渗流力学-平面径向流实验-中国石油大学

中国石油大学渗流力学实验报告实验日期：2014.12.11成绩：班级：石工学号：姓名：教师：付帅师同组者：平面径向渗流模拟实验一、实验目的1．平面径向渗流实验是达西定律在径向渗流方式下的体现，通过本实验加深对达西定律的理解；2．要求熟悉平面径向渗流方式下的压力降落规律，并深刻理解该渗流规律与单向渗流规律的不同，进而对渗透率突变地层、非均质地层等复杂情况下的渗流问题及其规律深入分析和理解。二、实验原理平面径向渗流实验以稳定渗流理论为基础，采用圆形填砂模型，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平面径向稳定渗流过程。保持填砂模型内、外边缘压力恒定，改变出口端流量，在稳定条件下测量填砂模型不同位置处的水头高度，可绘制水头高度或压力随位置的变化曲线(压降漏斗曲线)；根据平面径向稳定渗流方程的解计算填砂模型的流动系数及渗透率。三、实验流程实验流程见图1，圆形填砂模型18上部均匀测压管，供液筒内通过溢流管保持液面高度稳定，以保持填砂模型外边缘压力稳定。1－测压管（模拟井）；2～16－测压管（共16根）；18―圆形边界（填砂模型）；19－排液管（生产井筒）；20—量筒；21—进水管线；22—供液筒；23－溢流管；24—排水阀；25—进水阀；26—供水阀。图1平面径向渗流试验流程图四、实验操作步骤1.记录填砂模型半径、填砂模型厚度，模拟井半径、测压管间距等数据；2.打开供水阀26，打开管道泵电源，向供液筒注水，通过溢流管使供液筒内液面保持恒定；3.关闭排水阀24，打开进水阀25向填砂模型注水；4.当液面平稳后，打开排水阀24，控制一较小流量；5.待液面稳定后，测试一段时间内流入量筒的水量，重复三次；6.记录液面稳定时各测压管内水柱高度；7.调节排水阀，适当放大流量，重复步骤5、6；在不同流量下测量流量及各测压管高度，共测三组流量；8.关闭排水阀24、进水阀25，结束实验。五、实验数据处理(1)将原始数据记录于测试数据表中，根据记录数据将每组的三个流量求平均值，将测压管高度换成压力。根据记录的数据可知，相邻两测压管中心间距为4.44cm，又由原始记录表的测压管液面数据所换算出的定压边界水柱高度，计算测压管压力。记录如表1。实验设备编号：径5井表1测压管液面基准读数记录表序号1234567891011121314151617基准读数/cm00.20.30.10.20.10.10.10.30.10.20.20.20.30.10.10.2表2测压管液面读数记录表（原始）流速测压管液高度（cm）和压力（Pa）12345678910111213141516171H44.962.362.362.162.1862.7562.9862.863.0563.256363.163.56463.963.9564.12H7.4549.2549.549.149.2850.450.650.350.751.250.8950.8551.4952.552.452.152.63H247.347.547.1547.248.5548.7548.4548.7949.349.094949.550.850.7850.9550.9填砂模型（内）半径＝18.0cm，填砂厚度＝2.5cm，中心孔（内）半径＝0.3cm，相邻两测压管中心间距＝4.44cm，水的粘度＝1mPa·s。取第一组流量1管为例计算：测压管水柱高度为：44.9+2.5-0=47.4cm同理可得其余各组数据，填入表3中。表3测压管液面读数记录表(修正后)表4实验流量记录表流速次数体积cm3时间s流量cm3/s平均流量cm3/s1122131.177.097.13222231.257.103180257.202118514.3612.8812.44221217.2312.30320316.7212.143119315.1112.7712.87219615.2512.85316612.7812.99(2)绘制三个流量下压力随位置的变化曲线（压降漏斗曲线），说明曲线形状及其原因。表5第一组流量下压力随位置的变化数据表平均流量cm3/s测压管171395137111510流动距离/m-17.76-13.32-8.88-4.4404.448.8813.3217.76-17.767.13测压管压力/Pa650764486395631946456321640763996497650712.4453805271518450559755067519452135370538012.87521450764997485144148715013503652125214图2三个流量下压力随位置的变化曲线流速测压管液高度（cm）和压力（Pa）12345678910111213141516171H47.464.664.564.564.4865.1565.3865.265.2565.6565.365.465.866.266.366.3566.4P464563316321632163196385640763906395643463996409644864886497650265072H9.9551.651.751.551.5852.85352.752.953.653.1953.1553.7954.754.854.554.9P97550525067504750555174519451655184525352135209527153615370534153803H4.549.649.749.5549.550.9551.1550.8550.9951.751.3951.351.85353.1853.3553.2P4414860487048564851499350134983499750675036502750765194521252285214曲线分析：由压力公式lnlneweeewPPRPPRrR，压力是表示能量大小的物理量。由压力分布可知，当距离r成等比级数变化时，压力p成等差级数变化。因此，压力在供给边缘附近下降缓慢，而在井底附近变陡，说明液体从边缘流到井底其能量大部分消耗在井底附近。这是因为平面径向渗流时，从边缘到井底渗流断面逐渐减小。由于稳定渗流时从边缘到井底各断面通过的流量相等，所以断面越小渗流速度越大，渗流阻力越大，因此能量大部分消耗在井底附近，所以曲线大体呈中间低,周围高的漏斗形状。(3)根据平面径向稳定渗流方程，计算填砂模型平均渗透率、不同半径范围的渗透率，评价砂体的均匀性。当r=4.44cm，Q=7.13cm3/s时：1214.44ln7.131ln0.372.902()22.5(63234645)/100000ewewrQrKmhPP同理可求得：222352.30,49.97KmKm。所以，模型平均渗透率为：212372.9052.30549.9758.3933KKKKm计算不同半径范围的渗透率，将得出的数据数据整理到表6。表6不同半径范围的渗透率半径范围r（cm）4.448.8813.3217.76渗透率K（μm2）58.39433.14602.40166.30根据表6所示数据可知，砂体的渗透率随着半径r的增大而先增大后减小，砂体的总体渗透率的均匀性不好。(4)写出填砂模型流量与总压差的关系表达式，并绘出流量与总压差的关系曲线。填砂体模型流量与总压差的关系表达式为：2()lnewewKhPPQRR砂体模型流量与总压差的相关数据记录如表7。表7流量与总压差关系记录表总压差ΔP（10-1MPa）0.016740.04080.0441流量Q（cm3/s）7.1312.4412.84根据表7，绘制图3所示的流量与总压差关系曲线。图3流量与总压差关系曲线六、小结通过本次实验，加深了对达西定律的理解，掌握了平面径向渗流的压力降落规律，对比了平面径向流渗流规律与单相渗流规律的不同。通过实验，既加深了理论知识的理解，又锻炼了我的动手能力，受益匪浅。