第一章--渗流的基本概念和基本定律

第一章渗流的基本概念和基本定律第一节油气储集层第二节渗流的基本概念第三节油藏能量及驱动方式第一节油气储集层•一多孔介质的分类及其简化•二储集层外部形状及其简化•三储集层的特点粒间孔隙结构单重介质纯裂缝结构纯溶洞结构裂缝孔隙结构双重介质溶洞孔隙结构裂缝溶洞结构三重介质溶洞--裂缝--孔隙结构一多孔介质的分类及其简化储集层按其内部空间结构特点可以分为三种介质七种结构:二储集层外部形状及简化①根据储集层的厚度:层状油藏,块状油藏(球形流)②根据边界条件:定压边界,封闭边界③根据平面延伸系数:长轴3圆形地层短轴3条带形地层三储集层的特点①储集性②渗透性K③压缩性④分散性⑤复杂性（孔隙结构）:四通八达杂乱无序很难用数学的方法来表征孔喉的形态，多靠实验来实现。渗流的特点:①渗流阻力大②渗流速度慢fCaemrKaKeKtCCrCSSSrS第二节渗流的基本概念一.渗流的三种基本几何形式①平面单向流（一维问题）②平面径向流（二维问题）第二节渗流的基本概念一.渗流的三种基本几何形式③球形径向流（三维问题）第二节渗流的基本概念一.渗流的三种基本几何形式二.渗流速度①定义:流体通过单位面积的体积流量.②计算:A---渗流面积③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.AQV第二节渗流的基本概念④真实速度:---真实渗流面积AQVAAAVV—透明度在数值上与孔隙度相等第二节渗流的基本概念三.油藏中压力的概念①原始地层压力Pi油田未开发前的地层中流体承受的压力.对于同一水动力学系统其压力梯度曲线(即P~H曲线)应该为一直线.一个油藏若处于多个水动力学系统,其压力梯度曲线则为一条折线.第二节渗流的基本概念②目前地层压力PR③井底压力Pwf:井底油层中部压力.④静压:关井后所测得的压力.⑤边界压力Pe:油藏边界上的压力⑥折算压力Pz: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.第二节渗流的基本概念油藏中,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.ZXAMAPMPAZMZMMZMgZPPAAZAgZPP●●第二节渗流的基本概念⑦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.iPHO第二节渗流的基本概念第三节油藏能量及驱动方式一.受力分析地下流体在地层中渗流主要受到以下几方面里的作用:①重力:有时为动力,有时为阻力.MM②惯性力:通常表现为阻力③粘滞力(阻力):④弹性力:drdvAF速度梯度lfCCC表现为动力第三节油藏能量及驱动方式⑤毛细管压力: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.⑥边水压力:动力cosr2PC第三节油藏能量及驱动方式二.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.第三节油藏能量及驱动方式三.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.第三节油藏能量及驱动方式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.）（弹bitfPPCVQ）（bifPPCV第三节油藏能量及驱动方式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.第三节油藏能量及驱动方式第二章渗流的基本规律第一节线性渗流规律第二节非线性渗流定律第三节特殊情况下的渗流规律第一节线性渗流规律渗流规律: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.,P一.达西定律LHAZZHHAQ2121LAKQiLAKQiiK--比例常数,渗流系数第一节线性渗流规律进一步实验表明:iKKKiLKAQLKAQv呈线性关系~v~v流体重率岩石绝对渗透率第一节线性渗流规律如有一口井:m10h,d/m250Q3s/m1032.2rh2Qw3m10279.0g2w62iiiPZg2wZ2iiii又Wi可以忽略m1.0r,2.0w第一节线性渗流规律)PZ()PZ(221121)ZP()ZP(2211Z2Z1ZPPPLKAQZLPKAQ对于水平地层,则有:要求记忆第一节线性渗流规律二.达西定律的讨论①渗流速度与真实速度vwwvAQwAQv渗流流量渗流面积孔隙度第一节线性渗流规律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.RPPQKAL③渗流阻力RUIKALR达西定律欧姆定律渗流阻力要求记忆第一节线性渗流规律④达西定律的微分形式规定沿流体流动方向的速度为正.dLdPKvLPKv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:11APF2-2断面:22APF第一节线性渗流规律P2P1Z2Z1---与岩石结构和几何特征有关的系数LvAF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)ZZ(gAALSingP21Z根据力的平衡关系有:AvL)ZZ(gA)PP(A2121第一节线性渗流规律该公式即为倾斜地层考虑重力影响的达西公式.得：令K]gSinLPP[KALPPAKQ212Z1ZLPPKAQ21L)]gZP()gZP[(AvAQ2211若为水平地层，则有：三.渗流力学常用单位制①工程单位制(公斤.米.秒)②物理单位制(克.厘米.秒)③混合单位制(达西单位制)④国际单位制第二节.非线性渗流定律非线性渗流: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。dLdP0一.产生非线性渗流的原因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气井②裂缝性油田③砂岩油田射孔井等第二节.非线性渗流定律二.非线性渗流的判定方法(高速)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.第二节.非线性渗流定律根据雷诺数的定义：粘滞阻力惯性阻力eR12122eLALAR有关，与式中：K1几何参数与岩石孔隙结构有关的2），，（2Kf第二节.非线性渗流定律确定的卡佳霍夫公式231750K231750KRe小数,p,cm/g,DcK,s/cm33.0~2.0Re3.0~2.0Re3.0~2.0Re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第二节.非线性渗流定律三．非线性渗流的表达式n)dLdP(CvtaneRtan①指数式:C→与岩石及流体性质有关的系数n→渗流指数½≤n≤11线性½~1过渡区½平方区线性区过渡区平方区ⅡⅢnⅠ第二节.非线性渗流定律②二项式代入Re和得微分形式ReReReRe2vLPK2RebaRe2BALP)K(dLdP2a将实验数据处理成曲线得一直线段。～阻力系数第二节.非线性渗流定律③气体指数式方程En)dLdP(E1n21---与流体及岩石有关的系数---气体重率第三节特殊情况下的渗流规律一.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.gradP||低速常规v启动压力梯度运动方程gradP)gradP1(KgradPgradP0常数（压力梯度量纲）KgradP1K）（设KKgradPKKgradP即粘滞阻力附加阻力视渗透率二.变形介质的渗流规律dLdPpPK)()()]PP(1[iKi)P(KK)PP(i)P(ikeKKdPdKKiK1当地层中压力变化较小时,有当地层中压力变化较大时,有渗透率变化系数如果考虑流体密度和粘度均为压力的函数时则有:)]PP(1[ii)]PP(1[iidPdi1dPdi1dLdP)]PP(1[)]PP(1[)]PP(1[Kiiiiiki则质量渗流速度为:粘度变化系数密度变化系数