渗流力学-油气渗流.ppt

一 油气储集层的分类和性质二 力学分析 质量力 粘滞力 弹性力 毛管力 三 相关压力 原始地层压力 折算压力 目前地层压力 供给压力 井底压力 M点所具有的总能量 折算压力表示油层中各点流体所具有的总能量 P仅仅表示该点处压能的大小 油水界面 供给压力pe表示油藏存在稳定供给区时 在供给边缘上的压力静压 或静止压力 油气井关井后 液面恢复到稳定时所测得的井底压力 地层压力 井底压力 在井底油层中部测得的压力油井生产时井底测量得到的压力 习惯上也称为该井的流压 油层能量 边水压头 气压驱动 液体及岩石的弹性能 溶解气的膨胀能 原油本身的重力能 油藏中的驱油能量和驱动方式 驱动方式 水压驱动弹性水压驱动刚性水压驱动气压驱动溶解气驱动水压混气驱重力驱动 油气渗流基本规律 3 1渗流速度3 2线性渗流定律3 3线性渗流定律的适用范围 3 1渗流速度 渗流微观环境 多孔介质 孔隙度 比面 渗透性和可压缩性 多孔介质的特征孔隙截面积很小孔道形状弯曲多变 不规则孔道中流体于固体接触面积大孔道表面粗造渗流的基本特征流速低 渗流阻力大 渗流速度与真实速度 为了研究流体在多孔介质中的流动 我们考察多孔介质中法向为n的特征面元 An 实际上 流体只能通过这个区域中的空隙面积 Apn 而流动 被固体占据的那部分面积 Asn 上没有流体流动 但为了计算方便m 我们把单位时间内通过这个区域的流体体积记作为特征流量 Qn 定义渗流速度v为特征流量除以特征面元的商 即 渗流速度v与流体实际质点速度u之间的关系 质点速度的法向分量在特征面元空隙部分 Apn 上的积分就是特征流量 即 真实速度与渗流速度之关系 渗流速度与真实速度 真实速度q 通过渗流过水断面的体积流量f 岩石过水断面上 各个孔隙通道截面积之和渗流速度A 岩石的渗流过水断面面真实速度与渗流速度之关系 表述流体流动的两种方式 空间中任意一点上 在某一个特定的时刻各种物理量的变化情况 如压力 密度 速度和饱和度 任意一个流体质点的各个物理量 压力 密度 速度和饱和度 随时间的变化情况 欧拉观点 拉格朗日观点 固定空间点和固定流体质点是两个不同的概念 流体在多孔介质中运动时 一个固定空间点在不同时到是由不同的流体质点所占据的 反过来说 一个固定的流体质点在不同时刻位于不同的空间点 3 2线性渗流定律 流体通过砂柱横截面的体积流量Q与横截面积A和水头差h1一h2成正比 而与砂柱长度L成反比 渗滤系数 根据水力学原理 每个截面上单位质量流体的能量由压力能 势能和动能3部分组成 即 把上式代入 实验表明 渗滤系数K 与流体重率成正比 与流体粘度成反比 用K作比例系数 即有 渗透率 对各种不同的单相牛顿流体通过多孔介质流动的研究表明 以上Darcy定律中的K只与多孔介质本身的结构特性有关 而与单相牛顿流体的特性无关 也就是说 用不同的单相牛顿流体通过同一多孔介质流动时 Darcy定律中的K值保持不变 这个K就称为渗透率 也称为绝对渗透牢 这一结论只适用于牛顿流体 它对非牛顿流体是不适用的 几种表现形式 垂直流动 取坐标轴Z垂直向上 考虑到速度方向与Z轴方向相反 以微分形式表示 可以得到达西定律 倾斜地层流动 L 水平地层流动 L Darcy定律得推广 几个概念 均质 均匀 某一性质与其在介质中的位置无关各向同性 某一性质与其沿介质中的方向无关各向异性 各向同性介质中单相流体渗流 写成分量形式 均匀介质 各向异性介质中单相流体渗流 若将坐标轴方向取得与介质中某点渗透率张量的主方向一致 则该点渗透率张量矩阵可写成如下对角线形式 各向异性介质中单相流体渗流 写成分量形式 各向异性介质中单相流体渗流 各向同性介质中两相流体渗流 设有两种不混溶的流体同时流过一个多孔介质 原来描写单相液体饱和多孔介质流动的Darcy定律 形式上推广为两种不混溶流体各自分别满足Darcy定律 将两种流体分别用下标1和2表示 若不计重力 则其方程组为 相渗透率 驱油动力 渗流阻力 3 3线性渗流定律的适用范围 问题的提出低速渗流时 达西定律的适用下限 Inmay 1968 总结液体的低速渗流时存在的现象 启动压力梯度 引起存在启动压力梯度的原因 液体的非牛顿流变性岩石表面的相互作用岩石表面形成水化膜 高速渗流时 现象研究的问题研究的思路和方法 借助于管流理论研究的结果 判断达西流与非达西流的方法 公式判断方法 服从达西定律 过度流 紊流 不服从达西定律 层流 非线性渗流的数学描述 低速液流的非达西描述用带启动压力梯度的非线性规律描述 v gradp C与孔隙度和渗透率有关 用不同斜率的直线组合来描述渗流过程 初始段用幂律关系来描述 后一段用直线关系描述 高速非达西流的数学描述 指数式描述物理意义 n 1达西流n 0 5 1过渡流 n 0 5完全紊流平方区 惯性力成为主要作用力 二项式描述 描述的表达式物理意义 分段线性描述 分段线性目的 为方便数学处理而提出来的一种近似方法 v dp dl 气体的低速渗流 现象 滑脱效应 原因气体在固体壁面上具有一定