渗流力学-单向流实验报告

中国石油大学渗流力学实验报告实验日期：2014.12.9成绩：班级：学号：姓名：教师：同组者：实验一单向流和平面径向流一、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率。三、实验流程四、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1.根据表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。实验仪器编号：单2#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基准读数1.11.11.10.31.11.11.40.81.00.62.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。测压管液面读数记录表流速测压管液面高度H（cm）和压力P（Pa）填砂管粗端填砂管细端123456789101H59.358.458.858.158.560.860.458.455.851.2P6438.66350.46389.66399.46360.26585.665176379.86105.45693.82H38.437.638.337.237.839.438.836.032.426.5P4390.443124380.64351.24331.64488.44400.24184.63812.23273.23H22.621.822.421.522.324.624.120.916.69.8P28422763.62822.42812.62812.630382959.62704.82263.81636.6数据处理算例：以第一组数据为例，p=ρgh=9800×(59.3+9.02−1.1+3)×10−2=6438.6𝑃𝑎流速次数体积（cm3）时间(s)流量(cm3/s)平均流量(cm3/s)11320208.751.5331.5072220145.721.5103200135.281.47821220105.882.0782.036215575.562.051314573.311.978115060.002.5003214057.432.4382.466315563.002.460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2.0cm，相邻两测压管中心间距＝12.5cm；流体粘度＝1mPa•s。数据处理算例：以第一组数据为例，Q=𝑉𝑡=320208.75≈1.533𝑐𝑚3/𝑠𝑄̅=1.533+1.510+1.4783=1.507cm3/s由上表计算数据，可得出测压管压力与流动坐标的关系：：测点12345678910Q16438.66350.46389.66399.46360.26585.665176379.86105.45693.81.50724390.443124380.64351.24331.64488.44400.24184.63812.23273.22.036328422763.62822.42812.62812.630382959.62704.82263.81636.62.466坐标012.52537.55062.57587.5100112.5由上表，可以得出测压管压力-流动距离关系曲线以x=62.5cm为界，两边的曲线基本呈线性关系，在两侧出现斜率突变，主要原因是在x=62.5cm处出现了管径的突变。根据达西公式v=−𝑘𝜇𝑑𝑝𝑑𝑥,A减小-,v增大，𝑑𝑝𝑑𝑥增大，斜率增大，出现了突变。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。渗透率计算表格P:10-4×10-1MPa序号流量（cm3/s）1=1−52=−10渗透率𝑚21211.5077.8489.18539.7622.0365.88121.52535.1632.4662.94140.14562.07根据曲线，对细管，流量，压差基本呈线性关系。对粗管，流量，压差不成线性关系，压差随流量增大而减小。4.根据达西定律，分别计算两段地层的平均渗透率。渗透率公式为k=QμL/A∆p式中：A—渗流截面积，cm2；L—两个横截面之间距离，cm；Pe—入口端面压力，10-1MPa；pw—出口端面压力，10-1MPa；μ—流体粘度,mPa.s。取第一组数据中的细管，1=𝑄𝜇𝐿𝐴=1.507×1×50.815.904×89.18×10−4=539.76因此细管的渗透率都可以计算，但对于粗管，由于实验中流量调节过大，呈非线性渗流，无法使用达西公式计算。对细管，̅=𝑘1+𝑘2+𝑘33=545.66𝑚2六．实验总结通过本次实验，我更深入地理解了达西定律，也看到了达西定律本身的局限性，在流量较大出现湍流时，达西定律就不再适用，在本次实验时，由于调的流量比较大，不属于线性渗流，无法用达西公式计算，因此没能计算出填砂管粗端的渗透率。与其他人的世界结果进行比较，也可以发现如果粗管流量较小，还是可以计算出粗填砂管的渗透率。