第1章-渗流的基本概念和基本规律.

第一章渗流的基本概念和基本规律油气层渗流力学第1章渗流的基本概念和基本规律第一节油气藏及其简化第二节多孔介质及连续介质场第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型第四节渗流的基本规律和渗流方式第五节非线性渗流规律第六节两相渗流规律一、油气藏的类型二、油气藏的简化第一节油气藏及其简化一、油气藏的类型（构造、地层和岩性）第一节油气藏及其简化1、构造油气藏（背斜、断层、刺穿和裂缝）背斜油气藏挤压背斜基底升降背斜滚动背斜披覆背斜底辟拱生背斜一、油气藏的类型（构造、地层和岩性）第一节油气藏及其简化1、构造油气藏（背斜、断层、刺穿和裂缝）断层油气藏复杂断层简单单断层交叉断层逆断层一、油气藏的类型（构造、地层和岩性）第一节油气藏及其简化1、构造油气藏（背斜、断层、刺穿和裂缝）刺穿接触油气藏盐体刺穿泥火山刺穿岩浆岩体刺穿一、油气藏的类型（构造、地层和岩性）第一节油气藏及其简化1、构造油气藏（背斜、断层、刺穿和裂缝）裂缝油气藏一、油气藏的类型（构造、地层和岩性）第一节油气藏及其简化2、地层油气藏（地层不整合和地层超覆）地层不整合油气藏潜伏剥蚀突起油气藏潜伏剥蚀构造油气藏一、油气藏的类型（构造、地层和岩性）第一节油气藏及其简化地层超覆油气藏2、地层油气藏（地层不整合和地层超覆）一、油气藏的类型（构造、地层和岩性）第一节油气藏及其简化3、岩性油气藏（砂岩透镜体、生物礁和岩性歼灭）砂岩透镜体油气藏一、油气藏的类型（构造、地层和岩性）第一节油气藏及其简化3、岩性油气藏（砂岩透镜体、生物礁和岩性歼灭）生物礁油气藏一、油气藏的类型（构造、地层和岩性）第一节油气藏及其简化3、岩性油气藏（砂岩透镜体、生物礁和岩性歼灭）岩性歼灭油气藏二、油气藏的简化（层状、块状）1、层状油藏忽略流体在纵向上的流动和交换第一节油气藏及其简化圆形地层K=A/BB条带状地层A平面等厚模型(x，y)33二、油气藏的简化（层状、块状）1、层状油藏第一节油气藏及其简化底水油藏边水油藏封闭边界定压边界二、油气藏的简化（层状、块状）2、块状油藏必须考虑流体在纵向上的流动和交换。第一节油气藏及其简化第二节多孔介质及连续介质场一、多孔介质的特点及分类二、连续介质及连续流体一、多孔介质的特点及分类储容性、渗透性、大比面和孔隙结构复杂1、储容性meafpVV岩石的总孔隙（有效+无效孔隙）体积与岩石外表体积之比。fapaVV岩石的孔隙体积与岩石外表体积之比。fepeVV岩石的有效孔隙体积与岩石外表体积之比。fmpmVV饱和流体的岩石孔隙中，可流动的孔隙体积与岩石外表体积之比。第二节多孔介质及连续介质场2、渗透性reakkkkak绝对渗透率是岩心中100%被一种流体所饱和时测定的渗透率，是岩石本身固有特性，与通过流体无关，一般用气体测定。ek当岩石中有两种以上流体共流时，其中某一相流体的通过能力称为某相的有效渗透率。rk某相的有效渗透率与绝对渗透率的比值，叫做这一相的相对渗透率。一、多孔介质的特点及分类第二节多孔介质及连续介质场3、比表面性rSSSSVAS是指单位体积岩石内孔隙总内表面积，以岩石外表表面体积为基准。VAS以岩石骨架体积为基准的比表面以岩石孔隙体积为基准的比表面rrVAS一、多孔介质的特点及分类第二节多孔介质及连续介质场4、孔隙结构复杂性储集层的五种特性决定了渗流的特点：渗流阻力大；渗流速度慢一、多孔介质的特点及分类第二节多孔介质及连续介质场一、多孔介质的特点及分类单纯介质双重介质三重介质粒间孔隙溶洞-孔隙纯裂缝裂缝-孔隙孔隙-裂缝-溶洞三种介质七种结构纯溶洞裂缝-溶洞第二节多孔介质及连续介质场5、多孔介质分类①孔隙介质：以固体颗粒为骨架，在颗粒之间形成连通或不连通的孔隙。⊙多存在于砂岩油藏中，在油田最为常见。第二节多孔介质及连续介质场一、多孔介质的特点及分类5、多孔介质分类储、渗②裂缝介质：具有裂缝的多孔介质。⊙多存在于碳酸岩油藏中。纯裂缝裂缝－孔隙储、渗第二节多孔介质及连续介质场③溶洞介质：以次生溶洞为主要储集空间的岩石。⊙多存在于碳酸盐岩油气层。储、渗第二节多孔介质及连续介质场④理想土壤：由等直径的平行毛细管组成的多孔介质。⑤假想土壤：由等直径的固体颗粒堆积而成的多孔介质。第二节多孔介质及连续介质场伊利石蒙脱石粒间孔隙孔隙介质第二节多孔介质及连续介质场储层裂缝石英颗粒粒内裂缝裂缝介质第二节多孔介质及连续介质场第二节多孔介质及连续介质场二、连续介质及连续流体1、连续流体2、连续介质limpppplimpppppp一、渗流过程中的力学分析二、与油藏有关的压力概念三、油藏驱动类型及驱动能量第三节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、流体的重力和势能AB流体重力势能图gzPzg表示重力势能的压力：重率：MMzPzP阻力动力第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型2、流体惯性力当流体运动时，惯性使其总要保持原状，因而表现为阻力。第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型/mvadvPmmadtmaxvvdydvAFy3、粘滞力各层流体流速不同，存在一对作用力和反作用力，使快流层↓，慢流层↑，这一对力阻碍着流层的运动——阻力dydvvvxyzIII第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型PfP'P'P4、弹性力岩石和流体压缩性的大小用压缩系数表示。岩石压缩系数：PVVCfff1开采前开采后PPf''PPffCfC---表示油层压力每降低一个大气压时，单位体积岩石中孔隙体积的缩小值。fV---孔隙体积变化量第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型4、岩石及流体的压缩性和弹性力液体压缩系数：PVVCLLL1nRTPVZnRTPVLCLV---液体体积的变化量LC---表示压力每改变一个大气压时，单位液体体积的改变量。PLV负号对气体：第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型综合压缩系数：tCLftCCC5、毛管力θΔPPc油水θΔPPc油水cos2rPc亲油油藏，水驱油毛管力的方向：指向凹液面的弯曲方向。毛管力是动力还是阻力？毛管力与流体流向相同为动力，反之为阻力。但在实际油藏驱替中，多表现为阻力？PcPcP动润湿反转θΔPPc油水θΔPPc油水亲水油藏，水驱油：第三节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iP1、原始地层压力藏在开发以前，整个油藏处于平衡状态，此时油层中流体所承受的压力称为“原始地层压力”。获取方法：在开发初期，可以根据第一批探井获得。思考：开发中后期，如何获得？说明：当油层倾角较大时，各井油层中部深度各不相同。矿场实践表明，在油藏开发前的原始状况下，各井原始地层压力也是不相等的。第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型P2、目前地层压力藏开发过程中，不同时期的地层压力，与开发程度、水平有关。关闭所有井，稳定后，测定的地层中部压力，为目前的地层压力。获取方法：目前地层压力与原始地层压力的关系？第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型eP3、供给压力eP水井油井eP在油藏供给边界上的压力或注水井井底压力。微分方程的边界条件第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型wP4、井底压力eP水井油井ePwfPwfPwP井底流压：正常生产时，生产井或注水井的井底压力。井底静压：正常生产情况下，关闭一口井，其它井正常工作，稳定后的关闭井的井底压力。灌溉第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型rP5、折算压力ABCPPPBBP投产前，油藏处于平衡状态。ACAPCP油藏流体由C→B→A？A、B、C的高度不同。潜水、核潜艇只有把三口井压力折算到同一水平面上，才具有可比性。比个头、地质储量计算思考：为什么？第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型rP5、折算压力将油藏内各点压力按水力学内部压力分布规律，折算到同一水平面上的压力，叫做折算压力。同一水动力学系统，各点的折算压力应相等。判断油藏中两点是否处于同一水动力学系统。判断油藏中流体流向。BACBACBZAZAArAZPPBBrBZPPCCrCZPP==zPgHPr总水头用压力表示gugPzH22总能量),(iZfP实测第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型bHaP01PP2P3PH3H2H1H系数b称为压力系数；b0.7异常低压油藏；b1.2时异常高压油藏。6、压力梯度曲线油藏埋深与实测压力的关系曲线，叫做压力梯度曲线。不同水动力学系统压力梯度曲线也不同。iPMD可以计算开发中后期任意深度原始地层压力。开发初期的三个压力点?实测思考：PPi第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型6、压力梯度曲线54321PH54321rrrrrPPPPP确定流体分界面深度思考：P4和P5落在线上？),(iZfP实测第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型解：以B点所处的水平面为参考面则：prB=pB=9.5MPaprA=pA+γz=9.35+(0.85×103×9.8×10)/106=9.435MPaprBprA，所以油从B流向A。例：已知一油藏中的两点，如图，z=10m,pA=9.35MPa,pB=9.5MPa,原油重率γ=0.85，问油的运移方向如何？mz10AB第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型来源于与外界连通的边水或人工注入水。1、水压驱动生产井注水井边水压能三、油藏驱动类型及驱动能量第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型2、弹性驱动第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型PfP'P'P开采前开采后PPf''PPf综合压缩系数：LftCCC来源于岩石和液体的弹性。3、气压驱动第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型4、溶解气驱动来源于溶解气。第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型且油藏具有明显的倾角时这种能量才起作用。5、重力驱动来自原油本身的重力。油藏具有明显的倾角时这种驱动方式才起作用第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型在流体流向井底的过程中，往往是各种能量同时起作用，区别在于每种能量发挥作用的大小不同，在某个时期，某种能量会处于主导地位，其它能量处于从属地位，那么，在某个时期内，什么能量处于主导地位，就叫做什么驱。1）水压驱动（刚性和弹性：边水、人工注入水）2）弹性驱动（岩石和流体）3）气压驱动（气顶气）4）溶解气驱（溶解气）5）重力驱动（原油本身重力）一次采油、二次采油第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型6、驱动方式小结及三次采油介绍聚合物驱碱水驱表面活性剂驱二元复合驱聚合物+碱水聚合物+表面活性剂碱水+表面活性剂三元复合驱：聚合物+碱水+表面活性剂1）化学驱一元驱第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型6、驱动方式小结及三次采油介绍2）注酸（浓硫酸、盐酸-前苏联）油套管腐蚀严重3）注气（CO2、N2、NG）4）交替注气注水5）热采注蒸汽火烧油层蒸汽驱蒸汽吞吐6）物理法采油（震动、电场、磁场）6、驱动方式小结及三次采油介绍第三节渗流过程中的力学分析及驱动类型一、达西实验二、达西定律的力学分析三、基本渗流方式第四节渗流的基本规律和渗流方式一、达西实验acd1H2H达西实验装置图1、实验装置bHL第四节渗流的基本规律和渗流方式2、实验结果分析：1-1截面的总水头：2-2截面的总水头：111PzH222PzH1-2两截面的水头差：2121)(PPzzH两截面的折算压差为：121z1P2Pacd1HbL122H1H2H基准面rPHgH第四节渗流的基本规律和渗流方式一、达西实验3、达西公式4、达西单位1达西（D）=1000毫达西（mD）1微米2（um2）=1达西（D）若为水平地层动力/阻力LPAKQrLPAKQKALPQRPQKALR⊙渗流阻力第四节渗流的基本规律和渗流方式二、达西定律的力学分析1、渗流速度和真实渗流速度渗流速度流体通过砂层单位横截面积的流量。式中：Q—流量