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1、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
2、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
3、、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/B,B,条带状地层,3,3,二、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
4、,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,第二节 多孔介质及连续介质场,2、渗透性,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,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、
5、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,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,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,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
6、场,理想土壤：由等直径的平行毛细管组成的多孔介质。,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,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,流体重力势能图,表示重力势能的压力：,重率：,阻力,动力,第三节 渗流过程中的力学分析及
7、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,3、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,第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型,4、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：,开采前,开采后,-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。,-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：,-液体体积的变化量,-表示压力每改变一个大气压时，单位液体体积的改变量。,负
8、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：,5、毛管力,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？,动润湿反转,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,1、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
9、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,2、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,3、供给压力,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,4、井底压力,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
10、驱动类型,5、折算压力,投产前，油藏处于平衡状态。,油藏流体由CBA？,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,5、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。,总水头用压力表示,总能量,第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型,系数b称为压力系数；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
11、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。,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,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,确定流体分界面深度,思考：P4和P5落在线上？,第三节 渗流过程中的力学分析及驱动类型,例：已知一油藏中的两点，如图，z=10m,pA=9.35MPa,pB=9.5MPa,原油重率=0.85，问油的运移方向如何？,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
12、节 渗流过程中的力学分析及驱动类型,开采前,开采后,综合压缩系数：,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
13、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
14、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,a,c,d,达西实验装置图,1、实验装置,b,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：,1-2两截面的水头差：,两截面的折算压差为：,1,2,a,c,d,b,1,2,基准面,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）,渗流阻力,第四节 渗流的基本
15、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；A岩石截面面积。,真实渗流速度,Q,式中：Q流量；Ap孔隙截面面积。,流体通过砂层横截面积上孔隙面积的速度平均值，反映了该砂层截面上流体流动真实速度的平均值。,二者关系,定义为透明度,与孔隙度的物理意义不同，在数值上与其相等。,第四节 渗流的基本规律和渗流方式,2、基于力学分析的达西定律推导,单元体受力图,作用在圆柱两个端面的压力差：作用在流体周边的摩擦力：液体重力在流动方向的分力：忽略惯性力，力平衡关系式为：,考虑重力,第四节 渗流的基本规律和渗流方式,2、基于力学分
16、析的达西定律推导,单元体受力图,第四节 渗流的基本规律和渗流方式,三维：,一维：,二维：,或极坐标,或球坐标,三、基本渗流方式,第四节 渗流的基本规律和渗流方式,1、单向流,一维岩心驱替试验,排状注水开发,流线平行渗流面是平面,第四节 渗流的基本规律和渗流方式,三、基本渗流方式,流线汇集一点；或由一点发散；,2、平面径向流,第四节 渗流的基本规律和渗流方式,三、基本渗流方式,3、球面向心流,为什么会形成球面向心流？以井底为球心，以层厚为半径的球面向心流动。径向超过层厚为平面径向流动。,第四节 渗流的基本规律和渗流方式,三、基本渗流方式,一、非线性渗流及其产生的原因二、非线性渗流的判断方法三、高
17、速下非线性渗流规律四、低速下的渗流规律,第五节 非线性渗流,一、非线性渗流及其产生的原因,第五节 非线性渗流,实验发现，当渗流速度增加到一定程度后，渗流速度和压力梯度之间不呈线性关系，达西定律被破坏，称为非线性渗流。,孔道弯弯曲曲，渗流速度较高，产生的惯性力大到与粘滞阻力相比不可忽略的程度。,气井；裂缝性油井；砂岩油藏射孔完井井底附近。,二、非线性渗流的判断方法,采用管道水力学中判别层流和紊流的无量纲量雷诺数来进行判别。,前苏联卡佳霍夫提出的表达式是目前公认较为合理的雷诺数表达式：,第五节 非线性渗流,惯性阻力,粘滞阻力,二、非线性渗流的判断方法,渗流规律由线性转化为非线性的雷诺数值称为临界雷
18、诺数。粒间孔隙介质：=0.20.3 纯裂缝介质：=300500 大的洞穴（接近管流）：=20003000,小数,第五节 非线性渗流,三、高速下非线性渗流规律,1、指数式,描述非线性渗流时，产量与压差的关系式有两种：,第五节 非线性渗流,C与岩石及流体性质有关的系数,n渗流指数 n 1,1,线性,1,过渡区,平方区,线性区,过渡区,平方区,n,三、高速下非线性渗流规律,2、二项式,式中，A、B为取决于岩石和流体物理性质的常数。,第五节 非线性渗流,分析二项式可以看出，当流量 很小时，则 项就可不计，上式就转化为达西直线定律。,四、低速下的渗流规律,第五节 非线性渗流,吸附现象：原油中的表面活性物
19、质在渗流过程中会吸附在岩石表面，流体必须克服这个吸附阻力才能流动。水化膜作用：岩层中的粘土成分吸引水分子形成水化膜，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。,流体在低速时为一条不通过原点的直线：,四、低速下的渗流规律,第五节 非线性渗流,吸附现象和水化膜作用使渗透率降低了。,视渗透率：,驱动力=（吸附层+水化膜）阻力+粘滞阻力,液体低速渗流的运动方程,第五节 非线性渗流,滑脱现象：气体渗流时，岩石孔道壁处速度不为零，岩芯渗透率随平均压力降低而增加的现象。,克林伯格常数,视渗透率：,气测 关系曲线,气体渗流运动方程：,平均压力,2、气体低速渗流的运动方程,第六节 两相渗流规律,两相渗流运动方程：,油相：,水相：,相渗透率小于绝对渗透率即：,毛管力贾敏效应其它附加阻力,
