平面径向流试验

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中国石油大学渗流力学试验报告

试验日期：成绩：

班级：学号：1姓名：教师：付帅师同组者：

试验二不可压缩流体平面径向稳定渗流试验

一、试验目的

1、平面径向渗流试验是达西定律在径向渗流方式下的表达，通过本试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下降规律，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、非均质地层等繁杂状况下的渗流问题及其规律深入分析和理解。

二、试验原理

平面径向渗流试验以稳定渗流理论为基础，采用圆形填砂模型，以流体在模型中的滚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(压降漏斗曲线)；根据平面径向稳定渗流方程的解计算填砂模型的滚动系数及渗透率。

三、试验流程

试验流程见图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）；2～16－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平面径向流试验流程图

四、试验步骤

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、开启供水阀“26〞，开启管道泵电源，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〞，开启进水阀“25〞向填砂模型注水。4、当液面平稳后，开启排水阀“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、调理排水阀，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，终止试验。

注：待学生全部完成试验后，先关闭管道泵电源，再关闭供水阀26。

五、试验要求及数据处理

1、试验要求

(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：

Q?2?Kh?Pe?Pw?R?lneRw（2-1）

任意半径范围的渗透率计算公式：

r1r2K?2?h?P1?P2?（2-2）

Q?ln式中：

PeRe—模型外边缘压力，10-1MPa；—供给边缘半径，cm；

Pw—模型出口端面压力，10-1MPa；—井筒半径，cm；

Rwh—地层厚度，cm；?—流体粘度，mPa?s；

P1、P2—任意半径r1、r2处的压力，10-1MPa。

3、平面径向流试验数据记录表

试验设备编号：径3井

表1测压管液面基准读数记录表

测压管编号基准读12345678910111213141516170.20.30.30.30．00.20.20.30.30.30.20.30.20.10.10.20.1数，cm

表2测压管液面数据表

序号11原始/cm修正/cm14.10266.90366.75466.50566.667.767.15测压管液面读数，cm867.20967.281067.401167.271267.301367.301467.501567.451667.501767.50501513.66.66.66.66.66.66.66.66.67.67.67.67.67.67.67.67.964525959599810701435346566566556566576576561.11.16.24.05.82.9670.9070.8070.8570.8071.0570.8070.956576606606596605.85.20.35.45.270.8170.9570.8570.8570.86压力/Pa1366526516486512.26.82.17.672原始/cm修正/cm55.8070.9070.6570.7070.5055.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.70.66354576555756656185756576压力/Pa5446916896896906926916916906936916926916946936926938.88.84.39.298.68.83.993.58.83.79.83.33.53.74.53原始/cm修正/cm34.3569.0568.8368.8068.6569.1069.0069.0569.2069.3569.1069.2069.1669.3569.2269.2369.3034.68.68.68.68.68.68.68.68.69.68.68.68.69.69.69.69.157553565987590599962512032压力/Pa3346736716716726756746736756766756756756786776766786.77.55.937.72.22.47.52.26.92.22.28.16.53.84.91.6

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。

表3测压管流量相关数据表

序号123次数123123123体积(cm?3)时间（s)22547.2119541.4215232.429052.996838.8310160.4613443.6311938.228827.69流量（cm?3/s)4.7664.7084.6881.6981.7511.6713.0713.1143.178平均流量（cm?3/s)4.7211.7073.121（1）取测压管1号管第一组数据为例，进行计算：

测压管水柱修正后高度为：h1=14.10－0.2=13.9(cm)测压管压力：P1=ρgh=1000*9.8*13.9/100=1362.2(Pa)同理可得其余各组数据，其结果填入表2中。

（2）绘制压降漏斗曲线：

从表2中取出测压管1,3,5,7,9,11,13,15,17的相关数据如表4所示：

表4流量一下压力随位置的变化数据表

序号测压管标号滚动距离/cm修正测压管水柱1高度/cm测压管压力/Pa修正测压管水柱2高度/cm测压管压力/Pa修正测压管水柱3高度/cm测压管压力/Pa15-17.7667.356600.370.7511-13.3267.076572.970.67-8.8866.956561.170.63-4.4466.456512.170.351013.91362.255.654.4466.5651770.5690968.6598.8866.986564.070.5690968.91313.3267.16575.870.611717.7667.46605.270.766933.56918.86918.86894.35448.869.1268.968.868.5334.156919.86934.568.9669.26773.86752.26742.46715.93346.76727.76752.26758.16781.6

根据上表表4数据可绘制压降漏斗曲线如下：

图一压降漏斗曲线图

图形分析：

由图形可以看出，随着测压管到中心的距离的逐渐增加，测压管压力迅速增大，之后，就在几乎保持不变，近似水平线，整条曲线图形呈一个漏斗状。由于，地层的能量损失主要集中在井底附近，在距离井底越远的地方损失的能量越少，压力是表示能量大小的物理量，根据压力公式P?Pe?Pe?PwRe，lnRerlnRw可以看出，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。

（3）r=4.44cm时，结合表2中的数据：

△P1=(6526.8+6512.1+6487.6+6517)/4-1362.2=6510.9-1362.2=5148.7Pa△P2=(6918.8+6894.3+6899.2+6909)/4-5448.8=6905.3