孔隙介质渗流力学

《渗流力学》－程林松1《渗流力学》专业:石油工程年级:2005级主讲人：程林松《渗流力学》－程林松2一、教师介绍主讲：程林松工程东楼304，89734592、[e-mail]@cup.edu.cn辅讲：黄世军实验：李春兰:南楼,89734811(办)、13520682880黄世军:工程东楼,89733218、13717852119《渗流力学》－程林松3二、课程的基本要求上课、作业、实验、考试成绩：考试+作业+实验答疑：周五下午-无最后集体答疑《渗流力学》－程林松4三、参考书目—各书特点1、“渗流力学”，程林松，中国石油大学（北京），讲义+PPT+习题集2、“渗流力学实验讲义”，李春兰，中国石油大学（北京）3、“渗流力学基础”，刘尉宁，1985，石油工业出版社4、“现代渗流力学原理”,葛家理，2002，石油工业出版社5、“地下水气动力学”，[苏]N.A恰尔内，1982，石油工业出版社6、“渗流力学”,大庆石油学院教材，19927、“油气层渗流”，西南石油学院教材，19918、”TheFlowofHomogenousFluidsThroughPorousMedia”，1937，M.Muskak.9、”PhyicalPrinciplesofOilProduction”,1949,原油物理原理，M.Muskak.10、”DynamicsofFluidsinPorousMedia”——“多孔介质流体动力学”,李亮生译，J贝尔[以色列]，1972特点：1，2，3—基础→教材；4，5—研究生；6，7—参考；8，9，10—经典著作《渗流力学》－程林松5四、讲课内容及学时分配（一）前言（2）-程林松第一章渗流规律和渗流数学模型(6)–黄世军第二章单相不可压液体稳定渗流规律（6）–黄世军第三章多井干扰理论（12）-程林松第四章弹性不稳定渗流规律（8）-程林松第五章油水两相渗流规律（8）-程林松第六章油气两相渗流规律（2）-程林松第七章天然气渗流规律（2）-程林松机动（2）-程林松《渗流力学》－程林松6四、讲课内容及学时分配（二）三个重点：刚性稳定渗流理论弹性不稳定渗流理论水驱油理论三个工具：映射、叠加、阻力、（保角）四个基本公式：《渗流力学》－程林松71、石油工程专业学生（工作人员）→主要任务之一开发好油气藏（较高采收率）→认识油藏（流体和岩石）→基础:流体在油藏中的流动规律。2、油井投产后→压力下降→油气水向井流动。渗流力学任务之一→认识油层，合理开发油田，改造油田工具，高产、稳产、提高油气采收率，反求地层参数的理论基础。《渗流力学》绪论一、本课程目的和意义《渗流力学》－程林松8一、本课程目的和意义3、开发设计，动态分析，油气井开采，增产工艺，反求地层参数，提高油气采收率→后续课的理论基础。4、认识油气水在岩层中流动的客观规律，形成油气层渗流力学，已深入到油气田开发工作的各个环节。5、是现代流体力学分支→流体力学和多孔介质理论，表面物理，物理化学，固体力学，生物学交叉渗透的一个边缘学科。《渗流力学》绪论《渗流力学》－程林松9二、前课程要求：–流体力学（水力学）–石油地质学–油层渗流物理–高等数学–计算方法和计算机技术–反变函数–数理方程（法）–物理化学–表面和胶体化学等《渗流力学》绪论《渗流力学》－程林松101、地下渗流力学：开发地下流体资源的理论基础，多孔介质中石油、天然气、煤层气、地下水、地热、城市沉降等。2、工程渗流：冶金、化工、机械。利用多孔技术的基础：冶金工业用氧气通过耐火砖进行钢液脱气。化学工业的催化塔利用多孔渗流改造工艺技术。3、生物渗流：研究对认识生命活动规律及其控制，动植物体内→大量毛管及微细孔隙，其间有流体流动，动物血液流动。矿物质输送等都是渗流问题。三、渗流力学研究范围：重要武器、范围很广《渗流力学》绪论《渗流力学》－程林松11四、渗流力学研究方法•发现问题；分析问题；解决问题。•渗流的宏观问题；•渗流的微观问题；多孔介质微观运动。•结构及流体的微观运动《渗流力学》绪论《渗流力学》－程林松12由工程问题：1.建立地质模型（地质条件，几何，孔隙结构，油层物理实验，参数的静态描述，物理特征→建立物理模型）；2.力学模型：力学和物理规律3.数学描述：数学模型→分析解释简化概括；4.求解→分析解释应用回到工程中去；本课程：动手推导，实验，理解（概念），体会，特别学会与工程问题联系起来，解决工程问题。《渗流力学》绪论四、渗流力学研究方法《渗流力学》－程林松13五、渗流力学发展历史1、1856年，法国工程师达西，用砂土层、渗水试验→渗流基本规律→达西规律。2、二十年代后，石油，天然气工业发展→形成石油天然气渗流理论；1923年，列宾亲→气体在多孔介质里渗流理论；1937年，麦斯盖特→均质液体渗流，油气渗流的各种水动力学问题（不可压缩，均质，渗流问题）；30年代初，研究液体弹性和岩石压缩性影响各种布井方式下油井产量计算方法；1948年，苏：射尔加乔夫→弹性渗流理论；1956年，溶解气驱，气顶驱渗流理论《渗流力学》绪论《渗流力学》－程林松14五、渗流力学发展历史3、五十年代，提高采收率→广泛采用水驱油方法，油水两相理论。1942年，贝克莱—列维莱特。4、六十年代，苏巴林布拉特，列维渗流，灰岩油田问题。5、目前（近二十年），新技术，新方法→形成新渗流理论，混相驱、热力采油、三次采油、化学驱、水平井的物理化学渗流理论。《渗流力学》绪论《渗流力学》－程林松15六、渗流力学发展方向特点1、广泛应用计算机等先进的数学手段和现代数学方法来改造渗流力学的研究：解析解→数值解→结合解；简单→复杂；一维单相→三维三相，多组份；单纯介质→多孔介质中的渗流问题；数值模拟，最优化理论联合应用；积分变换，自模解，特征线理论，泛函分析等。《渗流力学》绪论《渗流力学》－程林松162、油气渗流理论研究更加深入和广泛纵深方向发展，多相，多组分，传质，传热，扩散，非牛顿等；物理化学渗流理论：提高采收率方法，热力采油，混相，聚合物驱，裂缝双重：三重介质渗流理论。变形介质，渗流+固体力学结合。固体变形多孔介质渗流力学和渗流力学结合理论（城市下降）。新三论：信息论；控制论；系统论；优化和系统工程方法。深度：从宏观进入微观尺度，CT扫描研究微观机理广度：多孔介质理论，表面物理固体力学等六、渗流力学发展方向特点《渗流力学》绪论《渗流力学》－程林松173、研究渗流力学带有根本性变化的新方向，油气层连续介质场变为随机变量场，概率渗流力学，随机场渗流力学：A：微扰法——地层参数分成有规律和随机部分B：斯克天尔左右法——随机的C：实用计算机——正态分布显示油田开发信息处理：渗流过程与自动控制理论结合，对油气田开发过程进行控制，分析，调整，进行自动处理。控制油田开采过程的信息量，处理开发信息，定量估计开发状况，评价开发方案的效果。建立起描述开采过程的统计模型，对油气田开发进行自动调整和预报。用数模和最优化理论制定合理的油气井工作制度，把渗流过程的研究与自动化管理油气田生产结合起来。六、渗流力学发展方向特点《渗流力学》绪论《渗流力学》－程林松18七、现代渗流力学研究的进展及有待解决问题目的：研究流体和多孔介质→状态及流动规律经典渗流力学：均质（匀）孔隙性介质（单重介质）1、不可压缩液体→稳定渗流理论;2、微可压缩液体→弹性不稳定流理论（应用试井）；3、气体渗流理论；4、油气、油水两项流理论数学上体现：求解Laplace和热传导方程；成熟，广泛应用→基础《渗流力学》绪论《渗流力学》－程林松19现代渗流力学：介质：均质孔隙性介质→纯裂缝介质（裂缝油藏）→1959年以后双孔隙介质（裂缝+孔隙）（大量油田属于这种特征），目前发展主流，物模，数模较多→双渗透率（多层）介质（目前国内多见，主要）→多重介质（裂缝+孔隙+溶洞）multiple开头→中东地区，灰岩油藏模拟方法。流体：不可压缩液体→微可压缩液体（美）或弹性液体（苏）→油气、油水、油气水（多相流）→多相多组分→非牛顿液（聚合物）含蜡，焦质，（苏）巴库油田等→三采技术。七、现代渗流力学研究的进展及有待解决问题《渗流力学》绪论《渗流力学》－程林松20渗流模式：一维（解析解）→二维→三维（各向异性）力学发展：力学→物理，物理化学多学科。求解方法：解析解→数值解（计算机）→两者结合。精确解→近似解七、现代渗流力学研究的进展及有待解决问题《渗流力学》绪论《渗流力学》－程林松21八、几个基本概念1、渗流、渗滤、渗流力学2、流体、单相、两相、多相3、孔隙结构、多孔介质、单纯介质、双重介质、三重介质４、刚性和弹性５、稳定和不稳定《渗流力学》绪论《渗流力学》－程林松22八、几个基本概念1、渗流／渗滤：流体通过多孔介质的流动。渗流力学：研究油、气、水在地层中流动规律的学科。流体多孔介质运动《渗流力学》绪论《渗流力学》－程林松23八、几个基本概念2、流体：在油气层中流动的油、气、水以及它的混合物统称为流体。相——单相——两相——多相——《渗流力学》绪论《渗流力学》－程林松24八、几个基本概念３、孔隙结构：油气层中储存流体的空间。分三类：孔隙，裂缝，溶洞介质。多孔介质：由毛细管或微毛细管结构组成介质以固相颗粒为连续骨架，并含有孔隙，裂缝或溶洞体系的介质称为多孔介质。单纯介质：只存在一种孔隙结构的介质（孔隙介质）双重介质：存在两种孔隙结构的介质（孔隙介质）三重介质：存在三种孔隙结构的介质（孔隙介质）《渗流力学》绪论《渗流力学》－程林松25八、几个基本概念４、刚性和弹性：５、稳定和不稳定：《渗流力学》绪论