的气体在孔隙表面上的流动。这种渗流 影响多孔介质渗透率的测定，用易吸附气体测定出的渗透率比非 吸附气体或液体测定出的渗透率

6、要高。 2.3.24 渗滤 (蠕流 ) 均质流体在多孔介质中，在毛细管力或位势作用下缓慢的流 动称渗滤。 2.3.25 点源与点汇 在渗流场中，向四周发散流线的点叫点源，如在油(气)田上 的注人井 图 2 . 2 5C a ) 从四周汇集流线的点叫点汇，如在油、气田上的生产井 图 2 . 2 5C b ) 2.3.26 径向流 流体在平面上从四周向中心井点汇集或从中心井点向四周 发散的流动方式称为径向流(图 2 . 2 6 ) 。 2.3.27 单向流 直线流 流线为彼此平行的直线，并且垂直于流动方向的每一个截面 上各点渗流速度相等的渗流方式叫单向流，又称直线流(图 2 . 2 7 )。 2.

7、3.28 球形径向流 (球形流 )? 对块状底水油藏的厚油(气)层，油 (气)井仅钻开油 (气)层顶 部，流线呈直线向中心点汇集，其渗流面积呈半球形，这种渗流 方式叫做球形径向流，简称球形流(图 2 . 2 8 ) 。 2.3.29 二维渗流与三维渗流 在多孔介质中流动的流体所有质点的运动轨迹及物理量都 与空间两个坐标 (x?y ) 有关的渗流叫二维渗流，常称平面渗流;与 空间三个坐标 (x? y. z )有关的渗流叫三维渗流，也就是立体空间 的渗流。球面径向流就是一种三维流动。 2.3.30 二维二相渗流 如果在一个地层单元中，两相流体同时流动，并且是二维流 动，这种渗流称为二维二相渗流。溶

8、解气驱油藏中的油、气向油 井的渗流就是一种二维二相渗流。 2.3.31 三维三相渗流 如果在一个地层单元中，三相流体同时流动，并且是三维流 动，这种渗流称为三维三相流动。 2.3.32 这西定律、达西渗流、非这西渗流 达西定律是渗流力学的基本定律。它表示流体通过多孔介质 单位截面积时， 其渗流速度与沿渗流方向上的压力梯度成正比关 系。表达式为 流体在多孔介质中的流动符合达西定律称达西渗流;不符合 达西定律的渗流称为非达西渗流。油气在孔隙性储层中的渗流就 是一种达西渗流， 油气在裂缝性储层中的渗流就是一种非达西渗 流。 2.3.33 渗流速度 指流体流量 Q 与多孔介质横截面积A i 之比，表示

9、通过单位 面积的流量。其公式为: 流体在多孔介质中流动的渗流速度不是流体质点的真实速 度，因为流体运动时并非通过全部面积，而是只通过多孔介质中 孔隙面积， 故真实速度应等于总流量除以孔隙面积。因为介质面 积大于孔隙面积，所以渗流速度比真实速度小。 2.3.34 流体的流度 流体在多孔介质中流动，有效渗透率 ( K )与其黏度 ( )的比 值叫流体的流度， )。如水和油的流度()。 2.3.35 流度比 流度比 (M)是指驱替相 (水)的流度 ( )与被驱替相 (油)的流度 ( 。)的比值。其公式为： 2.3.36 渗流的初始条件 在研究油 (气)层不稳定渗流时，由于方程变量的解不仅是空 间位置

10、的函数， 也是时间的函数， 因此必须对渗流过程的开始瞬 间状况规定条件，这种条件称为渗流的初始条件。 2.3.37 渗流的边界条件 由于油 (气)层建立的微分方程的通解中包含许多待定系数和 函数，因此必须给出一些条件来确定待定系数和函数。如果给出 的条件是对所研究区域空间物理位置而言，这些条件称为渗流的 边界条件。 2.3.38 混溶驱替 在多孔介质中一种流体驱替另一种流体过程中，两种流体之 间发生扩散、传质和互相溶解等现象，这种驱替称为混溶驱替。 2.3.39 不混溶驱替 在多孔介质中一种流体驱替另一种流体时，相互之间不发生 扩散、传质和互溶现象，这种驱替称为不混溶驱替。例如水驱油 过程。

11、2.3.40 活塞驱替 在多孔介质中一种流体驱替另一种流体时，两者之间存在一 个明显的分界面， 分界面像活塞一样向前推进，这种驱替方式称 为活塞驱替。 2.3.41 非活塞驱替 在多孔介质中一种流体驱替另一种流体时，由于储层微观非 质性，以及流体性质差异和毛细管作用的影响而出现两种流体合 的两相渗流区，这种驱替方式称为非活塞式驱替。 2.3.42 渗流封闭边界 边界上，边界法线方向的流体流动速度分量等于零，这种边 界叫封闭边界。 2.3.43 边界效应 在生产井或注人井附近往往存在各种边界，它对渗流场的等 势线分布、 流线分布和井的产量或注人量产生影响，这种影响叫 边界效应。 2.3.44 交

12、互窜流 在双重介质储层中，由于孔隙系统与裂缝系统构成两个压力 场，互相之间的流体要进行交换，这种现象叫交互窜流。 2.3.45 交互窜流系数 指双重介质储层中孔隙系统中的流体向裂缝中窜流能力的 大小。可用下式表示 值大，表示流体从孔隙系统中向裂缝系统中窜流能力强。 2.3.46 流动势 速度势 ) 在渗流理论中为了便于分析问题，引用一个新参数： 2.3.47 压力函数 又称为赫里斯奇昂诺维奇函数，是指一个与压力、地层流体 性质有关的函数。符号为H。在拉普拉斯方程中用压力函数差 H 代替压力差p ，以便于得到油、气两相渗流时油井产量公式 和压力分布公式，其形式与单相液体公式相似。 2.3.48

13、阻力系数 指表征流体在多孔介质渗流过程中的阻力大小。其公式如下 2.3.49 供给边缘 油藏外围的广大含水区往往为天然供给水源，使压力保持不 变， 这个能量供给前缘称为油藏的供给边缘。在油田开采过程中， 许多油井同时生产， 每一口油井的周围都自然地划分出大小不同 的供油面积，其边缘称为油井的供给边缘。 2.3.50 压降漏斗 在平面径向流时，由于井的投产造成地层压力下降，从井壁 到供给边缘，压力下降幅度逐渐减小， 其压降面为漏斗状的曲面， 称为压降漏斗 (图 2 . 2 9 ) 。 2.3.51 压力叠加原理 油层中任何一点的压力变化都等于各井在该点上引起的压 力变化的总和 (图 2 . 3

14、0 ) 。圈中 A 点的压降等于三口井压降之 和，PA = P l 十2 十 P 3 2.3.52 黏性指进 当一相流体驱替与其不混溶的另一相流体时，由于两相流体 黏度的差异， 造成驱替相流体在两相接触处呈分散液束，像手指 状向前推进，叫黏性指进。 2.3.53 前沿不稳定性 在多孔介质中两种流体非混相驱替时，驱替前沿出现黏性指 进现象， 因而使驱替前沿不能形成平滑的分界面，这种现象称为 前沿不稳定性。 2.3.54 饱和度间断 饱和度跃变 在多孔介质非混相非稳态两相驱替渗流过程中，由于毛管力 的影响， 在驱替前沿处出现驱替相饱和度双值或三值状况，这说 明饱和度的分布在前沿处发生了不连续或“跃

15、变 “，这种现象称为 饱和度间断，也称为饱和度跃变。 2.3.55 流管分析法 指研究渗流的一种模拟方法。此法将多孔介质中的流体运移 为流管束中的流动来处理。这种方法只用于中、 低孔隙度多孔质 的渗流研究。 2.3.56 汇源反映法 指用来解决直线供给边缘这种类型的边界对渗滤规律的影 响问题的一种方法。 油井靠近直线供给边缘时，由于这种边界的 影响，流体向油井渗滤的规律跟流体向无限大地层中单独一个点 汇滤时的规律不一样， 但眼无限大地层中存在等产量的一源一汇 (一口注人井和一口生产井)时的渗滤规律相同。因此，可以想以 直线供给边缘为镜面， 在镜面的另一侧反映出一口油井的镜，即 一个跟点汇产量相

16、等的假想点源。这样，可以把井靠近直线供给 边缘的渗流问题化成无限大地层中存在等产量的一源一汇的渗 流问题， 从而求出油井的产量和地层中压力分布公式，这种方法 叫汇源反映法。 2.3.57 有限差分法 差分法 也称差分法，是指以差商来近似地代替偏导数，从而以差分 方程代替微分方程。这种方法适用于单相渗流、多相渗流、单组 分流动、多组分流动、一维流动、多维流动问题的处理，是一种 比较成功和有效的方法。 2.3.58 导压系数 指压缩性液体在弹性多孔介质中进行不稳定渗流时，表示压 力传递快慢的一个参数。单位为c m2/ s . 并以希腊字母 2.3.59 分流线 流体流向两个点汇(生产井 )时，在两

17、个点汇之间存在一条将 渗流左右分开的流线，称为分流线(图 2 . 31 ) 。 2.3.60 主流线 连接注水井与采油井中心点的流线称为主流线。主流线上质 点的流速比其他流线上的质点流速要快(图 2 . 3 2 ) 。 2.3.61 平衡点 两口生产井的分流线上渗流速度等于零的点称平衡点(图 2 . 3 1 中 N 点)。在平衡点附近形成死油区。 2.3.62 渗流雷诺数 指用来判别渗流是否符合达西渗流定律的准数。 式中 v 一渗流速度， cm/s; K 一一渗透率， D; 一一黏度， o. 1Pa ? S; F 一一密度， g / c m 3 一一孔隙度，小数 临界雷诺数值为0 . 2 0

18、. 3 。 当 N p o 小于临界雷诺数时， 渗流符合达西定律 ;N p o 大于 l 临界雷诺数时渗流不符合达西定 律。 2.3.63 渗流指数与渗流系数比例系数 指用来判别渗流流量与压力梯度是否呈线性关系的指数方 程， 即 Q=C C d p / dL) n， 式中指数 n 称为渗滤指数。n 在 O . 51 之间变化。当n = l 时，渗流流量与压力梯度呈线性关系，流体 渗流是线性渗流 ;当 0 . 5 n l时，流体渗流为非线性渗流。C 为渗流系数又称比例系数，其大小取决于储层和流体性质。 2.3.64 渗流状态方程 与渗流有关的物质(多孔介质、流体 )都具有弹性，因而在渗 流过程中

19、，其状态不断发生变化，物质的力学性质也发生变化。 描述这种由于弹性而引起力学性质随状态而变化的方程叫渗流 状态方程。 2.3.65 分流量方程 莱弗里特 C L e v e r e t t ) 于 1 9 4 1 年推导出的一个方程。 它表示 2.3.66 前缘推进方程 1 9 4 2 年由巴克利和莱弗里特C B u c k l e y 和 L e v e r e t t )提出的一个方程。它表示某一固定不变的驱替液饱和度(S w) 面的推进速度， 相当于总流速乘以流束组成的由于驱替液饱和度 微小改变所引起的变化率。其方程为 2.3.67 威尔杰方程 指 1 9 5 2 年由威尔杰 C W e l g e ) 推导出的一个方程。它 反映了系统中驱替流体的平均饱和度与该系统采出端饱和度相 关的关系。其方程为: 2.3.68 启动压力梯度 指流体在低渗透多孔介质中发生渗流的最小压力梯度。