P02地质-油气渗流力学

第四章油气渗流力学基础§4-1 油气层渗流的基本概念一、油气渗流的基本知识流体在孔隙中的流动叫渗流。

由于油层中渗流的流道非常小而又特别复杂，因而渗流的阻力很大，所以渗流的速度是十分缓慢的。

（一）单相渗流在油层的孔隙中，如果渗流仅能满足单一流体的要求，即只有石油或天然气，其渗流状况可称为单相渗流。

由于储油岩层绝大多数是在水体中沉积的，因此在岩石的孔隙中，首先是充满了水，油气是以后运移进来的。

这些后期进来的油气，只有把原来充填在岩石孔隙中的水排挤出去，气才有存储之处。

但是岩石孔隙中的水是不能完全排挤出去的，总有一部分残留在孔隙中，叫做束缚水。

束缚水在油层中的含量，大约占油层孔隙体积的20％左右，它们总是附着在岩石颗粒的表面，不能流动。

因此，所谓石油或天然气在油层孔隙中的单相流动，实际上是在被束缚水占据而变小了的岩石孔隙中渗流。

（二）油、气两相渗流当油层压力高于饱和压力时，天然气完全溶解在油中，此时油层内只有油的单相渗流（束缚水是不能流动的）。

当油田没有外来能量的补充时，在开发过程中，油层本身能量不断被消耗，压力不断下降，以致油层平均压力低于饱和压力，油层孔隙中就会有油、气两种流体的流动，称为油、气两相渗流。

为了进一步了解油、气两相渗流的一些规律，下面介绍几个有关的概念：1．贾敏效应假若在岩石孔隙中渗流的液体里只含有一个小气泡，由于表面张力的作用，这个气泡要终保持它的圆球形状。

当这个气泡的体积小于孔隙的喉道很多时，气泡通过这些喉道是不费力的。

而当其截面积接近于孔隙喉道截面积时，在通过这些不是圆形的喉道截面，或喉道面积稍小于气泡截面积时，就必然要改变气泡的形状。

改变气泡的形状需要一定的力，这力是阻碍油流的阻力。

改变一个气泡不需要多大的力，而大量的气泡就会变成阻碍油流的大阻力，它消耗油藏驱动的能量，促使油层压力进一步降低。

气泡对油流造成阻碍作用的现象叫做贾敏效应。

2．吸留气泡实验证明，当油气层内气体的饱和度低于20％时，气体的相渗透率等于零，即油层孔里没有气体的渗流。

油气层渗流力学课程设计课程简介本课程旨在介绍油气田开发过程中的渗流力学原理及其应用方法，深入探讨油气层渗流特性、规律以及开发工艺等方面的问题，以培养学生的系统性思维和实际应用能力，为学生今后从事相关领域的研究和实践奠定基础。

课程目标1.掌握油气层渗流力学基本知识和理论模型。

2.了解油气层产能评价方法，掌握预测油气田产能的技术方法。

3.培养运用现代数值模拟工具分析油气层渗流特性的能力。

4.掌握油气田开发的技术方法和决策过程，提高协同工作能力。

课程内容第一章油气层渗流力学基础1.1 渗流力学基本概念 - 渗透率、压力梯度、渗透压等基本概念 - 渗透率的测定方法、与地质条件的关系1.2 渗流力学方程组 - 矩阵压力方程组及其解法 - 油气层砂体力学性质的传递模型 - 渗流方程的物理意义及其解法1.3 渗流特性模拟 - 有限元法与有限差分法的基本原理 - 油气层的地质建模及数值模拟方法 - 渗流特性模拟软件及其应用第二章油气田产能预测方法2.1 油气层动态特性分析 - 油气层动态特性与产能的关系 - 常用的分析方法及其优缺点2.2 产能评价方法 - 储量/产能的估算方法及其特点 - 产能预测模型的构建与优化2.3 产能监测技术 - 产量及产量分布的监测技术 - 现场数据采集与处理技术第三章油气田开发工艺3.1 油气田集输工艺 - 收集地面原油/天然气的方法及其特点 - 压缩、输送、储运等技术的应用3.2 油气地面设备 - 变压器、变频器等设备的应用 - 液化/气化设备的原理及其应用3.3 油田注水工艺 - 注水技术的原理及其适用条件 - 常见的注水方法及其特点课程要求1.认真学习课堂内容，积极参加课堂讨论，每周提交一篇思考作业，按时完成课程设计任务。

2.考核方式：课堂出勤、作业、课程设计、期末考试。

3.合格标准：作业满分率不低于80%，课程设计优秀率不低于60%，期末考试成绩不低于60分。

参考文献1.杨洋，张三. 油气层渗流力学及应用[M]. 石油工业出版社, 2012.2.孙春田，张四. 油气田开发工艺及设备[M]. 石油工业出版社, 2014.3.刘建华，李五. 油气田产能评价方法与技术[M]. 石油工业出版社,2018.。

油气渗流力学习题答案油气渗流力学习题答案油气渗流力学是石油工程中的重要学科，它研究的是油气在地下储层中的流动规律和特性。

在学习过程中，我们常常会遇到一些练习题，下面我将为大家提供一些典型的油气渗流力学习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。

题目一：已知油藏的有效厚度为20m，孔隙度为0.25，渗透率为1000md，油层压力为30MPa，地层温度为80℃，求油藏的孔隙流量。

解答：首先，我们需要计算油藏的有效孔隙度。

有效孔隙度等于总孔隙度乘以有效饱和度，而有效饱和度等于原油饱和度乘以孔隙度。

假设原油饱和度为0.8，则有效饱和度为0.8 * 0.25 = 0.2。

油藏的有效孔隙度为0.25 * 0.2 = 0.05。

接下来，我们可以使用达西定律计算孔隙流量。

达西定律可以表示为：Q = (k * A * ΔP) / (μ * L)其中，Q表示孔隙流量，k表示渗透率，A表示流动截面积，ΔP表示压力差，μ表示黏度，L表示流动长度。

假设流动截面积为1平方米，压力差为30MPa，黏度为0.1Pa·s，流动长度为20m。

代入上述数值，我们可以计算出孔隙流量为：Q = (1000md * 1m^2 * 30MPa) / (0.1Pa·s * 20m) = 1500000m^3/d所以，油藏的孔隙流量为1500000立方米/天。

题目二：已知油藏的有效厚度为30m，孔隙度为0.3，渗透率为800md，地层温度为70℃，油层压力为25MPa，求油藏的渗流能力系数。

解答：渗流能力系数可以通过渗透率和孔隙度的乘积来计算。

即：C = k * φ其中，C表示渗流能力系数，k表示渗透率，φ表示孔隙度。

代入上述数值，我们可以计算出渗流能力系数为：C = 800md * 0.3 = 240md所以，油藏的渗流能力系数为240md。

题目三：已知油藏的有效厚度为40m，孔隙度为0.35，渗透率为1200md，地层温度为60℃，油层压力为20MPa，求油藏的有效渗透率。

西南石油大学教案课程名称油气层渗流力学任课教师王怒涛院(系) 石油工程学院教研室石油工程教研室2010年11月18日课程表《油气层渗流力学》教学大纲一、课程基本信息1、课程英文名称：The oil and Gas Flow through Porous Media2、课程类别：专业课程基础3、课程学时：总学时46，实验学时2。

4、学分：35、先修课程：大学数学、数学物理方程、油气田开发地质、油层物理6、适用专业：石油工程、资源勘查工程7、大纲执笔：石油工程教研室（李晓平）8、大纲审批：石油工程学院学术委员会9、制定（修订）时间：2005.11二、课程的目的与任务《油气层渗流力学》课程是石油工程专业的主干课程，是地质勘探专业的专业基础课。

学习该课程的目的，是要把它作为认识油气藏、改造油气藏的工具，作为油气田开发设计、动态分析、油气井开采、增产工艺、反求地层参数、提高采收率等的理论基础。

因此，它是石油工程专业的主干专业基础课程之一，是学好石油工程其它专业课如《油藏工程》、《油藏数值模拟》、《采油工程》、《试井分析》的关键课程之一，该门课的目的是让学生了解油气在储层中的渗流基本规律以及研究油气在储层中渗流的基本方法。

其任务是，掌握油气渗流的基本概念，认识油气储层的渗流规律，学会研究油气在储层中渗流的方法，为学好其它专业课程打好理论基础。

三、课程的基本要求该课程在学习之前，要先学习有关石油地质、油层物理以及工程数学和微分方程等方面的知识理论。

学习该课程后，要求掌握油气层渗流的基本概念、基本规律和基本方法与技巧，学会研究油气在储层中渗流的方法。

重点是单相流体的流动，掌握单相稳定渗流时，各种情况下的水动力学场，井间干扰及叠加原理，单相不稳定渗流的压力传播规律、动态特征等，掌握气体渗流理论的特点及研究方法，掌握双重介质渗流的特点及研究方法。

在多相流部分，重点掌握油水两相流、非活塞式水驱油的理论和方法。

了解复杂介质的渗流特点及研究方法。

渗流力学有关概念2.3.1 渗流力学指专门研究流体通过各种多孔介质渗流时的运动形态和运动规律的科学。

它是现代流体力学的一个重要分支，是油藏工程、油藏数值模拟的理论基础。

2.3.2 不可压缩流体{刚性流体)又称为刚性流体，是指随着压力的变化，体积不发生弹性变'形的流体。

2.3.3 可压缩流体(弹性流体)又称弹性流体，是指随压力的变化，体积发生弹性膨胀或收缩的流体。

2 .3 . 4体相流体指分布在多孔介质孔道的中轴部分，其性质不受界面影响的流体。

2.3.5 边界流体指分布在孔道壁上形成一个边界层，其性质受界面影响的流体。

2.3.6 地下流体流场指地下流体与岩石相互作用所占据的、并能在其中流动的场所或空间。

2.3.7 变形介质当地层中的液体压力降低时，岩石发生变形而使孔隙空间减小，渗透率降低，这种孔隙空间发生变形的多孔介质称为变形介质。

2.3.8 可变渗透率地层变形多孔介质的渗透率不是常数，而是压力的函数，具有这种性质的油、气层称为可变渗透率地层。

2.3.9 多孔介质以固相介质为骨架，含有大量互相交错又互相分散的微小孔隙或微毛细管孔隙的介质叫多孔介质。

油气储层就是多孔介质的一种。

2.3.10 双重孔隙介质{裂缝孔隙介质}又称裂缝孔隙介质，是指由孔隙介质和裂缝介质两个水动力学系统构成，两个系统按一定规律进行流体交换。

2.3.11 渗流与地下渗流流体在多孔介质中的流动称为渗流。

流体在地层中流动叫做地下渗流。

2.3.12 单相渗流指在多孔介质中只有一种流体以一种状态参与流动。

如在地层压力高于饱和压力条件下，油藏中的原油流动，气藏中的气体流动等。

2.3.13 两相渗流与多相渗流指在多孔介质中有两种流体同时参与流动叫两相渗流，如油层中的油、水两相流动。

同时有两种以上互不混溶的流体参与流动叫多相渗流，如油层中的油、气、水三相流动。

2.3.14 多组分渗流指含有多种组分的烃质和非烃质混合的流体在多孔介质中的流动。

188 第五章 渗流力学基础第一节 油气层渗流的达西定律油气层渗流的基本规律是达西定律。

1856年法国水利工程师达西在研究城市供水问题时，欲测得获得一定的流量需要消耗的能量，于是达西运用填满砂的管子做实验，得到了水流速与管截面积、入口与出口压头之间的关系式，后人为纪念他，将这一定律称达西定律。

一、达西实验及结果达西实验装置如图1—ll 所示，液体经过进水管a 进入模型主体。

再透过砂层，经节流阀门流入量杯。

节流阀可以控制流速，量杯D 测取流量Q 。

测压管可以分别测出过水断面1-1，2-2上的压力p 1、p 2。

稳压管b 可以使模型内液面稳定在b 管的位置上。

显然，节流阀开度不同时，将得到不同的流量和不同的测压管高度。

实验结果发现：流量大小与管于截面积A ；入口及出口压力差p 2-p 1成正比，与填满砂粒的管子长度△L 成反比，将上述关系写成等式，需加上比例系数K 。

即：Lp p KAQ ∆-=12 (1—6) 式中 K ——渗透率，它表征多孔介质和液体的渗透能力。

二、达西定律的导出(一)由管路水力学导出达西定律由普通水力学可知，任意过水断面上的总能量表示成下列形式：gv pZ H 22++=γ （1-7）式中 H-——总水头；Z ——位置水头；γp---压力水头； gv 22---流速水头。

189由于渗流速度v 很小，可以忽略gv 22项，于是总水头可表示为：γpH =+Z （1-8）断面1—1，2—2上的水头差可表为：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-=∆H γγ221121p Z p Z H H （1-9）达西通过实验发现：通过砂层的流量Q 与水头损失△H 成正比，与渗流面积A 成正比，与渗流段长度△L 成反比。

即：LHAQ ∆∆∞= （1-10）欲将(1—10)写成等式需加一比例常数，于是我们得到：LHAK Q i ∆∆= （1-11） 式中 K i -——比例常数，称为渗流系数，它与流体及砂层的性质有关。

1.渗流：流体在多孔介质中流动叫做渗流。

2.开敞式油藏：如果油气藏外围于天然水源相连通，可向油气藏供液就是开敞式油气藏。

如果外围封闭且边缘高程与油水界面高程一致则称为封闭式油藏。

3.原始地层压力：油气藏开发以前，一般处于平衡状态，此时油层的流体所承受的压力叫原始地层压力。

4.供给压力：油气藏中存在液源供给区时，在供给边缘上的压力称为供给压力。

5.驱动方式可分为：水压驱动，弹性驱动，溶解气驱动和重力驱动。

6.在渗流过程中，如果运动的各主要元素只随位置变化而与时间没有关系，则称为稳定流。

反之，若各主要元素之一与时间有关，则称为非定常渗流或者不稳定渗流。

7.渗流的基本方式：平面一维渗流，平面径向渗流，和球面渗流。

8.绘制渗流图时规定这样的原则：任何相邻两条等压线之间的压差必须相等，同时，任何两条流线之间的流量必须相等。

9.井底结构和井底附近地区油层性质发生变化的井称为渗流不完善井。

不完善井可以分为打开程度不完善，打开性质不完善，双重不完善井。

10.试井：直接从实测的产量压力数据反求层参数，然后用求得的地层参数来预测新的工作制度下的产量。

11．井间干扰：油水井工作制度的变化以及新井的投产会使原来的压力分布状态遭受到破坏引起整个渗流场发生变化，自然会影响到邻井的产量，这种井间相互影响的现象称为井间干扰。

12.压降叠加原理：多井同时工作时，地层中任一点外的压降等于各井以各自不变的产量单独工作时在该点处造成的压降代数和。

13.势的叠加原理：如果均质等厚不可压缩无限大底层上有许多点源，点汇同时工作，我们自然会想到地层上任一点的势应该等于每个点源点汇单独工作时在该点所引起的势的代数和这就是势的叠加原理。

14.杜哈美原理：把产量问题的极限通过叠加原理求得解的表达式的方法。

15.气体偏差系数：在表示某一温度和压力条件下，真实气体的体积和理想气体的体积之比。

在用藏工程中ＳＩ制中规定标准条件为压力为０.１０１ＭＰＡ温度为２０摄氏度。

渗流⼒学绪论：1.渗流⼒学：就是研究渗滤的运动状态和运动规律的学科。

渗流⼒学研究涉及三个主要⽅⾯：⼯程渗流、⽣物渗流、地下渗流2.渗流：流体通过多孔介质的流动称为渗流或渗滤3.多孔介质：由⾻架和相互连通的孔隙、裂缝、溶洞或各类⽑细管体系组成的材料第⼀章：1.油⽓藏：油⽓的储集的场所和流动空间油⽓藏作⽤：限制流体的流动范围、影响流体的渗流⼼态、决定流体的边界形状按圈闭条件分为：①构造油⽓藏（背斜油⽓藏、断层油⽓藏、刺穿接触油⽓藏）；②地层油⽓藏（潜⼭油⽓藏、⽣物礁油⽓藏、不整合覆盖油⽓藏、地层超覆油⽓藏）；③岩性油⽓藏（透镜状岩性油⽓藏、尖灭性岩性油⽓藏）根据流体在其中流动的空间特点分为：①层状油藏；②块状油藏2.多孔介质的特点：具有孔隙性、渗透性、⽐表⾯积⼤、孔隙结构复杂等基本特点绝对渗透率：岩⽯允许流体通过的能⼒有效渗透率：（相渗透率）：岩⽯对于某⼀相流体的通过能⼒相对渗透率：有效渗透率与绝对渗透率的⽐值按结构分类(结构复杂性)：1.粒间孔隙结构；2.纯裂缝结构；3.裂缝-孔隙结构；4.溶洞-孔隙结构；5.溶洞-裂缝-孔隙结构 3.连续流体：把流体中的质点看成是在⼀个很⼩的体积中包含着很多分⼦的集合体，质点中流体的性质与周围质点中的流体性质成连续函数关系连续介质：是在质点的典型体积上表现出来的平均性质连续介质场：连续流体在连续介质中的流动，在研究其流动规律时，其物性是连续变化的，即其数学⽅程是连续的，在这种连续系统中流动的场4.渗流过程中的⼒：重⼒、惯性⼒、粘滞⼒、弹性⼒、⽑管⼒5.油藏中的压⼒：原始地层压⼒、供给压⼒、井底压⼒、折算压⼒(计算P19）6.油藏的驱动类型：重⼒⽔压驱动、弹性驱动、⽓压驱动、溶解⽓驱、重⼒驱动7.※达西定律8.渗流速度：渗流量与渗流截⾯积之⽐9.真实速度：渗流量与渗流截⾯的空隙⾯积之⽐10.渗流的基本⽅式：单相流、平⾯径向流、球⾯向⼼流11.⾮线性渗流指数形式：v=C （dp/dL)^n 式中C 为取决于岩层和流体性质的系数； n 为渗流指数， n ?（0.5～1）， n=1时，渗流服从达西直线定律 12.启动压⼒梯度（吸附膜和⽔化膜的影响）：在压⼒梯度较⼩时，流体不产⽣流动，渗流速度为零，当压⼒梯度⼤于某⼀值后，流体才发⽣流动，这⼀压⼒梯度值称为启动压⼒梯度 13.两相流体时，渗流阻⼒明显增加，且两相各⾃渗透率之和不等于单相渗流时的绝对渗透率。