中国石油大学华东渗流力学径向流实验报告

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（理科）1202学号：12090413姓名：李佳教师：同组者：史家明不可压缩流体平面径向稳定渗流实验一、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2-1，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。图2-1平面径向流实验流程图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。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。注：待学生全部完成实验后，先关闭管道泵电源，再关闭供水阀26。五、实验数据处理1、实验要求（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3个流量求平均值，并计算测压管高度；（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。实验仪器编号：径2＃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。表2-1测压管液面基准读数记录表测压管编号1234567891011121314151617测压管基准读数，cm0.10.200.10.30.30.10.10.20.20.20.20.20.10.80.10.1表2-2基准液面修正后的测试数据表表2-3测压管压力与位置统计表序号测压管压力ΔP，Pa123456789101112131415161713890.66624.86639.56624.86605.26678.76708.16717.96703.26722.86752.26737.56742.46815.96806.16825.76815.924179.76659.16688.56688.56659.16717.96747.36757.16742.46766.96786.56776.76776.76845.36835.56874.76855.132954.76443.56472.96453.36433.76541.565666561.16551.36570.96610.16590.56600.36693.46678.76698.36708.1距离∕cm04.444.444.444.448.888.888.888.8813.3213.3213.3213.3217.7617.7617.7617.76序号测压管水柱高度，cm1234567891011121314151617138.5566.5566.566.4566.4567.267.367.467.3567.5567.8567.767.7568.438.5566.5566.5241.566.96767.16767.667.767.867.756868.268.168.168.741.566.96732964.764.864.764.765.865.8565.865.86666.466.266.367.152964.764.8表2-4流量记录表流速次数体积/cm3时间/s流量/(cm3/s)平均流量/(cm3/s)1111717.26.8023266.79207212318.26.758242312217.96.8156422115925.36.2845856.319786215324.26.322314315524.46.3524593116320.57.951228.023683216220.37.980296317521.58.139535以第一流速为例，计算平均流量：31111176.802/17.2VQcmst32221236.758/18.2VQcmst33331226.816/17.9VQcmst31236.8026.7586.8166.792/33QQQQcms以1号测压管在流量1下的高度为例，计算折算压力：112.538.550.12=9800=3890.6Pa100Ph122.541.50.12=9800=4179.7Pa100Ph332.5=9800290.1=2954.7Pa2Ph取17、13、9、5、1、3、7、11、15测压管所在截面绘制压力随位置变化曲线：图2-2三个流量下压降漏斗曲线图像分析：由压力公式，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。答：①计算模型平均渗透率第一流量下，即Q=6.792cm3/s116815.96806.16825.76815.90.068159104ePMPa，110.03890610wPMPa同理得第二流量下，即Q=6.320cm3/s116845.36835.56874.76855.10.068527104ePMPa，110.04179710wPMPa第三流量下，即Q=8.024cm3/s116693.46678.76698.36708.10.0669463104ePMPa，110.02954710wPMPa计算渗透率：第一流量下，1211117.76Re6.7911lnln0.360.32222.50.0681590.038906ewQRwKmhPP第二流量下，2222217.76Re6.3201lnln0.361.43222.50.0685270.041797ewQRwKmhPP第三流量下，3233317.76Re8.0241lnln0.355.74222.50.06694630.029547ewQRwKmhPP所以212360.3261.4355.7459.1633KKKKm②计算不同半径范围的渗透率已知Re=17.76cm；Rw=0.3cm；h=2.5cm；测压管距中心：r1=4.44cm；r2=8.88cm；r3=13.32cm；r4=17.76cm.水的粘度μ=1smPa；以半径为r1=4.44cm时为例，求解r=0到r1的平均渗透率：第一流量下，1110.0662480.0663950.0662480.0660520.066248104PMPa第二流量下，1120.0665910.0668850.0668850.0665910.066591104PMPa第三流量下，1130.0295470.0644350.0647290.0643370.0645085104PMPa计算渗透率：第一流量下，112111114.46.7911lnln0.342.614222.50.0681590.038906wrQRwKmhPP第二流量下，122121224.46.3201lnln0.343.725222.50.0665910.04179wrQRwKmhPP第三流量下，132131334.46.7911lnln0.339.370222.50.06450850.029547wrQRwKmhPP所以2123142.6143.7339.3741.9033KKKKm同理可得其它半径范围的渗透率：统计以上数据于表2-4，并评价砂体均匀性：表2-4渗透率与半径关系统计表半径R/cm0~4.444.44~8.888.88~13.3213.32~18.00~18.0平均渗透率K/um241.90473.64478.31129.1259.16砂体均匀性评价：通过表2-4可看出，从砂体中心向两侧渗透率迅速降低。在砂体的中部（8.88cm-13.32cm），砂体的渗透率大，可达到478.31um2，远大于砂体边缘的渗透率和平均渗透率，因而说明了砂体的均匀性不好。(3)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。答：关系表达式为2RelnewhKPPQRw；表2-5流量与总压差数据统计表总压差P/10-1MPa0.0019110.0019350.002438流量Q∕cm3/s6.792076.3197868.023683绘制出流量与总压差关系曲线如图2-3：图2-3流量与总压差关系曲线图像分析：由图像可以看出总压差与流量呈线性关系，这与理论关系较为符合，即当2RelnhKRw为常数时，QCP。六、实验总结本次实验操作较为简单，相对于单向流的实验，该实验结果稳定较快，但需要记录的数据较多，可能会有一定的视觉误差。本次实验在操作时应注意在读取液面高度时，要与其标号对应好，较多的数据可能导致在记录过程中有混乱。有些仪器由于砂岩的渗透率较低，也有可能时仪器长时间使用，导致内部老化。在进行观察时，可能会发现漏斗状不是很明显，但中间管的液面却下降过快，这样得出实验结果进行理论验证时就不是很理想。因此，在选取实验仪器时，应选取效果较好的。本次实验数据处理也较为复杂，特别是进行折算压力和渗透率的计算时，数据过多导致数据之间的调用较麻烦。实验处理完全可以采取大家分段编出程序，最后将数据代入即可。