第一章-渗流的基本概念和基本规律-油气层渗流力学-教学课件

第一章

渗流的基本概念和基本规律油气层渗流力学第一章

渗流的基本概念和基本规律油气层渗流力学1

§1.1油气储集层及其简化§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型§1.3渗流的基本规律和渗流方式§1.4非线性渗流规律§1.5流体低速下的渗流规律§1.6两相渗流规律主要内容§1.1油气储集层及其简化主要内容2§1.1油气储集层及其简化一、油气层的概念

油气层是油气储集的场所和空间。特点：具有统一的水动力学特点。在一个地质构造中流体是相互制约，相互作用的，每一个局部地区的变化都会影响到整体。§1.1油气储集层及其简化一、油气层的概念3§1.1油气储集层及其简化二、层状油藏1、特点：厚度小，分布面积大，多油层，多旋回的特点。§1.1油气储集层及其简化二、层状油藏1、特点：厚度小，分4§1.1油气储集层及其简化油层外部形状及简化示意图C气油水AABCDacb2、油气水的分布规律C气油水AABCDacb§1.1油气储集层及其简化油层外部形状及简化示意图C气油水5§1.1油气储集层及其简化封闭边界：边界为断层或尖灭，没有边水供给。定压边界：层体延伸到地表，有边水供给区，在边界上保持恒定的压头。3、边界类型§1.1油气储集层及其简化封闭边界：边界为断层或尖灭，没有6§1.1油气储集层及其简化4、水动力学特点按层划分水动力学系统，并认为流动只是在平面上进行，纵向上流体的运动和物质交换可以忽略不计。§1.1油气储集层及其简化4、水动力学特点7§1.1油气储集层及其简化三、块状油藏主要为灰岩和白云岩类储集层特点：面积小、厚度大，流体的流动为三维流动油水在纵向上分区：纯油区、过渡区、纯水区§1.1油气储集层及其简化三、块状油藏主要为灰岩和白云岩类8§1.1油气储集层及其简化四、油气储集层的简化层状油气藏：地层物性在纵向上的变化比在平面上的变化大得多；在水动力学上，流体只在平面上流动，可忽略纵向上流体的流动和物质交换。简化成”平面等厚模型”，即把油气藏看成等厚度的薄板。§1.1油气储集层及其简化§1.1油气储集层及其简化四、油气储集层的简化层状油气藏：9AB条带状薄板圆形薄板A>3BA<3B平面等厚模型(x，y)§1.1油气储集层及其简化§1.1油气储集层及其简化AB条带状薄板圆形薄板A>3BA<3B平面等厚模型§1.110块状油气藏：油层厚度相当大的油藏。简化成“厚度模型”，有时也将这种模型看成“半球状模型”。厚度模型(x，y，z)半球状模型§1.1油气储集层及其简化四、油气储集层的简化块状油气藏：油层厚度相当大的油藏。简化成“厚度模型”，有时也11五、油气层的孔隙结构模型和参数模型1、油气层的孔隙结构模型粒间孔隙结构溶洞孔隙结构纯裂缝结构裂缝孔隙结构三重混合结构微层理结构非层理结构三种介质六种结构§1.1油气储集层及其简化三重介质单纯介质双重介质五、油气层的孔隙结构模型和参数模型1、油气层的孔隙结构模型粒12假想结构模型理想结构模型粒间孔隙结构简化简化假想结构模型理想结构模型粒间孔隙结构简化简化13纯裂缝结构纯裂缝结构模型简化纯裂缝结构纯裂缝结构模型简化14裂缝孔隙结构裂缝孔隙结构模型溶洞孔隙结构溶洞孔隙结构模型裂缝孔隙结构裂缝孔隙结构模型溶洞孔隙结构溶洞孔隙结构模型152.油气层的参数模型

油气藏中岩石和流体的物性参数是随机变化的难以用连续函数来描述其分布。如地层的渗透率具有均质和非均质性、各向同性和各向异性。均质非均质各向同性各向异性§1.1油气储集层及其简化2.油气层的参数模型均质非均质各向同性各向异性§1.1油气16等值参数模型：即平均值参数模型。用算术平均或加权平均的方法来确定油藏的平均渗透率。现在多用概率统计的方法确定。等价参数模型：就是利用实物与模型等价的方法来确定地层渗透率。如粒间孔隙结构采用等直径毛管束的理想结构模型求得渗透率值。§1.1油气储集层及其简化等值参数模型：即平均值参数模型。用算术平均或17§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型一、渗流过程中的力学分析1.流体的重力重力作用示意图表示重力势能的压力：重率：有时为动力有时为阻力AB§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型一、渗流过程中的力学182.流体的惯性力

流体由于具有质量，因此也具有惯性；当流体运动时，惯性总是要使其维持原状，因而惯性力在渗流过程中多表现为阻力；由于渗流时，渗流速度常很小，因此常忽略惯性力。§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型2.流体的惯性力§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型193.流体的粘滞力y阻力§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型3.流体的粘滞力y阻力§1.2渗流过程中的力学分析及驱动20岩石和流体压缩性的大小用压缩系数表示。4、岩石及流体的弹性力§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型流体压缩系数：岩石压缩系数：综合压缩系数：岩石和流体压缩性的大小用压缩系数表示。4、岩石及流体215.毛管力水油油水阻力动力2r§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型当Pc与流体流向相同时为动力,相异为阻力,但实际油藏中多表现为阻力.5.毛管力水油油水阻力动力2r§1.2渗流过程中22⑥边水压力:动力§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型⑥边水压力:动力§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型23二、与油藏有关的压力概念

1.原始地层压力2.供给压力3.井底压力井底静压（目前地层压力）井底流压§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型二、与油藏有关的压力概念井底静压（目前地层压力）井底流压§1245.折算压力§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型将油藏内各点的压力按静水力学内部压力分布规律折算到同一水平面上的压力,该压力即为折算压力。5.折算压力§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型将油藏内25

油藏中,同一水动力系统各点的折算压力应该相等,这也是判断油藏两点是否处于同一水动力系统的方法.同时也可以判断地层中流体的流向.●●油藏中,同一水动力系统各点的折算压力应该相等,●●26

基准面选取：通常取原始油水界面为基准面。

优点：在渗流规律研究中，直接使用折算压力，就不必考虑油层深度的影响，简化了理论推导和计算公式。特性：在静止流体内部各点的折算压力相等。§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型基准面选取：通常取原始油水界面为基准面。§1.2渗27

例1-1油藏中两点A、B，高差10米，压力分别为=9.35Mpa，=9.55Mpa，地层原油密度0.85，试判断地层中流体的流向？ABh=10m解：以B点所在平面为基准面，则：故，流向为由B点向A点。§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型例1-1油藏中两点A、B，高差10米，压力分别为286.压力梯度曲线油藏埋深～实测压力P的关系曲线。同一水动力系统应该为一直线.

P=a+bHHP推算开发井原始地层压力。§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型6.压力梯度曲线HP推算开发井原始地层压力。§1.229三、油藏能量①边水压头:将油驱入井底并举升到一定高度.②气顶压力:气体弹性驱动.③液体及岩石的弹性能④溶解气的膨胀能⑤原油的重力势能

值得注意的是:在流体流向井底的过程中,往往是各种能量同时起作用,但每种能量发挥的大小作用不尽相同,有的处于主导地位,有的处于从属地位.三、油藏能量①边水压头:将油驱入井底并举升到一定高度.30四.油藏驱动方式驱动方式:在油藏开采过程中主要依靠哪种能量来驱动,就称为何种驱动方式.①刚性水压驱动:边水或注入水.开采过程中油藏压力不变,弹性能忽略.②弹性水压驱动:边水供应不足,油藏压力变小,水区和油区的流体及岩石弹性膨胀.四.油藏驱动方式驱动方式:在油藏开采过程中主要依靠哪31

③弹性驱动:岩石及流体的弹性能为主要的驱油动力.(封闭边界,无气顶,无注入水)④溶解气驱动:主要依靠分离出的溶解气的弹性能驱动.③弹性驱动:岩石及流体的弹性能为主要32

⑤气压驱动:以气顶压力为主要的驱动方式.⑥重力驱动:依靠原油自身的重力驱动.

值得注意的是:油藏的驱动方式并不是固定不变的,随着油田的开发,油藏可以出现多种驱动方式.⑤气压驱动:以气顶压力为主要的驱动方33ABC重力水压驱动弹性驱动气压驱动溶解气驱§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型ABC重力水压驱动弹性驱动气压驱动溶解气驱§134渗流的基本规律

一、线性渗流规律二、非线性渗流定律三、特殊情况下的渗流规律渗流的基本规律一、线性渗流规律35渗流规律:描述压力与流速的关系.

压力和流速()是描述渗流的两个十分重要的物理量.线性渗流:流速与压力差(或压力梯度)呈线性关系的渗流.渗流规律:描述压力与流速的关系.36§1.3渗流的基本规律和渗流方式一、达西定律1.达西实验及其结果

1856年、法国人、享利·达西未胶结砂充填模型水流渗滤试验达西实验装置§1.3渗流的基本规律和渗流方式§1.3渗流的基本规律和渗流方式一、达西定律1856年、法37实验中相关力的表示：做多组实验：不同砂层横截面积、长度、砂粒大小、液体、压差实验结果：实验中相关力的表示：做多组实验：不同砂层横截面积、长度、砂粒38§1.3渗流的基本规律和渗流方式实验装置水平放置岩层水平达西定律达西线性渗流定律达西公式§1.3渗流的基本规律和渗流方式实验装置水平放置岩层水平达392.达西定律的讨论

(1)渗流速度v与真实速度u§1.3渗流的基本规律和渗流方式渗流速度：流体通过单位面积的体积流量。与力学上速度的物理含义的区别:它是宏观上统计的平均值,其方向为高压指向低压。A---渗流面积2.达西定律的讨论§1.3渗流的基本规律和渗流方式渗40真实速度:

---真实渗流面积—透明度在数值上与孔隙度相等§1.3渗流的基本规律和渗流方式真实速度:41（2）达西定律的适用条件ⅰ:流体为牛顿流体.ⅱ:渗流速度必须在适当的范围内(即流体为层流流动).ⅲ:流体不与岩石发生任何物理化学反应.ⅳ:岩石被某一相流体饱和.（3）渗流阻力达西定律欧姆定律渗流阻力要求记忆（2）达西定律的适用条件ⅰ:流体为牛顿流体.（3）渗流阻力42（4）达西定律的微分形式规定沿流体流动方向的速度为正。（5）达西定律的力学分析取一微小单元如下图所示:ⅰ:作用△L渗流段上两端面上的总压力.1-1断面:2-2断面:（4）达西定律的微分形式规定沿流体流动方向的速度为正。（543P1P2P1P244

---与岩石结构和几何特征有关的系数ⅱ:渗流段所受的总摩擦力ⅲ:流体自身重力在流动方向上的投影根据力的平衡关系有:---与岩石结构和几何特征有关的系数ⅱ:渗流段所受的总摩擦45该公式即为倾斜地层考虑重力影响的达西公式.若为水平地层，则有：该公式即为倾斜地层考虑重力影响的达西公式.若为水平地层，则有46摩擦力的推导：L单根毛管流速分布任一截面上微元体一、推导泊谡叶公式同心液筒圆柱面积作用于同一液筒上的驱动力：积分摩擦力的推导：L单根毛管流速分布任一截面上微元体一、推导泊谡47二、由泊谡叶公式推导总摩擦力公式流过该毛管的流量为：积分对于任一半径的毛管毛管中平均真实速度毛管截面积毛管不是等直径，也非圆形，引入修正系数单根毛管粘滞阻力对于岩芯（毛管束），截面积为A，孔隙截面积为，则毛管根数为：，总的粘滞力令：二、由泊谡叶公式推导总摩擦力公式流过该毛管的流量为：积分对于48二、渗流力学中常用物理量的单位（单位制）

油气层渗流力学中常用的单位制有：国际标准单位制（SI制)和达西混合单位制。如表所示。

§1.3渗流的基本规律和渗流方式二、渗流力学中常用物理量的单位（单位制）§1.3渗流的基本49单位制表参数名称产量符号SI制SI制实用单位DC混合单位制面积渗透率长度压缩系数时间厚度半径粘度压力密度，，，，，单位制表参数名称产量符号SI制SI制实用单位DC混合单位制面50本课程涉及大部分关系式中，各物理量的单位既可直接采用SI制下的基本单位，也可直接采用DC混合单位制下的基本单位，而无须对关系式进行变换；当采用某一单位制时，计算关系式中各物理量就必须使用符合该单位制规定的单位。（达西混合单位制）（SI制）§1.3渗流的基本规律和渗流方式本课程涉及大部分关系式中，各物理量的单位既可直接采51三、基本渗流方式（渗流形态）

流线：流体质点流过的路径，该曲线上各点的流速矢量与曲线相切。渗流方式单向流平面径向流球面径向流§1.3渗流的基本规律和渗流方式三、基本渗流方式（渗流形态）渗流方式单向流平面径向流球面径向521.单向流●流线是彼此平行的直线；●渗流截面上，各点的流速相等；●在液流方向上，渗流速度和压力是一维坐标x的函数。岩芯平面等厚薄板模型§1.3渗流的基本规律和渗流方式1.单向流●流线是彼此平行的直线；岩芯平面等厚薄板模型§1532.平面径向流§1.3渗流的基本规律和渗流方式2.平面径向流§1.3渗流的基本规律和渗流方式54●

流线是一组向一点聚集，或由一点向四周发散的直线；2.平面径向流●

各个平面上的渗流状况相同；●

若是稳定渗流，压力和流速是极坐标r的函数。聚集发散或§1.3渗流的基本规律和渗流方式●流线是一组向一点聚集，2.平面径向流●各个平面上的渗流553.球面径向流●

流体质点沿径向向一点汇集，或由一点沿径向向四周发散，流线为球的径向线；●若是稳定渗流，压力和流速是坐标x、y、z的函数或空间极坐标r的函数。或§1.3渗流的基本规律和渗流方式3.球面径向流●流体质点沿径向向一点汇集，或由一点沿径向向56非线性渗流:渗流速度v与压力梯度不成线性关系的渗流。分高速和低速两种。§1.4非线性渗流规律非线性渗流:渗流速度v与压力梯度不成线§1.4非线性渗57§1.4非线性渗流规律一、产生非线性渗流的原因①气井；②裂缝性油井；③砂岩油藏井底附近。当油藏中流体的流动速度过大时,流体的惯性阻力不可忽视,从而导致渗流速度v与压力梯度dP/dL的直线规律被破坏.非线性渗流一般出现在:§1.4非线性渗流规律一、产生非线性渗流的原因①气井；58

研究发现:

线性渗流→非线性渗流与层流→紊流比较相似,于是借用管流中区分层流和紊流的判定方法来判定线性渗流和非线性渗流.二、判断方法研究发现:二、判断方法59

根据雷诺数的定义：二、判断方法根据雷诺数的定义：二、判断方法60

确定的卡佳霍夫公式实验研究表明：渗流中的临界雷诺数为：线性渗流非线性渗流确定的卡佳霍夫公式实验研究表明：渗流中的临界雷诺数为：线61三、非线性渗流表达式

1.指数式式中：——取决于流体和岩石性质的系数；——渗流指数，实验证明：

线性区；线性关系破坏，为过渡区；渗流平方区。三、非线性渗流表达式1.指数式式中：——622.两项式粘滞阻力损耗惯性阻力损耗三、非线性渗流表达式2.两项式粘滞阻力损耗惯性阻力损耗三、非线性渗流表达式63

例1-2设有一下套管射孔完成井，液体仅能从直径为0.5厘米的100个小孔流入井中，油层厚度为10米，折算自地下日产量为100立方米，井半径=10厘米，地层渗透率K=1平方微米，孔隙度=0.2,原油粘度=3毫帕秒，原油密度0.80,试问：此时井底附近地层内渗流是否服从达西定律。小孔直径D，孔数n例1-2设有一下套管射孔完成井，液体仅能从直径为064解：流入小孔的渗流速度为：则由雷诺数公式得井底附近地层内渗流的雷诺数为：故，井底附近的渗流不服从达西定律。解：流入小孔的渗流速度为：则由雷诺数公式得井底附近地层内渗流65一.流体低速条件下的渗流规律

流体在低速时为一条不通过原点的直线,产生这一现象的原因主要是:①原油中的表面活性物质在渗流过程中会吸附在岩石表面,导致岩层的渗流率降低,即流体必须克服因吸附层产生的附加阻力(亦为附加压力梯度)才能流动.②岩层中的粘土成分吸引水分子形成水化膜,即流体在流动时必须附加一个压力梯度来破坏水化膜,这样才能使流体开始流动.启动压力梯度§1.5流体低速下的渗流规律一.流体低速条件下的渗流规律启动压力梯度§1.5流体低速下66

运动方程粘滞阻力附加阻力视渗透率运动方程粘滞阻力附加阻力视渗透率67二、气体低速下的渗流规律滑脱现象：气体渗流时，岩石孔道壁处速度不为零，岩芯渗透率随平均压力降低而增加的现象。气体渗流运动方程：常数视渗透率：气测关系曲线二、气体低速下的渗流规律滑脱现象：气体渗流时，岩石孔道壁处速68三、变形介质的渗流规律当地层中压力变化较小时,有当地层中压力变化较大时,有渗透率变化系数三、变形介质的渗流规律当地层中压力变化较小时,有当地层中压力69

如果考虑流体密度和粘度均为压力的函数时则有:则质量渗流速度为:粘度变化系数密度变化系数如果考虑流体密度和粘度均为压力的函数时则有:则质量渗流70●两相渗流运动方程：油相：水相：相渗透率小于绝对渗透率即：毛管力贾敏效应其它附加阻力§1.6两相渗流规律●两相渗流运动方程：油相：水相：相渗透率小于绝对渗透率即71思考题1.渗流的特点是什么？什么是渗流力学？2.什么是多孔介质？有哪些特点？3.在渗流过程中一般受到哪些力的作用？主要作用力是什么？4.油藏驱动类型一般有哪几种？5.什么是原始地层压力？获得原始地层压力的方法有哪些？6.什么是折算压力？其物理意义是什么？7.什么是达西定律？其适用条件是什么？为什么说它是线性渗流定律？8.写出渗流速度和真实速度的定义，并说明它们之间的关系。9.达西定律中各物理量可用什么单位？10.一般的渗流形式有哪些？不同渗流形式下达西定律的微分形式各是什么？11.在哪些情况下会出现非线性渗流？其运动方程各是什么？思考题1.渗流的特点是什么？什么是渗流力学？72井号油层中部实测地层静压（×10-1MPa）油层中部海拔（m）190-940288.5-870388-850489-880练习题1、四口油井的测压资料如下：已知：原油密度为0.8，原始油水界面海拔为-950m，试分析在哪个井区范围内形成了低压区。井号油层中部实测地层静压（×10-1MPa）油层中部海拔（m732、某油田在开发初期钻了四口探井，实测油层中部深度原始地层压力资料如表所示，以后又钻了一口井，油层中部海拔为-980米，但未测压。试根据已有测压资料推算此油层中部原始地层压力值。井号油层中部原始地层压力（×10-1MPa）油层中部海拔（m）182.5-900285.9-940393.125-10254103.07-1142练习题2、某油田在开发初期钻了四口探井，实测油层中部深度原始地层压74练习题3、某井放喷时估算产量1500t/d，原油密度0.85，体积系数1.2，油层厚度20m，孔隙度20%，渗透率640×10-3um2，地下原油粘度9mp·s，油井半径10cm，试判断井底渗流是否破坏线性关系。练习题3、某井放喷时估算产量1500t/d，原油密度0.8575第一章

渗流的基本概念和基本规律油气层渗流力学第一章

渗流的基本概念和基本规律油气层渗流力学76

§1.1油气储集层及其简化§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型§1.3渗流的基本规律和渗流方式§1.4非线性渗流规律§1.5流体低速下的渗流规律§1.6两相渗流规律主要内容§1.1油气储集层及其简化主要内容77§1.1油气储集层及其简化一、油气层的概念

油气层是油气储集的场所和空间。特点：具有统一的水动力学特点。在一个地质构造中流体是相互制约，相互作用的，每一个局部地区的变化都会影响到整体。§1.1油气储集层及其简化一、油气层的概念78§1.1油气储集层及其简化二、层状油藏1、特点：厚度小，分布面积大，多油层，多旋回的特点。§1.1油气储集层及其简化二、层状油藏1、特点：厚度小，分79§1.1油气储集层及其简化油层外部形状及简化示意图C气油水AABCDacb2、油气水的分布规律C气油水AABCDacb§1.1油气储集层及其简化油层外部形状及简化示意图C气油水80§1.1油气储集层及其简化封闭边界：边界为断层或尖灭，没有边水供给。定压边界：层体延伸到地表，有边水供给区，在边界上保持恒定的压头。3、边界类型§1.1油气储集层及其简化封闭边界：边界为断层或尖灭，没有81§1.1油气储集层及其简化4、水动力学特点按层划分水动力学系统，并认为流动只是在平面上进行，纵向上流体的运动和物质交换可以忽略不计。§1.1油气储集层及其简化4、水动力学特点82§1.1油气储集层及其简化三、块状油藏主要为灰岩和白云岩类储集层特点：面积小、厚度大，流体的流动为三维流动油水在纵向上分区：纯油区、过渡区、纯水区§1.1油气储集层及其简化三、块状油藏主要为灰岩和白云岩类83§1.1油气储集层及其简化四、油气储集层的简化层状油气藏：地层物性在纵向上的变化比在平面上的变化大得多；在水动力学上，流体只在平面上流动，可忽略纵向上流体的流动和物质交换。简化成”平面等厚模型”，即把油气藏看成等厚度的薄板。§1.1油气储集层及其简化§1.1油气储集层及其简化四、油气储集层的简化层状油气藏：84AB条带状薄板圆形薄板A>3BA<3B平面等厚模型(x，y)§1.1油气储集层及其简化§1.1油气储集层及其简化AB条带状薄板圆形薄板A>3BA<3B平面等厚模型§1.185块状油气藏：油层厚度相当大的油藏。简化成“厚度模型”，有时也将这种模型看成“半球状模型”。厚度模型(x，y，z)半球状模型§1.1油气储集层及其简化四、油气储集层的简化块状油气藏：油层厚度相当大的油藏。简化成“厚度模型”，有时也86五、油气层的孔隙结构模型和参数模型1、油气层的孔隙结构模型粒间孔隙结构溶洞孔隙结构纯裂缝结构裂缝孔隙结构三重混合结构微层理结构非层理结构三种介质六种结构§1.1油气储集层及其简化三重介质单纯介质双重介质五、油气层的孔隙结构模型和参数模型1、油气层的孔隙结构模型粒87假想结构模型理想结构模型粒间孔隙结构简化简化假想结构模型理想结构模型粒间孔隙结构简化简化88纯裂缝结构纯裂缝结构模型简化纯裂缝结构纯裂缝结构模型简化89裂缝孔隙结构裂缝孔隙结构模型溶洞孔隙结构溶洞孔隙结构模型裂缝孔隙结构裂缝孔隙结构模型溶洞孔隙结构溶洞孔隙结构模型902.油气层的参数模型

油气藏中岩石和流体的物性参数是随机变化的难以用连续函数来描述其分布。如地层的渗透率具有均质和非均质性、各向同性和各向异性。均质非均质各向同性各向异性§1.1油气储集层及其简化2.油气层的参数模型均质非均质各向同性各向异性§1.1油气91等值参数模型：即平均值参数模型。用算术平均或加权平均的方法来确定油藏的平均渗透率。现在多用概率统计的方法确定。等价参数模型：就是利用实物与模型等价的方法来确定地层渗透率。如粒间孔隙结构采用等直径毛管束的理想结构模型求得渗透率值。§1.1油气储集层及其简化等值参数模型：即平均值参数模型。用算术平均或92§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型一、渗流过程中的力学分析1.流体的重力重力作用示意图表示重力势能的压力：重率：有时为动力有时为阻力AB§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型一、渗流过程中的力学932.流体的惯性力

流体由于具有质量，因此也具有惯性；当流体运动时，惯性总是要使其维持原状，因而惯性力在渗流过程中多表现为阻力；由于渗流时，渗流速度常很小，因此常忽略惯性力。§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型2.流体的惯性力§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型943.流体的粘滞力y阻力§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型3.流体的粘滞力y阻力§1.2渗流过程中的力学分析及驱动95岩石和流体压缩性的大小用压缩系数表示。4、岩石及流体的弹性力§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型流体压缩系数：岩石压缩系数：综合压缩系数：岩石和流体压缩性的大小用压缩系数表示。4、岩石及流体965.毛管力水油油水阻力动力2r§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型当Pc与流体流向相同时为动力,相异为阻力,但实际油藏中多表现为阻力.5.毛管力水油油水阻力动力2r§1.2渗流过程中97⑥边水压力:动力§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型⑥边水压力:动力§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型98二、与油藏有关的压力概念

1.原始地层压力2.供给压力3.井底压力井底静压（目前地层压力）井底流压§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型二、与油藏有关的压力概念井底静压（目前地层压力）井底流压§1995.折算压力§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型将油藏内各点的压力按静水力学内部压力分布规律折算到同一水平面上的压力,该压力即为折算压力。5.折算压力§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型将油藏内100

油藏中,同一水动力系统各点的折算压力应该相等,这也是判断油藏两点是否处于同一水动力系统的方法.同时也可以判断地层中流体的流向.●●油藏中,同一水动力系统各点的折算压力应该相等,●●101

基准面选取：通常取原始油水界面为基准面。

优点：在渗流规律研究中，直接使用折算压力，就不必考虑油层深度的影响，简化了理论推导和计算公式。特性：在静止流体内部各点的折算压力相等。§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型基准面选取：通常取原始油水界面为基准面。§1.2渗102

例1-1油藏中两点A、B，高差10米，压力分别为=9.35Mpa，=9.55Mpa，地层原油密度0.85，试判断地层中流体的流向？ABh=10m解：以B点所在平面为基准面，则：故，流向为由B点向A点。§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型例1-1油藏中两点A、B，高差10米，压力分别为1036.压力梯度曲线油藏埋深～实测压力P的关系曲线。同一水动力系统应该为一直线.

P=a+bHHP推算开发井原始地层压力。§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型6.压力梯度曲线HP推算开发井原始地层压力。§1.2104三、油藏能量①边水压头:将油驱入井底并举升到一定高度.②气顶压力:气体弹性驱动.③液体及岩石的弹性能④溶解气的膨胀能⑤原油的重力势能

值得注意的是:在流体流向井底的过程中,往往是各种能量同时起作用,但每种能量发挥的大小作用不尽相同,有的处于主导地位,有的处于从属地位.三、油藏能量①边水压头:将油驱入井底并举升到一定高度.105四.油藏驱动方式驱动方式:在油藏开采过程中主要依靠哪种能量来驱动,就称为何种驱动方式.①刚性水压驱动:边水或注入水.开采过程中油藏压力不变,弹性能忽略.②弹性水压驱动:边水供应不足,油藏压力变小,水区和油区的流体及岩石弹性膨胀.四.油藏驱动方式驱动方式:在油藏开采过程中主要依靠哪106

③弹性驱动:岩石及流体的弹性能为主要的驱油动力.(封闭边界,无气顶,无注入水)④溶解气驱动:主要依靠分离出的溶解气的弹性能驱动.③弹性驱动:岩石及流体的弹性能为主要107

⑤气压驱动:以气顶压力为主要的驱动方式.⑥重力驱动:依靠原油自身的重力驱动.

值得注意的是:油藏的驱动方式并不是固定不变的,随着油田的开发,油藏可以出现多种驱动方式.⑤气压驱动:以气顶压力为主要的驱动方108ABC重力水压驱动弹性驱动气压驱动溶解气驱§1.2渗流过程中的力学分析及驱动类型ABC重力水压驱动弹性驱动气压驱动溶解气驱§1109渗流的基本规律

一、线性渗流规律二、非线性渗流定律三、特殊情况下的渗流规律渗流的基本规律一、线性渗流规律110渗流规律:描述压力与流速的关系.

压力和流速()是描述渗流的两个十分重要的物理量.线性渗流:流速与压力差(或压力梯度)呈线性关系的渗流.渗流规律:描述压力与流速的关系.111§1.3渗流的基本规律和渗流方式一、达西定律1.达西实验及其结果

1856年、法国人、享利·达西未胶结砂充填模型水流渗滤试验达西实验装置§1.3渗流的基本规律和渗流方式§1.3渗流的基本规律和渗流方式一、达西定律1856年、法112实验中相关力的表示：做多组实验：不同砂层横截面积、长度、砂粒大小、液体、压差实验结果：实验中相关力的表示：做多组实验：不同砂层横截面积、长度、砂粒113§1.3渗流的基本规律和渗流方式实验装置水平放置岩层水平达西定律达西线性渗流定律达西公式§1.3渗流的基本规律和渗流方式实验装置水平放置岩层水平达1142.达西定律的讨论

(1)渗流速度v与真实速度u§1.3渗流的基本规律和渗流方式渗流速度：流体通过单位面积的体积流量。与力学上速度的物理含义的区别:它是宏观上统计的平均值,其方向为高压指向低压。A---渗流面积2.达西定律的讨论§1.3渗流的基本规律和渗流方式渗115真实速度:

---真实渗流面积—透明度在数值上与孔隙度相等§1.3渗流的基本规律和渗流方式真实速度:116（2）达西定律的适用条件ⅰ:流体为牛顿流体.ⅱ:渗流速度必须在适当的范围内(即流体为层流流动).ⅲ:流体不与岩石发生任何物理化学反应.ⅳ:岩石被某一相流体饱和.（3）渗流阻力达西定律欧姆定律渗流阻力要求记忆（2）达西定律的适用条件ⅰ:流体为牛顿流体.（3）渗流阻力117（4）达西定律的微分形式规定沿流体流动方向的速度为正。（5）达西定律的力学分析取一微小单元如下图所示:ⅰ:作用△L渗流段上两端面上的总压力.1-1断面:2-2断面:（4）达西定律的微分形式规定沿流体流动方向的速度为正。（5118P1P2P1P2119

---与岩石结构和几何特征有关的系数ⅱ:渗流段所受的总摩擦力ⅲ:流体自身重力在流动方向上的投影根据力的平衡关系有:---与岩石结构和几何特征有关的系数ⅱ:渗流段所受的总摩擦120该公式即为倾斜地层考虑重力影响的达西公式.若为水平地层，则有：该公式即为倾斜地层考虑重力影响的达西公式.若为水平地层，则有121摩擦力的推导：L单根毛管流速分布任一截面上微元体一、推导泊谡叶公式同心液筒圆柱面积作用于同一液筒上的驱动力：积分摩擦力的推导：L单根毛管流速分布任一截面上微元体一、推导泊谡122二、由泊谡叶公式推导总摩擦力公式流过该毛管的流量为：积分对于任一半径的毛管毛管中平均真实速度毛管截面积毛管不是等直径，也非圆形，引入修正系数单根毛管粘滞阻力对于岩芯（毛管束），截面积为A，孔隙截面积为，则毛管根数为：，总的粘滞力令：二、由泊谡叶公式推导总摩擦力公式流过该毛管的流量为：积分对于123二、渗流力学中常用物理量的单位（单位制）

油气层渗流力学中常用的单位制有：国际标准单位制（SI制)和达西混合单位制。如表所示。

§1.3渗流的基本规律和渗流方式二、渗流力学中常用物理量的单位（单位制）§1.3渗流的基本124单位制表参数名称产量符号SI制SI制实用单位DC混合单位制面积渗透率长度压缩系数时间厚度半径粘度压力密度，，，，，单位制表参数名称产量符号SI制SI制实用单位DC混合单位制面125本课程涉及大部分关系式中，各物理量的单位既可直接采用SI制下的基本单位，也可直接采用DC混合单位制下的基本单位，而无须对关系式进行变换；当采用某一单位制时，计算关系式中各物理量就必须使用符合该单位制规定的单位。（达西混合单位制）（SI制）§1.3渗流的基本规律和渗流方式本课程涉及大部分关系式中，各物理量的单位既可直接采126三、基本渗流方式（渗流形态）

流线：流体质点流过的路径，该曲线上各点的流速矢量与曲线相切。渗流方式单向流平面径向流球面径向流§1.3渗流的基本规律和渗流方式三、基本渗流方式（渗流形态）渗流方式单向流平面径向流球面径向1271.单向流●流线是彼此平行的直线；●渗流截面上，各点的流速相等；●在液流方向上，渗流速度和压力是一维坐标x的函数。岩芯平面等厚薄板模型§1.3渗流的基本规律和渗流方式1.单向流●流线是彼此平行的直线；岩芯平面等厚薄板模型§11282.平面径向流§1.3渗流的基本规律和渗流方式2.平面径向流§1.3渗流的基本规律和渗流方式129●

流线是一组向一点聚集，或由一点向四周发散的直线；2.平面径向流●

各个平面上的渗流状况相同；●

若是稳定渗流，压力和流速是极坐标r的函数。聚集发散或§1.3渗流的基本规律和渗流方式●流线是一组向一点聚集，2.平面径向流●各个平面上的渗流1303.球面径向流●

流体质点沿径向向一点汇集，或由一点沿径向向四周发散，流线为球的径向线；●若是稳定渗流，压力和流速是坐标x、y、z的函数或空间极坐标r的函数。或§1.3渗流的基本规律和渗流方式3.球面径向流●流体质点沿径向向一点汇集，或由一点沿径向向131非线性渗流:渗流速度v与压力梯度不成线性关系的渗流。分高速和低速两种。§1.4非线性渗流规律非线性渗流:渗流速度v与压力梯度不成线§1.4非线性渗132§1.4非线性渗流规律一、产生非线性渗流的原因①气井；②裂缝性油井；③砂岩油藏井底附近。当油藏中流体的流动速度过大时,流体的惯性阻力不可忽视,从而导致渗流速度v与压力梯度dP/dL的直线规律被破坏.非线性渗流一般出现在:§1.4非线性渗流规律一、产生非线性渗流的原因①气井；133

研究发现:

线性渗流→非线性渗流与层流→紊流比较相似,于是借用管流中区分层流和紊流的判定方法来判定线性渗流和非线性渗流.二、判断方法研究发现:二、判断方法134

根据雷诺数的定义：二、判断方法根据雷诺数的定义：二、判断方法135

确定的卡佳霍夫公式实验研究表明：渗流中的临界雷诺数为：线性渗流非线性渗流确定的卡佳霍夫公式实验研究表明：渗流中的临界雷诺数为：线136三、非线性渗流表达式

1.指数式式中：——取决于流体和岩石性质的系数；——渗流指数，实验证明：

线性区；线性关系破坏，为过渡区；渗流平方区。三、非线性渗流表达式1.指数式式中：——1372.两项式粘滞阻力损耗惯性阻力损耗三、非线性渗流表达式2.两项式粘滞阻力损耗