《渗流力学》—绪论

1、渗流力学程林松1渗流力学渗流力学专专 业业: :石油工程石油工程年年 级级: 2005 : 2005 级级主讲人：程林松主讲人：程林松渗流力学程林松2一、教师介绍一、教师介绍主讲：主讲：程林松程林松 工程东楼工程东楼304304，8973459289734592、1370101410313701014103 辅讲：辅讲：黄世军黄世军实验：实验：李春兰李春兰: : 南楼南楼,89734811(,89734811(办办) )、1352068288013520682880 黄世军黄世军: : 工程东楼工程东楼,89733218,8973321813717852119 渗流力

2、学程林松3二、课程的基本要求二、课程的基本要求 上课、作业、实验、考试上课、作业、实验、考试 成绩：考试成绩：考试 + + 作业作业 + + 实验实验 答疑：周五下午答疑：周五下午- -无最后集体答疑无最后集体答疑渗流力学程林松4三、参考书目三、参考书目各书特点各书特点 1 1、“渗流力学渗流力学”，程林松，中国石油大学（北京），讲义，程林松，中国石油大学（北京），讲义+PPT+PPT+习题集习题集 2 2、“渗流力学实验讲义渗流力学实验讲义”， 李春兰，中国石油大学（北京）李春兰，中国石油大学（北京） 3 3、“渗流力学基础渗流力学基础”， 刘尉宁，刘尉宁，19851985，石油工业出版社，

3、石油工业出版社 4 4、“现代渗流力学原理现代渗流力学原理”, , 葛家理，葛家理， 20022002，石油工业出版社，石油工业出版社 5 5、“地下水气动力学地下水气动力学”， 苏苏N.AN.A恰尔内，恰尔内，19821982，石油工业出版社，石油工业出版社 6 6、“渗流力学渗流力学”, ,大庆石油学院教材大庆石油学院教材 ，19921992 7 7、“油气层渗流油气层渗流”，西南石油学院教材，西南石油学院教材，19911991 8 8、”The Flow of Homogenous Fluids Through Porous Media”The Flow of Homogenous Fl

4、uids Through Porous Media”，19371937，M.MuskakM.Muskak. . 9 9、”PhyicalPhyical Principles of Oil Production”,1949, Principles of Oil Production”,1949, 原油物理原理，原油物理原理，M.MuskakM.Muskak. . 10 10、”Dynamics of Fluids in Porous Media”Dynamics of Fluids in Porous Media”“多孔介质流体动多孔介质流体动力学力学”, ,李亮生译，李亮生译，J J贝尔贝尔

5、以色列以色列 ，19721972特点：特点：1 1，2 2，3 3基础基础教材；教材；4 4，5 5研究生；研究生；6 6，7 7参考；参考；8 8，9 9，1010经典著作经典著作渗流力学程林松5四、讲课内容及学时分配四、讲课内容及学时分配（一）（一） 前言（前言（2 2）- - 程林松程林松 第一章第一章 渗流规律和渗流数学模型渗流规律和渗流数学模型(6) (6) 黄世军黄世军 第二章第二章 单相不可压液体稳定渗流规律（单相不可压液体稳定渗流规律（6 6） 黄世军黄世军 第三章第三章 多井干扰理论（多井干扰理论（1212） - - 程林松程林松 第四章第四章 弹性不稳定渗流规律（弹性不稳定

6、渗流规律（8 8） - - 程林松程林松 第五章第五章 油水两相渗流规律（油水两相渗流规律（8 8） - - 程林松程林松 第六章第六章 油气两相渗流规律（油气两相渗流规律（2 2） - - 程林松程林松 第七章第七章 天然气渗流规律（天然气渗流规律（2 2） - - 程林松程林松 机动（机动（2 2） - - 程林松程林松渗流力学程林松6四、讲课内容及学时分配四、讲课内容及学时分配（二）（二）三个重点三个重点：刚性稳定渗流理论：刚性稳定渗流理论 弹性不稳定渗流理论弹性不稳定渗流理论 水驱油理论水驱油理论三个工具三个工具：映射、叠加、阻力、（保角）：映射、叠加、阻力、（保角）四个基本公式四个基

7、本公式：渗流力学程林松7 1 1、石油工程专业学生（工作人员）、石油工程专业学生（工作人员）主要任务之一开发好主要任务之一开发好油气藏（较高采收率）油气藏（较高采收率）认识油藏（流体和岩石）认识油藏（流体和岩石） 基础基础: :流流体在油藏中的流动规律。体在油藏中的流动规律。 2 2、油井投产后、油井投产后压力下降压力下降油气水向井流动。渗流力学任油气水向井流动。渗流力学任务之一务之一认识油层，合理开发油田，改造油田工具，高产、稳认识油层，合理开发油田，改造油田工具，高产、稳产、提高油气采收率，反求地层参数的理论基础。产、提高油气采收率，反求地层参数的理论基础。 渗流力学渗流力学绪论绪论一、本

8、课程一、本课程目的和意义目的和意义渗流力学程林松8一、本课程一、本课程目的和意义目的和意义 3 3、开发设计，动态分析，油气井开采，增产工艺，反求、开发设计，动态分析，油气井开采，增产工艺，反求地层参数，提高油气采收率地层参数，提高油气采收率后续课的理论基础。后续课的理论基础。 4 4、认识油气水在岩层中流动的客观规律，形成油气层渗、认识油气水在岩层中流动的客观规律，形成油气层渗流力学，已深入到油气田开发工作的各个环节。流力学，已深入到油气田开发工作的各个环节。 5 5、是现代流体力学分支、是现代流体力学分支流体力学和多孔介质理论，表流体力学和多孔介质理论，表面物理，物理化学，固体力学，生物学

9、交叉渗透的一个边缘面物理，物理化学，固体力学，生物学交叉渗透的一个边缘学科。学科。渗流力学渗流力学绪论绪论渗流力学程林松9二、前课程要求：二、前课程要求： 流体力学（水力学）流体力学（水力学） 石油地质学石油地质学 油层渗流物理油层渗流物理 高等数学高等数学 计算方法和计算机技术计算方法和计算机技术 反变函数反变函数 数理方程（法）数理方程（法） 物理化学物理化学 表面和胶体化学等表面和胶体化学等渗流力学渗流力学绪论绪论渗流力学程林松10 1 1、地下渗流力学：开发地下流体资源的理论基础，多孔介、地下渗流力学：开发地下流体资源的理论基础，多孔介质中石油、天然气、煤层气、地下水、地热、城市沉降等

10、。质中石油、天然气、煤层气、地下水、地热、城市沉降等。 2 2、工程渗流：冶金、化工、机械。利用多孔技术的基础：、工程渗流：冶金、化工、机械。利用多孔技术的基础： 冶金工业用氧气通过耐火砖进行钢液脱气。冶金工业用氧气通过耐火砖进行钢液脱气。 化学工业的催化塔利用多孔渗流改造工艺技术。化学工业的催化塔利用多孔渗流改造工艺技术。 3 3、生物渗流：研究对认识生命活动规律及其控制，动植物、生物渗流：研究对认识生命活动规律及其控制，动植物体内体内大量毛管及微细孔隙，其间有流体流动，动物血液流动。大量毛管及微细孔隙，其间有流体流动，动物血液流动。矿物质输送等都是渗流问题。矿物质输送等都是渗流问题。三、渗

11、流力学三、渗流力学研究范围研究范围：重要武器、范围很广重要武器、范围很广渗流力学渗流力学绪论绪论渗流力学程林松11四、渗流力学四、渗流力学研究方法研究方法 发现问题；分析问题；解决问题。发现问题；分析问题；解决问题。 渗流的宏观问题；渗流的宏观问题； 渗流的微观问题；渗流的微观问题； 多孔介质微观运动。多孔介质微观运动。 结构及流体的微观运动结构及流体的微观运动渗流力学渗流力学绪论绪论渗流力学程林松12由工程问题：由工程问题：1.1.建立地质模型（地质条件，几何，孔隙结构，油层物理实建立地质模型（地质条件，几何，孔隙结构，油层物理实验，参数的静态描述，物理特征验，参数的静态描述，物理特征建立物

12、理模型）；建立物理模型）；2.2.力学模型：力学和物理规律力学模型：力学和物理规律3.3.数学描述：数学模型数学描述：数学模型分析解释简化概括；分析解释简化概括；4.4.求解求解分析解释应用回到工程中去；分析解释应用回到工程中去；本课程本课程：动手推导，实验，理解（概念），体会，特别学：动手推导，实验，理解（概念），体会，特别学 会与工程问题联系起来，解决工程问题。会与工程问题联系起来，解决工程问题。渗流力学渗流力学绪论绪论四、渗流力学四、渗流力学研究方法研究方法渗流力学程林松13五、渗流力学五、渗流力学发展历史发展历史 1 1、18561856年，法国工程师达西，用砂土层、渗水试验年，法国工

13、程师达西，用砂土层、渗水试验渗流渗流基本规律基本规律达西规律。达西规律。2 2、二十年代后，石油，天然气工业发展、二十年代后，石油，天然气工业发展形成石油天然气形成石油天然气渗流理论；渗流理论； 19231923年，列宾亲年，列宾亲气体在多孔介质里渗流理论；气体在多孔介质里渗流理论； 19371937年，麦斯盖特年，麦斯盖特均质液体渗流，油气渗流的各种水动力均质液体渗流，油气渗流的各种水动力学问题（不可压缩，均质，渗流问题）；学问题（不可压缩，均质，渗流问题）； 3030年代初，研究液体弹性和岩石压缩性影响各种布井方式下年代初，研究液体弹性和岩石压缩性影响各种布井方式下油井产量计算方法；油井产

14、量计算方法； 19481948年，苏：射尔加乔夫年，苏：射尔加乔夫弹性渗流理论；弹性渗流理论； 19561956年，溶解气驱，气顶驱渗流理论年，溶解气驱，气顶驱渗流理论渗流力学渗流力学绪论绪论渗流力学程林松14五、渗流力学五、渗流力学发展历史发展历史 3 3、五十年代，提高采收率、五十年代，提高采收率广泛采用水驱油方法，油水两广泛采用水驱油方法，油水两相理论。相理论。19421942年，贝克莱年，贝克莱列维莱特。列维莱特。4 4、六十年代，苏巴林布拉特，列维渗流，灰岩油田问题。、六十年代，苏巴林布拉特，列维渗流，灰岩油田问题。5 5、目前（近二十年），新技术，新方法、目前（近二十年），新技术，

15、新方法形成新渗流理论，形成新渗流理论，混相驱、热力采油、三次采油、化学驱、水平井的物理化学渗混相驱、热力采油、三次采油、化学驱、水平井的物理化学渗流理论。流理论。 渗流力学渗流力学绪论绪论渗流力学程林松15六、渗流力学六、渗流力学发展方向特点发展方向特点 1 1、广泛应用计算机等先进的数学手段和现代数学方法来改造、广泛应用计算机等先进的数学手段和现代数学方法来改造渗流力学的研究：渗流力学的研究：解析解解析解数值解数值解结合解；结合解；简单简单复杂；复杂；一维单相一维单相三维三相，多组份；三维三相，多组份；单纯介质单纯介质多孔介质中的渗流问题；多孔介质中的渗流问题；数值模拟，最优化理论数值模拟，

16、最优化理论 联合应用；联合应用；积分变换，自模解，特征线理论，泛函分析等。积分变换，自模解，特征线理论，泛函分析等。渗流力学渗流力学绪论绪论渗流力学程林松162 2、油气渗流理论研究更加深入和广泛、油气渗流理论研究更加深入和广泛 纵深方向发展，多相，纵深方向发展，多相，多组分，传质，传热，扩散，非牛顿等；多组分，传质，传热，扩散，非牛顿等； 物理化学渗流理论物理化学渗流理论：提高采收率方法，热力采油，混相，聚合：提高采收率方法，热力采油，混相，聚合物驱，裂缝双重：三重介质渗流理论。变形介质，渗流物驱，裂缝双重：三重介质渗流理论。变形介质，渗流+ +固体力学结固体力学结合。固体变形多孔介质渗流力

17、学和渗流力学结合理论（城市下降）。合。固体变形多孔介质渗流力学和渗流力学结合理论（城市下降）。新三论新三论：信息论；控制论；系统论；优化和系统工程方法。：信息论；控制论；系统论；优化和系统工程方法。 深度深度：从宏观进入微观尺度，：从宏观进入微观尺度，CTCT扫描研究微观机理扫描研究微观机理 广度广度：多孔介质理论，表面物理固体力学等：多孔介质理论，表面物理固体力学等 六、渗流力学六、渗流力学发展方向特点发展方向特点 渗流力学渗流力学绪论绪论渗流力学程林松173 3、研究渗流力学带有根本性变化的新方向，油气层、研究渗流力学带有根本性变化的新方向，油气层 连续介质场变连续介质场变为随机变量场，概

18、率渗流力学，随机场渗流力学：为随机变量场，概率渗流力学，随机场渗流力学： A A：微扰法：微扰法地层参数分成有规律和随机部分地层参数分成有规律和随机部分 B B：斯克天尔左右法：斯克天尔左右法随机的随机的 C C：实用计算机：实用计算机正态分布显示正态分布显示 油田开发信息处理：渗流过程与自动控制理论结合，对油气田油田开发信息处理：渗流过程与自动控制理论结合，对油气田开发过程进行控制，分析，调整，进行自动处理。控制油田开采过开发过程进行控制，分析，调整，进行自动处理。控制油田开采过程的信息量，处理开发信息，定量估计开发状况，评价开发方案的程的信息量，处理开发信息，定量估计开发状况，评价开发方案

19、的效果。建立起描述开采过程的统计模型，对油气田开发进行自动调效果。建立起描述开采过程的统计模型，对油气田开发进行自动调整和预报。用数模和最优化理论制定合理的油气井工作制度，把渗整和预报。用数模和最优化理论制定合理的油气井工作制度，把渗流过程的研究与自动化管理油气田生产结合起来。流过程的研究与自动化管理油气田生产结合起来。 六、渗流力学六、渗流力学发展方向特点发展方向特点 渗流力学渗流力学绪论绪论渗流力学程林松18七、现代渗流力学研究的七、现代渗流力学研究的进展及有待解决问题进展及有待解决问题目的：目的：研究流体和多孔介质研究流体和多孔介质状态及流动规律状态及流动规律经典渗流力学：经典渗流力学：

20、均质（匀）孔隙性介质（单重介质）均质（匀）孔隙性介质（单重介质） 1 1、不可压缩液体、不可压缩液体稳定渗流理论稳定渗流理论; ; 2 2、微可压缩液体、微可压缩液体弹性不稳定流理论（应用试井）；弹性不稳定流理论（应用试井）； 3 3、气体渗流理论；、气体渗流理论； 4 4、油气、油水两项流理论、油气、油水两项流理论 数学上体现：求解数学上体现：求解LaplaceLaplace和热传导方程；和热传导方程； 成熟，广泛应用成熟，广泛应用基础基础渗流力学渗流力学绪论绪论渗流力学程林松19现代渗流力学：现代渗流力学：介质：介质： 均质孔隙性介质均质孔隙性介质纯裂缝介质（裂缝油藏）纯裂缝介质（裂缝油藏

21、）19591959年以年以后双孔隙介质（裂缝后双孔隙介质（裂缝+ +孔隙）（大量油田属于这种特征），孔隙）（大量油田属于这种特征），目前发展主流，物模，数模较多目前发展主流，物模，数模较多双渗透率（多层）介质双渗透率（多层）介质（目前国内多见，主要）（目前国内多见，主要）多重介质（裂缝多重介质（裂缝+ +孔隙孔隙+ +溶洞）溶洞）multiplemultiple开头开头中东地区，灰岩油藏模拟方法。中东地区，灰岩油藏模拟方法。流体：流体： 不可压缩液体不可压缩液体微可压缩液体（美）或弹性液体（苏）微可压缩液体（美）或弹性液体（苏）油气、油水、油气水（多相流）油气、油水、油气水（多相流）多相多组分

22、多相多组分非牛顿液非牛顿液（聚合物）含蜡，焦质，（苏）巴库油田等（聚合物）含蜡，焦质，（苏）巴库油田等三采技术。三采技术。七、现代渗流力学研究的七、现代渗流力学研究的进展及有待解决问题进展及有待解决问题渗流力学渗流力学绪论绪论渗流力学程林松20渗流模式：渗流模式： 一维（解析解）一维（解析解）二维二维三维（各向异性）三维（各向异性）力学发展：力学发展： 力学力学物理，物理化学多学科。物理，物理化学多学科。求解方法：求解方法： 解析解解析解数值解（计算机）数值解（计算机）两者结合。两者结合。 精确解精确解近似解近似解七、现代渗流力学研究的七、现代渗流力学研究的进展及有待解决问题进展及有待解决问题渗流力学渗流力学绪论绪论渗流力学程林松21八、几个八、几个基本概念基本概念 1 1、渗流、渗滤、渗流力学、渗流、渗滤、渗流力学2 2、流体、单相、两相、多相、流体、单相、两相、多相3 3、孔隙结构、多孔