中国石油大学(华东)不可压缩流体单向稳定渗流实验单向流实验报告.doc

中国石油大学 渗流力学 实验报告实验日期： 成绩： 班级： 学号： 姓名 教师： 同组者： 实验一 不可压缩流体单向稳定渗流实验一、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110测压管 11供液阀 12供液筒 13溢流管 14供液控制阀15水平单向渗流管（粗） 16支架 17水平单向渗流管（细） 18出口控制阀 19量筒图1 一维单相稳定渗流实验流程图四、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. 关闭出口阀控制“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. 稍微打开出口阀控制“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。五、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。表1 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测压管基准读数cm0.81.00.90.70.71.41.20.60.41.2表2 测压管液面读数记录表数据次数测压管液面读数，cm体积cm3时间s流量cm3/s平均流量cm3/s填砂管粗端填砂管细端12345678910140.340.239.839.238.939.735.631.826.720.884302.802.8184302.8085302.83233.433.433.032.331.932.226.922.215.88.386302.872.8886302.8787302.90329.329.128.828.227.928.523.919.613.97.293303.103.0992303.0793303.10填砂管粗端直径= 9.0 cm，长度= 52.3 cm；填砂管细端直径= 4.5 cm，长度= 50.8 cm；填砂管粗端截面积A1= 63.585 cm2，填砂管细端截面积A2= 15.896 cm2；填砂管上部接头厚度3.0cm，相邻两侧压管中心距= 12.5 cm；流体粘度= 1 mPas。以填砂管的中心线为基准面，则在平均流量Q1=2.81cm3/s时，1#管的水柱高度为：h1=40.3+92+3-0.8=47.0cm6#管的水柱高度为：h6=39.7+4.52+3-1.4=43.55cm其余各组计算同上，将所有各组计算结果总结如表3。表3 三个不同平均流量下的各编号测压管对应的水柱高度平均流量（cm3/s）各编号测压管对应的水柱高度（cm）123456789102.814746.746.44645.743.5539.6536.4531.5524.852.8840.139.939.639.138.736.0530.9526.8520.6512.353.093635.635.43534.732.3527.9524.2518.7511.252. 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。以平均流量Q1=2.81cm3/s时的1#管为例计算：P=gh=11039.80.47=4606Pa其余各组计算同上，将其余各组计算结果总结如表3。表3 三个不同平均流量下的各编号测压管对应的测压管压力流动距离cm测压管压力Pa平均流量cm3/s12345678910012.52537.55062.57587.5100112.52.8146064576.64547.245084478.64267.93885.73572.13091.92435.32.883929.83910.23880.83831.83792.63532.93033.12631.32023.71210.33.0935283488.83469.234303400.63170.32739.12376.51837.51102.5由表3的数据绘制三个流量下，测压管压力与流动距离的关系曲线如图2。图2 测压管压力与流动距离的关系曲线曲线斜率变化的原因：粗填沙管和细填沙管段的渗透率不同，从而使得两段的流动阻力不同，1-5号管和6-10管中的流体，由于流动阻力的线性增加，致使总水头也随着线性减少，因此各段曲线的斜率几乎不变化。而5、6管则由于管径的变化以及两者渗透率的不同而使压力发生变化，导致曲线斜率发生变化。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。三个不同的平均流量与岩石两端压差的相关数据记录如表4。表4 三个不同的平均流量与岩石两端压差数据记录表数据序号流量（cm3/s）P1=P1P5（101MPa）P2=P6P10（101MPa）12.810.0012740.01832622.880.0013720.02322633.090.0012740.020678由表4数据，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如图3所示。图3 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由图可知，两段地层流量与岩石两端压差的关系曲线并没有成很好的线性规律。原因可能是由于实验的误差以及操作方面的原因所致，例如没有等到液面完全稳定读数所带来的误差。4. 根据达西定律，分别计算两段地层的平均渗透率。以平均流量Q1=2.81cm3/s的数据为例，由达西定律，可得：粗砂管的渗透率：k11=Q1LAP1=2.8115063.5850.001274=1734.41m2细砂管的渗透率：k21=Q1LAP2=2.8115015.8960.018326=482.30m2同理，可以求得平均流量为Q2=2.88cm3/s时粗砂管的渗透率k12=1650.65m2，细砂管的渗透率k22=390.03m2；平均流量为Q3=3.09cm3/s时粗砂管的渗透率k13=1907.24m2，细砂管的渗透率k23=470.04m2。所以，粗砂管平均渗透率为：k1=k11+k12+k133=1734.41+1650.65+1907.243=1764.10m2细砂管平均渗透率为：k2=k