油气渗流力学基础2010-2011学年-给学生的版本

油气渗流力学MechanicsoffluidsinPorousmedia鲁洪江成都理工大学能源学院2010-2011学年第一学期PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建油气渗流力学•绪论-Introduction•渗流力学的基本概念与定律(＊)-BasicconceptsandKnowledge•渗流数学模型建立-MathematicalModel•单相稳态渗流与稳定试井(＊※)-Steadystateflowforsinglewell•多井稳态渗流理论(＊※)-Steadystateflowformulti-wells•非稳态渗流理论与不稳定试井-Unsteadystateflow•气体渗流理论-Gasflow•油水两相渗流理论基础(＊)-Multi-phase(Oilandwater)Flow•水平井稳定渗流的基本理论-Steadystateflowforhorizontalwell.PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建第一章：绪论(Introduction)1.1渗流力学的定义及其研究内容1.2渗流力学的重要性1.3渗流力学发展史1.4油气层渗流的研究方法与学习方法1.5教材与参考书目PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建渗流力学的定义及其研究内容力学分类：力学可粗分为静力学、运动学和动力学三部分，静力学研究力的平衡或物体的静止问题；运动学只考虑物体怎样运动，不讨论它与所受力的关系；动力学讨论物体运动和所受力的关系。力学也可按所研究的对象区分为固体力学、流体力学和一般力学三个分支，流体包括液体和气体。渗流力学是流体力学的一个分支，它是研究流体在多孔介质内的运动（即渗流）规律及其应用的科学。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建•多孔介质(Porousmedia)由固体骨架和相互连通的孔隙、裂缝或各种类型毛细管所共同组成的材料，作为油气储集层的岩石就是一种典型的多孔介质。流体可以在其中储集，也可以在其中流动。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建•流体通过多孔介质的流动称为渗流。•渗流力学是研究流体在多孔介质内的运动（即渗流）规律及其应用的科学。•涉及范围广,按应用范围进一步划分为：工程渗流、生物渗流、地下渗流等。油气渗流力学是地下渗流力学一个方面。•油气渗流力学的研究对象是油气储集层；油气渗流力学的研究内容包括油气储层物性、流体的物理化学性质、油气水等在地下储层中的流动规律等。•渗流本身是发生在多孔介质中的一种微观流动现象，但对其进行的规律性研究只能是在一定尺度的宏观层面上进行。•多孔介质的微观特征对渗流的影响会在宏观规律性中得以体现。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建渗流力学又是流体力学和多孔介质理论、表面理论、物理化学等多学科交叉的一门边缘学科。•油气渗流的复杂性：多孔介质的复杂性流体的复杂性渗流场参数的复杂性等等。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建石油工程本科硕士博士油、气藏工程油气井工程油气集输工程油气井工程油气田开发工程油气集输工程地层到井底的流动井底到井口井筒内流动井口到用户管道内流动地层到井底的流动井底到井口井筒内流动井口到用户管道内流动石油工程专业方向研究内容1.2渗流力学的重要性1、油气渗流力学是油气田开发的重要理论基础PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建油气田开发方案油气藏地质油气集输工程方案油气藏储层精细描述核算储量油气藏地质模型注采井网、井位开发层系划分开发方式油气藏开发方案油气井工程方案经济评价配产配注方案油气藏开发模式油气藏数值模拟渗流力学PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建、渗流力学也是地下水开发和地下水环保领域的理论基础。3、范围日益广泛，除地下渗流外，还研究工程装置和工程材料中的渗流问题，逐步形成工程渗流力学；此外，渗流力学与医学、生物学和生理学等交叉渗透，发展出生物渗流力学。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建渗流力学发展史•渗流理论是从H.-P.-G.达西1856年（在解决Dijon市城市供水工程中，发现达西定律）发表水通过均质砂层渗流的线性定律开始发展的。起先主要用于地下水开发和水的净化等工程；•1889年俄国数学家儒可夫斯基导出渗流微分方程222222)()(zpypxptpqVt∂∂+∂∂+∂∂=∂∂=⋅∇+∂∂rrrfrPDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建渗流力学应用于油气田开发•从20世纪20年代起渗流力学开始在石油、天然气开采等工程中应用。这归功于压力计的发明和改进。1928年，SclaterandStephenson----thefirstrecordingbottom-holePressure.一年后，PierceandRawlins发表了关于井底压力和无阻流量之间关系的论文。可以说，压力资料的应用，使油田开发走上真正按规划或设想开采的开发历史阶段。（渗流力学成为流体力学的一个专门、系统的学科分支）MillikanandSidwellthefirstprecisionpressuregauge.•30年代Petro-Physics----Fancher,Lewis,Musket，Leverettetc.1935年Schuilthius---abottom-holesamplerandamethodofmeasuringthephysicalpropertiesofthesamplesobtained.----fluid’sphysicalproperties(PVT)Connatewatersaturation1936relativepermeability,materialbalanceequation1937Musket----Build-upofBottom-holePressure(压力恢复)1942Leverett----水驱油的非活塞理论.40-50年代，弹性渗流理论和水驱油理论Musket（美）、Leverett（美）、谢尔加乔夫（俄）、恰尔内（俄）等PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建上世纪中叶以来•1949年VanEverdingen发表均匀介质中非稳态方程的精确解（解析解），为试井解释发展提供基础，之后C.S.Matthews,Musket,Ramey,Gringarden等等都做了大量工作。•双重介质研究。1977年，四川大学的蒋继光教授发表双重介质模型的解析解。国内陈钟祥、刘慈群、葛家理等也做了大量工作。整个60-80年代，制定了不同类型模型的试井解释图板。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建年代以来，重视非达西渗流的研究以及非牛顿流体渗流研究，渗流力学迅速发展，（1）非达西低速流（冯文光、阎庆来等）（2）非牛顿流体(稠油)渗流（VanPorllen,H.K.andJangon,J.R.(1969)，Ikoku,C.U.andRamey,H.J.Jr.(1976)，国内的栾志安等）（3）非线性渗流分形渗流（ChangJ.和YortsosY.C.1990，国内石油大学的同登科等）（4）高分子聚合物溶液及表面活性剂等在储层中的渗流目前仍然是活跃的领域。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建新技术应用带来的新问题•水平井技术的广泛应用为渗流力学提出了新的边界条件，目前仍没有针对非稳态方程的解析解。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建•范围日益广泛，除地下渗流外，还研究工程装置和工程材料中的渗流问题，逐步形成工程渗流力学；此外，渗流力学与医学、生物学和生理学等交叉渗透，发展出生物渗流力学。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建、广泛使用计算机及现代数学方法进行渗流力学研究油藏数值模拟试井分析理论2、油气渗流理论研究内容日趋纵深发展•物理化学渗流的研究（储层酸化改造措施等）•裂缝、双重介质、三重介质中的渗流规律研究•地层非均质性对渗流影响的研究PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建、流固耦合渗流的发展地应力的变化油层孔隙体积的变化油层物性参数的变化流体渗流规律的变化油层压力的变化PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建•地质模型建立•数学模型建立（简化问题）•求解数学模型并分析结果（解决问题）油气层渗流的研究方法与学习方法学习这门科所需要的基础科：物理学、高等数学、复变函数、积分变换、数学物理方程、油层物理、流体力学、水力学、石油地质学等方面的基础知识。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建教材：《油气藏渗流力学基础》冯文光主编科学出版社20082.参考书：•《渗流力学》瞿云芳主编石油工业出版社2002年•《油气层渗流力学》张建国等石油大学出版社•《油气地下渗流力学》郎兆新编著石油大学出版社2001年•《油气渗流力学》葛家理主编石油工业出版社1982年•《地下流体力学》叶诗美刘尉宁编石油工业出版社1992年•《通过多孔介质的流体流动》R.E.科林斯著石油工业出版社1984年•《地下水－气动力学》N.A.恰尔内著石油工业出版社1982年•《高等渗流力学》孔祥言著中国科学技术大学出版社•《多孔介质流体动力学》J.贝尔中国建筑工业出版社PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建第二章基本知识、概念及定律1.油气储层特征(注重多孔介质本身的特征）2.流体类型及流体性质（多孔介质中流体）3.流体在储层中分布及相互关系（流体与多孔介质相互关系）4.油气藏类型及驱动方式5.流体渗流定律（假设）PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建油气储层（储集岩）特征•岩性特征（按岩石成因、成分分类）碎屑岩类、碳酸岩类、火成岩类及其它特殊成因的储层。•物性特征(储集性-孔隙度、渗透性-渗透率）•孔隙结构特征（孔隙类型、孔隙大小、喉道大小、相互配位关系等）砂岩类储层孔隙大小约为几微米到几十微米，碳酸岩类储层孔隙空间更复杂，一方面是原生孔隙体系更加不均一，另一方面是后生的裂缝和溶洞的影响。火成岩类储层通常以溶蚀孔和裂缝为主。部分喷发成因的火成岩还有大量残余的原生气孔。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建物性特征•孔隙度（Porosity)多孔介质的孔隙空间体积Vp与整体体积Vb之比值。是一个无量纲数。bpVV=f绝对孔隙度、连通孔隙度、有效孔隙度孔隙度是如何测定的?油气储集层（或储集岩）的特征会受沉积时沉积环境、沉积埋藏后的成岩作用、以及后期构造作用等多种因素或多期因素的影响。使得储层在平面上、纵向上体现出较强的非均质性。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建==sfff1)](1[00ppc-+=fff孔隙度的压缩系数实验数据表明，孔隙度越大，压缩系数越小，孔隙度在0.1左右时