中国石油大学-水电模拟

中国石油大学渗流物理实验报告实验日期:成绩:班级:学号:姓名:教师:付帅师同组者:水电模拟渗流实验水电模拟实验是根据水－电相似原理而研制的一种模拟实验装置。采用水电模拟实验可以很容易地模拟各种复杂的边界条件，可以直接观察流体的流动情况，并且很容易测试油水井产量（注入量）、等势线分布、流线分布等。实验结果还可用来检验数值模拟和解析解的准确性。由于水电模拟实验所用的电解质溶液是均匀稳定的，因此它可用来研究均质地层刚性流体的稳定渗流问题。本实验在介绍水电模拟原理、实验装置、测试原理的基础上，介绍平面径向渗流模拟实验、直井五点法井网渗流模拟实验。该类实验具有很大的灵活性和延展性，通过本实验可以扩展思路、发挥想象力及创造能力，并能设计出更多、更好的模拟装置，发展扩充完善渗流实验。一、实验目的（1）掌握水电模拟的实验原理、实验方法，学会计算相似系数；（2）测定圆形定压边界中心一口直井生产时产量与压差的关系，并与理论曲线进行对比，加深对达西定律的理解；（3）测定生产井周围的压降漏斗曲线，加深对压力场的分布的认识。二、计算原理圆形恒压边界中心一口直井（完善井）稳定生产时产量计算公式：2lnefwKhPPQrRr(1)地层中任一点压力分布公式：lnlnlnWewwPrPPABrrrr(2)由相似原理可知，模拟模型中电压与电流同样满足上述关系式：完善“井”“产量”公式：2lnmemmwmhUUIrRr(3)改变电压U值，并测得相应的电流值I。由此可得到U-I关系曲线（理论上应为直线）。任一点电压分布公式：lnlnlnmwmmmmemwmwmrUUUABrrrr(4)固定U值,测得不同mr处的电位值U，由此可得“压降”漏斗曲线。由“完善井”电压与电流的关系及相似系数Cp、Cq，可以求出完善井压差（wePP）与流量的关系：流量:qCIQ；压差：pweCUPP(5)由模拟条件下任意半径mr处的电位值U，可求得实际地层中任意半径r出的压力P，即可求得地层中的压力分布：压力：pCUP；对应半径：LmCrr(6)式(1)的压力及半径均用式（6）处理，可求得实际地层中任意点的压力分布。三、实验流程图1圆形恒压边界中心一口直井电路图1-电解槽2-铜丝（模拟井）3-供给边界图2测电压法测定压降曲线电路图1－电解槽2－铜丝（模拟井）3－供给边界四、实验步骤（1）确定并计算实验参数a、首先确定模拟油藏的参数的大小：渗透率K、供给半径er、井半径wr、油层厚度h、流体粘度、生产压差（wePP），计算油井产量Q；确定模拟系统的有关参数的大小：模拟油藏供给半径emr、最大电流I、最大电压U。b、计算相似系数：emeLrrC，QICq，PUCp，计算CqCpCr/，CCCrl1，c、由kC，计算NaCl溶液的电导率，溶液厚度hChLm，具体方法见示例。（2）根据电导率值，从NaCl溶液浓度与电导率关系曲线中查出NaCl与蒸馏水配制比例，然后进行配制。（3）配制完毕，测定溶液实际电导率值，计算相似系数C。（4）将调压器旋钮旋至“0”位置，按图1所示连接好电路。（5）打开电源，顺时针旋转变压器旋钮，将电源电压调到所需值（10伏）。（6）顺时针慢慢旋动调压器的旋钮，使电压值从低到高变化（最高测量电压10伏），并测定各个电压值下生产井的电流值，计算相应的压差及流量。（7）压降漏斗曲线的测定：连接好图2所示电路，旋动调压器的旋钮，使测量电压为一固定值（如10伏），通过滑轨计录生产井的坐标（xO,yO），将一外接电压表一端与测针相连，另一端接零线。从生产井位置（xO,yO)开始，沿某一半径方向移动测针，隔一定距离记录一个电压值和相应点坐标值(x,y)，式(6)转换，就可测出压降漏斗曲线。注意：井附近数据点密一些，往外疏一些。五、数据与处理结果记录实验仪器编号：2水槽尺寸：85x125表1产量与压差关系数据表模型参数：rem=35cm；rwm=0.08cm；hm=5.83cm；ρ=1520μs/cm；T=16℃地层参数：re=；rw=；h=；K=；μ=；P=序号12345678ΔU(V)345678910I(mA)17.522.229.238.044.450.755.861.5P(MPa1.0)3456789103()Qmd3.734.736.228.109.4610.8111.8913.11Qmdt()35.357.148.9210.7112.4914.2816.0617.85e(%)30.3233.7130.2424.3524.2424.3025.9426.54表中Q为实验值，Qt为理论计算值，e为二者之间的偏差。表2压降漏斗曲线数据记录表（电压法）外加电压：井的位置：x0=cm,y0=cm序号1234567离生产井距离rm(cm)0.10.515102030位置(x,y)(cm)45.7,28.446.1,28.446.6,28.450.6,28.455.6,28.465.6,28.475.6,28.4与生产井间的电压ΔU(V)3.684.455.127.378.429.4610.12油藏中距井半径r（m）0.18750.93751.8759.37518.7537.556.25与井底压力间的差值ΔP（MPa1.0）3.684.455.127.378.429.4610.12理论曲线中的压降值ΔPt（MPa1.0）0.4783.9205.4028.84310.32511.80712.674六、数据处理与曲线绘制（1）电解质溶液配制计算根据达西定律，求生产井的理论产量：Q=2πKhμΔplnrerw=2π×0.1×10005×13ln6562.515=268.64cm3/s估算电导率，当I=0.1A时，则相似流量系数为：Cq=IQ=0.1268.55=3.724×10-4A/(cm3/s)而且Cp=1V/0.1MPa由相似关系得Cr=CpCq=2685.3cm3/(s·A·0.1MPa)由Cr=1CρCl得Cρ=CrCl模型供给边界半径Rem=35cm,则Cl=RemRe=356562.5=5.33×10-3得Cρ=1CrCl=0.0699[A·s·0.1MPa/(cm3·V)电导率ρ=Cρkμ=0.0699×0.15=1.398mS/cm查表可得，蒸馏水体积与NaCl质量比为1400mg/L。计算所需NaCl的重量和蒸馏水体积：根据几何相似关系，求出溶液厚度hm=Clh=5.33×10-3×1000=5.33cm溶液体积V=5.33×85×125=56631.25cm3=56.6L则NaCl的质量W=56.6×1.4=79.24g即在电解槽中加入蒸馏水56.6升，再加入79.24gNaCl溶解即可制得所需的溶液。（2）计算相似系数验证之前的计算：几何相似系数Cl=remre=3565.625×102=0.00533hm=h×Cl=1000×0.00533=5.33cm压力相似系数Cp=ΔUΔP=1V/0.1MPa流动相似系数Cρ=1CrCl=12685.3×0.00533=0.076[A·s·0.1MPa/(cm3·V)]流量相似系数Cq=CpClCρ=1×0.00533×0.076=4.05×10-4(A·s/cm3)阻力相似系数Cr=CpCq=14.05×10-4=2467.1[(cm3·V)/(A·s·0.1MPa)]说明计算无误，微小误差为截止误差。（3）产量与压差关系举例说明压力、实际产量和理论产量、误差的计算过程，并将数据填在表1中，绘制产量与压差的实际和理论关系曲线。以1号为例对应压力差ΔP1=ΔUCp=31=3MPa实际产量Q1=ICq=0.01754.05×10-4=43.17cm3/s=3.73m3/d由达西定律可得理论产量Qt1=2πkhΔpμlnrerw=2π×0.1×1000×35ln6562.515=5.36m3/d误差e=Qt1-Q1Qt1=5.36-3.735.36=30.32%流量与压差关系图（4）压降漏斗数据处理与曲线绘制举例说明实际半径、实测压差和理论压差计算过程，并将数据填在表2中，绘制实测与理论压降漏斗曲线。以第一组数据为例：实际半径r=rmCl=0.10.00533=0.188m与井底压力差ΔP=ΔUCp=3.681=3.68×10-1MPa设井口处压力为零，则理论压降值ΔPt=pe-pwlnrerwlnrrw=13ln65.6250.15ln0.1880.15=0.483×10-1MPa模拟与理论的压降值与距离关系图：由于探针与井底接触时是面接触，且有弹性，所以距离生产井的距离需要更正一定数值，本图中为0.9cm，附加上之后，得到以上图形。可知模拟压差与实际生产压差趋势相同，且压降曲线均为对数型。六、实验总结通过本次实验掌握水电模拟的实验原理、实验方法，学会计算相似系数；学会了测定圆形定压边界中心一口直井生产时产量与压差的关系，在处理实验数据的时加深了对达西定律的理解；而且学会了测定生产井周围的压降漏斗曲线，加深对压力场的分布的认识。最后要感谢同学之间的配合和老师的耐心指导。