单向流和平面径向流实验

1、中国石油大学渗流力学实验报告实验日期： 2015.4.22 成绩： 班级： 学号： 姓名： 教师： 同组者： 实验一 不可压缩流体单向稳定渗流实验一、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

2、率。三、实验流程图1-1 一维单相稳定渗流实验流程图110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

3、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1、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、实验数据处理测压管压力计算公式 （1-1）式中：测压管中水柱高度对应的压力（表压），Pa； 测压管中水

4、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 （1-2）渗透率公式为 （1-3）式中：渗流截面积，cm2；两个横截面之间距离，cm；入口端面压力，10-1MPa；出口端面压力，10-1MPa； 流体粘度，。3、单向流实验数据记录表 实验仪器编号：单2井 表1-1 测压管液面基准读数记录表测压管序号填砂管粗端填砂管细端12345678910测压管基准读数cm1.11.11.10.31.11.11.40.81.00.6表1-2 测压管液面读数记录表数据次数测压管液面读数 cm体积cm3时间s流量cm3/s平均流量cm3/s填砂管粗端填砂管细端12345

5、678910178.177.377.676.777.279.379.269.757.039.220028.437.037.0420228.807.0120228.537.08271.971.371.370.771.273.772.757.236.312.820220.389.9110.0820620.1710.2120520.2710.11385.484.985.184.785.087.887.782.878.270.519868.292.912.9220470.222.9119165.152.93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；填砂管粗

6、端截面积A163.617cm2，填砂管细端截面积A215.904cm2；填砂管上部接头厚度3.0 cm，相邻两测压管中心间距12.5cm；流体粘度1mPa·s。（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。举例如下：一流量下，1管水柱高度为：78.1+9.0÷2+3-1.1=84.5cm； 二流量下，6管水柱高度为：73.7+4.5÷2+3-1.1=77.9cm； 三流量下，10管水柱高度为：70.5+4.5÷2+3-0.6=75.2cm。表1-3 流压测量数据记录表序号 测压管水柱高度，cm平均流量cm3/s1234567891018

7、4.583.784.083.983.683.583.174.261.343.97.04278.377.777.777.977.677.976.661.740.617.510.08391.891.391.591.991.492.091.687.382.575.22.92以流量一为例:流动距离为0时，测压管压力为：1000×9.8×84.5×10-2=8281.0Pa，同理可得下表数据：测压管压力/Pa8281.08202.68232.08222.28192.88183.08143.87271.66007.44302.2流动距离/cm012.52537.55062.5

8、7587.5100112.5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，如下图所示。斜率变化原因：流体随着流入的距离的增大阻力也逐渐的变大，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）取流量一、粗管为例进行计算：同理可得其余各组数据填入表1-4中。表1-4 渗透率计算数据表 数序 号 据流量cm3/s10-1MPa10-1MPa渗透率 K1K2 17.046.86×10-43.88

9、5;10-28436.7149.2210.088.82×10-45.92×10-29395.5140.032.923.92×10-41.65×10-26123.9145.5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，如下图所示。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）根据达西定律，分别计算两段地层的平均渗透率。取流量一、粗管为例进行计算：同理可得其余各组数据，如表1-4所示。则粗截面平均渗透率为：细截面平均渗透率为：六、实验总结本次实验进一步加深了我对达西定律的理解，并了解了它的适用范围及其局限性。最后，感

10、谢老师的悉心指导。实验二 不可压缩流体平面径向稳定渗流实验一、实验目的1、平面径向渗流实验是达西定律在径向渗流方式下的体现，通过本实验加深对达西定律的理解；2、要求熟悉平面径向渗流方式下的压力降落规律，并深刻理解该渗流规律与单向渗流规律的不同，进而对渗透率突变地层、非均质地层等复杂情况下的渗流问题及其规律深入分析和理解。二、实验原理平面径向渗流实验以稳定渗流理论为基础，采用圆形填砂模型，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平面径向稳定渗流过程。保持填砂模型内、外边缘压力恒定，改变出口端流量，在稳定条件下测量填砂模型不同位置处的水头高度，可绘制水头高度或压力随位置的变化曲线(压降漏

11、斗曲线)；根据平面径向稳定渗流方程的解计算填砂模型的流动系数及渗透率。三、实验流程实验流程见图2-1，圆形填砂模型18上部均匀测压管，供液筒内通过溢流管保持液面高度稳定，以保持填砂模型外边缘压力稳定。1测压管（模拟井）；216测压管（共16根）；18圆形边界（填砂模型）；19排液管（生产井筒）；20量筒； 21进水管线；22供液筒；23溢流管；24排水阀；25进水阀；26供水阀。图2-1 平面径向流实验流程图四、实验步骤1、记录填砂模型半径、填砂模型厚度，模拟井半径、测压管间距等数据。2、打开供水阀“26”，打开管道泵电源，向供液筒注水，通过溢流管使供液筒内液面保持恒定。3、关闭排水阀“24”

12、，打开进水阀“25”向填砂模型注水。4、当液面平稳后，打开排水阀“24”，控制一较小流量。5、待液面稳定后，测试一段时间内流入量筒的水量，重复三次。；6、记录液面稳定时各测压管内水柱高度。7、调节排水阀，适当放大流量，重复步骤5、6；在不同流量下测量流量及各测压管高度，共测三组流量。8、关闭排水阀24、进水阀25，结束实验。注：待学生全部完成实验后，先关闭管道泵电源，再关闭供水阀26。五、实验要求及数据处理1、实验要求(1)将原始数据记录于测试数据表中，根据记录数据将每组的3个流量求平均值，并计算测压管高度；绘制三个流量下压力随位置的变化曲线（压降漏斗曲线），说明曲线形状及其原因。(2)根据平

13、面径向稳定渗流方程，计算填砂模型平均渗透率、不同半径范围的渗透率，评价砂体的均匀性。(3)写出填砂模型流量与总压差的关系表达式，并绘出流量与总压差的关系曲线。2、数据处理流量与总压差的关系表达式： （2-1）任意半径范围的渗透率计算公式： （2-2）式中：模型外边缘压力，10-1MPa； 模型出口端面压力，10-1MPa；供给边缘半径，cm； 井筒半径，cm；地层厚度，cm； 流体粘度，；、任意半径、处的压力，10-1MPa。3、平面径向流实验数据记录表实验设备编号：径5井表2-1 测压管液面基准读数记录表 测压管编号1234567891011121314151617测压管基准读数，cm00.

14、20.30.10.20.10.10.10.30.10.20.20.20.30.10.10.2表2-2 测压管液面读数记录表序号测压管液面读数，cm体积cm3时间s1234567891011121314151617162.868.568.568.468.568.768.968.668.968.968.968.769.069.269.169.169.320066.820568.219563.8230.355.655.855.555.556.356.756.356.556.956.856.757.158.158.057.958.222024.923526.323026.235.144.945.144

15、.844.946.046.346.046.146.646.546.346.848.448.348.548.522018.0821517.9321517.15填砂模型（内）半径18.0cm， 填砂厚度2.5cm， 中心孔（内）半径0.3cm， 相邻两测压管中心间距4.44cm， 水的粘度1mPa·s。（1）取流量一下1管为例计算：测压管水柱高度为：62.8-2.5÷2-0=61.55，同理可得其余各组数据，填入表2-3中。表2-3 定压边界测试数据表序号测压管水柱高度，cm流量cm3/s平均流量cm3/s1234567891011121314151617161.5567.25

16、67.2567.1567.2567.4567.6567.3567.6567.6567.6567.4567.7567.9567.8567.8568.052.993.023.013.06229.0554.3554.5554.2554.2555.0555.4555.0555.2555.6555.5555.4555.8556.8556.7556.6556.958.848.858.948.7834.7543.6543.8543.5543.6544.7545.0544.7547.8548.3548.2548.0548.5548.1548.0548.2547.2512.1712.2412.0012.54Re

17、=18.0cm； Rw=0.3cm； h=2.5cm；测压管距中心：r1=4.44cm； r2=4.44cm；r3=4.44cm； 水的粘度=1。根据表2-3，由P=gh，计算得下表。表2-4 流量一下压力随位置的变化数据表测压管标号1713951371115测压管水柱高度/cm68.0567.7567.6567.2561.5567.2567.6567.6567.85流动距离/cm-17.76-13.32-8.88-4.4404.448.8813.3217.76测压管压力/Pa6668.96639.56629.76590.56031.96590.56629.76629.76649.3同理可得其

18、余两个流量下的相关数据，绘制三个流量下压力随位置的变化曲线图，如图2-2所示。分析：由压力公式 ，压力是表示能量大小的物理量。由压力分布可知，当距离 r 成等比级数变化时，压力 p 成等差级数变化。因此，压 力在供给边缘附近下降缓慢，而在井底附近变陡，说明液体从边缘流到井底其能 量大部分消耗在井底附近。这是因为平面径向渗流时，从边缘到井底渗流断面逐渐减小。由于稳定渗流时从边缘到井底各断面通过的流量相等，所以断面越小渗 流速度越大，渗流阻力越大，因此能量大部分消耗在井底附近，所以曲线大体呈 中间低,周围高的漏斗形状。（2）r1=4.44cm时，则平均渗透率为：同理可以求出r1=8.88cm,13.32cm,17.76cm时的渗透率，如表2-