单向渗流模拟实验-精华版

中国石油大学中国石油大学渗流力学渗流力学实验报告实验报告 实验一实验一 不可压缩流体单向稳定渗流实验不可压缩流体单向稳定渗流实验 一 实验目的一 实验目的 1 本实验采用的是变截面两段均质模型 通过实验观察不同段的不同压力 降落情况 2 进一步加深对达西定律的深入理解 并了解它的适用范围及其局限性 二 实验原理二 实验原理 一维单相渗流实验以稳定渗流理论为基础 采用变直径填砂管模型 以流 体在模型中的流动模拟水平均质地层中不可压缩流体单向稳定渗流过程 保持 填砂管两端恒定压力 改变出口端流量 在稳定条件下测量填砂管不同位置处 的压力值 可绘制压力随位置的变化曲线 根据一维单相稳定渗流方程的解并 计算两段填砂管的渗透率 三 三 实验流程实验流程 图图 1 11 1 一维单相稳定渗流实验流程图一维单相稳定渗流实验流程图 1 10 测压管 11 供液阀 12 供液筒 13 溢流管 14 供液控制阀 15 水平单向渗流管 粗 16 支架 17 水平单向渗流管 细 18 出口控制阀 19 量 筒 四 实验步骤四 实验步骤 1 记录渗流管长度 渗流管直径 测压管间距等相关数据 2 关闭出口控制阀 18 打开供液阀 11 打开管道泵电源 向供液 筒注水 3 打开并调节供液控制阀 14 使各测压管液面与供液筒内的液面保持 在同一水平面上 4 稍微打开出口控制阀 18 待渗流稳定后 记录各测压管的液面高度 用量筒 秒表测量渗流液体流量 重复三次 5 调节出口控制阀 18 适当放大流量 重复步骤 4 测量不同流量下 各测压管高度 共测三组流量 6 关闭出口控制阀 18 关闭供液控制阀 14 结束实验 注 待学生全部完成实验后 先关闭管道泵电源 再关闭供液阀 11 五 实验要求与数据处理五 实验要求与数据处理 1 1 实验要求 实验要求 1 根据表 1 1 记录取全所需数据 计算三个不同流量下的测压管水柱 高度 举例 2 绘制三个流量下 测压管压力与流动距离的关系曲线 说明曲线斜率 变化原因 3 绘制渗流截面不同的两段地层流量与岩石两端压差的关系曲线 观察 线性或非线性流动规律 4 根据达西定律 分别计算两段地层的平均渗透率 2 2 实验数据处理 实验数据处理 测压管压力计算公式 ghP 1 1 式中 P 测压管中水柱高度h对应的压力 表压 Pa h 测压管中水柱高度 m 水的密度 kg m3 g 重力加速度 g 9 8m s2 地层中任一点的压力 x L PP PP we e 1 2 渗透率公式为 PA LQ K 1 3 式中 A 渗流截面积 cm2 L 两个横截面之间距离 cm e P 入口端面压力 10 1MPa w P 出口端面压力 10 1MPa 流体粘度 smPa 3 3 单向流实验数据记录表 单向流实验数据记录表 实验仪器编号 单 10 井 表表 1 11 1 测压管液面基准读数记录表测压管液面基准读数记录表 填砂管粗端填砂管细端 测压管序号 12345678910 测压管基准读数 cm 1 11 11 10 31 11 11 40 81 00 6 表表 1 21 2 测压管液面读数记录表测压管液面读数记录表 测压管液面高度 H cm 和压力 P Pa 填砂管粗端填砂管细端 流 速 12345678910 H 43 64343 742 843 445 845 644 242 1539 4 1 P 49004841 24909 849004880 44895 14846 14767 74547 24316 9 H 10 39 510 49 510 212 612 310 27 83 2 P 1636 61558 21646 41636 61626 81641 51582 71435 71180 9749 7 H 12 912 151312 0512 815 214 912 910 66 1 3 P 1891 41817 91901 21886 51881 61896 31837 51700 31455 31053 5 流速次数体积 cm3 时间 s 流量 cm3 s 平均流量 cm3 s 1 25 521 21 20 2 4436 51 21 1 3 5142 81 19 1 20 1 4322 81 88 2 5027 11 85 2 3 55301 83 1 85 1 4525 41 77 2 4022 71 76 3 3 4727 11 73 1 75 填砂管粗端直径 9 0cm 长度 52 3cm 填砂管细端直径 4 5cm 长度 50 8cm 流体粘度 1mPa s 填砂管粗端截面积 A1 63 617cm2 填砂管细端截面积 A2 15 904cm2 填砂管上部接头厚度 3 0 cm 相邻两测压管中心间距 12 5cm 1 举例计算如下 1 流量下 1 管水柱高度为 43 6 9 0 2 3 1 1 50 00cm 2 流量下 6 管水柱高度为 12 6 4 5 2 3 1 1 16 75cm 2 计算流量及平均流量填入表中 如表 1 2 所示 得到表 1 3 表表 1 3 流压测量数据记录表流压测量数据记录表 序 号 测压管水柱真实高度 cm 平均流量 cm3 s 12345678910 1 5049 450 15049 849 9549 4548 6546 444 051 20 2 16 715 916 816 716 616 7516 1514 6512 057 651 85 3 19 318 5519 419 2519 219 3518 7517 3514 8510 751 75 以流量 1 为例 流动距离为 0 时 测压管压力为 1000 9 8 50 10 2 7673 4Pa 同理可得下表数据 测压管压力 Pa49004841 24909 849004880 44895 14846 14767 74547 24316 9 流动距离 cm 012 52537 55053 165 678 190 6103 1 根据上图数据可得测压管压力与流动距离的关系曲线图 同理可得其余两 个流量下的关系曲线 如图 1 2 所示 图图 1 2 测压管压力与流动距离的关系曲线测压管压力与流动距离的关系曲线 斜率变化原因 流体随着流入的距离的增大阻力做的功也逐渐的变大 因此 1 5 号管和 6 10 管中的流体 由于流动阻力做的功的线性增加 致使流动动力也随着线性减 少 因此各段曲线的斜率几乎不变化 而各个序号中 5 6 管则由于管径的变化 而使压力发生变化 导致曲线斜率也发生突变 3 取流量 1 粗管为例进行计算 1 0 10196 01010 4 48804900 36 511 MPaPPP 2 3 9 4811 10196 0617 63 50120 1 m pA LQ k 同理可得其余各组数据填入表 1 4 中 表表 1 41 4 渗透率计算数据表渗透率计算数据表 数流量 511 PPP 1062 PPP 渗透率 2 m 序 号 据 cm3 s10 1MPa10 1MPaK1K2 1 1 2 1 96 10 45 78 10 3 4812 0652 5 2 1 85 9 8 10 58 92 10 3 14836 9652 2 3 1 75 9 8 10 58 43 10 3 14034 9652 8 由表 1 4 数据 绘制渗流截面不同的两段地层流量与岩石两端压差的关系 曲线 如图 1 3 所示 由上图可知 两段地层流量与岩石两端压差基本成线性规律 4 计算平均渗透率 由于第一组流量下算的的渗透率与其他两组偏差较大 舍去 2 1 88 14435 88 1403488 14836 2 1 mk 所以粗管的渗透率为