滲流的基本概念和基本規(guī)律

1、第一章滲流的基本概念和基本規(guī)律內(nèi)容概要：油氣滲流是在地下油層中進(jìn)行的，因此學(xué)習(xí)滲流力學(xué)首先需了解油氣儲(chǔ)集層 和多孔介質(zhì)的概念；流體在地下滲流需要里的作用，故還要了解流體受到哪些力 的作用、地層中有哪些能量；然后學(xué)習(xí)滲流的基本規(guī)律-達(dá)西定律；流體滲流不 總是遵循達(dá)西定律，就有了非達(dá)西滲流或稱非線性滲流；對(duì)于地層中有多相流體 同時(shí)參與流動(dòng)的情況就是兩相或多相滲流了，在本章也做一簡(jiǎn)單介紹。第一節(jié)油氣儲(chǔ)集層及滲流過程中的力學(xué)分析內(nèi)容概要：油氣滲流是在地下油層中進(jìn)行的，因此學(xué)習(xí)滲流力學(xué)首先需了解油氣儲(chǔ)集層和多孔介 質(zhì)的概念；掌握他們的特點(diǎn)。流體在地下滲流需要力的作用，本節(jié)應(yīng)掌握流體受到哪些力的 作用，其

2、中哪些是動(dòng)力、哪些是阻力；地層中有哪些能量為地層流體流入井底提供動(dòng)力，理 解油藏的驅(qū)動(dòng)方式，了解各種驅(qū)動(dòng)方式下油藏的生產(chǎn)特點(diǎn)。課程講解：講解ppt教材自學(xué)：油氣儲(chǔ)集層本節(jié)導(dǎo)學(xué)油氣滲流是在地下油層中進(jìn)行的，因此學(xué)習(xí)滲流力學(xué)首先需了解油氣儲(chǔ)集層和多孔介質(zhì) 的概念；掌握他們的特點(diǎn)。本節(jié)重點(diǎn)1、油氣層的概念2、油氣層的分類和特點(diǎn)3、多孔介質(zhì)的概念4、多孔介質(zhì)的表征參數(shù)、油氣層的概念油氣層是油氣儲(chǔ)集的場(chǎng)所和流動(dòng)空間，在其中油氣水構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的水動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，包 括含油區(qū)、含水區(qū)、含氣區(qū)及它們的過渡帶。在一個(gè)地質(zhì)構(gòu)造中流體是相互制約、相互作用的，每一局部地區(qū)的變化都會(huì)影響到整體?？煞譃椋簩訝詈蛪K狀層狀油藏往

3、往存在于海相沉積和內(nèi)陸盆地沉積中，厚度較小，分布面積大、多油層、多旋回。 水動(dòng)力特點(diǎn)：流動(dòng)只在平面進(jìn)行，忽略垂向上流體的運(yùn)動(dòng)和物質(zhì)交換。按邊界類型可分為:封閉邊界油藏：邊界為斷層或尖滅，沒有邊水供給 定壓邊界油藏：層體延伸到地表，有邊水供給區(qū)，在邊界上保持一個(gè)恒定的壓頭。定壓邊界油藏1定壓邊界油藏1-供給邊緣；2-含油邊緣；3-含氣邊緣 特點(diǎn)：邊界壓力保持不變。封閉式油藏1-封閉邊緣;2-含油邊緣;3-含氣邊緣 特點(diǎn)：邊界無流體通過邊界塊狀油藏主要為灰?guī)r和白云巖類儲(chǔ)集層特點(diǎn)：面積小、厚度大、為三維流動(dòng)。縱向分區(qū)：純油區(qū)(有滯留水)、過渡區(qū)及純水區(qū)、多孔介質(zhì)多孔介質(zhì)是滲流的基本條件之一，多孔介質(zhì)

4、具有以下特點(diǎn)：孔隙性儲(chǔ)層巖石具有孔隙性，并被流體所充滿，孔隙性大小用孔隙度表示:=a一絕對(duì)孔隙度；一有效孔隙度；V一巖石視體積；vt巖石總孔隙體積；V。一巖石有效孔隙體積。滲透性多孔介質(zhì)讓流體通過的性質(zhì)，叫滲透性。滲透性的大小用滲透率表示。絕對(duì)滲透率K:巖石孔隙中液體為一相時(shí)，巖石允許流體通過的能力。絕對(duì)滲透 率只與巖石本身性質(zhì)有關(guān)。（2）有效滲透率Ko、Kw、Kg：巖石中同時(shí)有兩種或以上的流體流動(dòng)，則巖石對(duì)其中一 相的通過能力。是飽和度的函數(shù)。（3）相對(duì)滲透率Krw、Kro、Krg :多相同時(shí)流動(dòng)時(shí)，相滲透率與絕對(duì)滲透率的比值。大的比面多孔介質(zhì)比面很大，使得流體流動(dòng)時(shí)粘滯阻力很大。多孔介質(zhì)的

5、分類：（1）單純介質(zhì)：由孔隙或純裂縫組成，滲流形式簡(jiǎn)單。（2）雙重介質(zhì)：由孔隙和裂縫或孔隙和溶洞構(gòu)成。（3）復(fù)合（三重）介質(zhì)：由孔隙、裂縫和溶洞構(gòu)成。滲流過程中的力學(xué)分析及驅(qū)動(dòng)類型本節(jié)導(dǎo)學(xué)流體在地下滲流需要力的作用，因此需要了解流體受到哪些力的作用，其中哪些是動(dòng)力、 哪些是阻力；地層中有哪些能量為地層流體流入井底提供動(dòng)力，這是本節(jié)應(yīng)該明確的問題。本節(jié)重點(diǎn)1、流體滲流過程中的力學(xué)分析2、地層壓力*3、原始地層壓力4、目前地層壓力5、供給壓力*6、井底壓力*7、折算壓力*8、驅(qū)動(dòng)類型及生產(chǎn)特點(diǎn)一、力學(xué)分析油、氣、水在巖石中流動(dòng)，必須要有力的作用流體的重力和重力勢(shì)能流體由地球吸引受重力，和其相對(duì)位置

6、聯(lián)系起來，則表現(xiàn)為重力勢(shì)能，用壓力表示：P = P gzZ其中，Pz表示重力勢(shì)能的壓力，Pa；P流體密度，g/cm3z相對(duì)位置高差，m； g重力加速度，m/s2。重力有時(shí)是動(dòng)力，有時(shí)是阻力，如下圖:流體重力勢(shì)能圖流體的質(zhì)量和慣性力流體由于具有質(zhì)量，因此也具有慣性；當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，慣性使其總要維持原狀，因而慣 性力在滲流過程中多表現(xiàn)為阻力。由于滲流時(shí)滲流速度通常很小，常忽略慣性力。流體的粘度及粘滯力流體:任何切應(yīng)力存在都能引起連續(xù)變形的物質(zhì)粘滯性:流體阻止任何變形的性質(zhì)，表現(xiàn)為流體運(yùn)動(dòng)時(shí)受到粘滯阻力，克服粘滯阻力是 滲流時(shí)主要的能量消耗，其大小用牛頓內(nèi)摩擦定律表示：A一兩流層的接觸面積，m2；F

7、= _ a dvdv/dy沿流層法線方向的流速梯度，m/（sm）；* dF內(nèi)摩擦力（粘滯力），N；以一粘滯系數(shù)（又稱絕對(duì)粘度），Pas。粘度單位通常用mPas表示：1Pas=103mPas粘度單位以g /（cmS）表示時(shí)稱為“泊”：1泊= 100厘泊（cP）cP與mPas的換算關(guān)系為：1mPa-s=lcP在滲流中，粘滯力為阻力，且動(dòng)力消耗主要用于滲流時(shí)克服流體粘滯阻力。巖石及流體的壓縮性和彈性力物體在外力作用下要發(fā)生彈性變形，當(dāng)外力去掉后，它又能恢復(fù)原來的形狀和體積，這 種性質(zhì)叫壓縮性，所具有能力的大小叫彈性能，它是石油開采的一種重要能量。在油氣開采前，油層內(nèi)巖石和流體處于均衡受壓狀態(tài)，投產(chǎn)后

8、，油氣層壓力下降，流體 承受的上覆巖柱壓力部分轉(zhuǎn)嫁給油層巖石骨架，迫使巖石顆粒變形，排列更緊密，導(dǎo)致巖層 孔隙體積減少，將壓縮孔隙中的流體使之產(chǎn)生彈性力，驅(qū)使流體向壓力較低的方向運(yùn)動(dòng)；同 時(shí)壓力降低流體體積膨脹，產(chǎn)生彈性力，推動(dòng)流體流入井底。巖石的壓縮性常用壓縮系數(shù)表示：A Vj孔隙體積的變化量;V1V一巖石的外表體積；Cf - APfCf液體的壓縮系數(shù)：vl一液體的絕對(duì)體冷1C =-巖石的壓縮系數(shù)，單位為Cf液體的壓縮系數(shù)：vl一液體的絕對(duì)體冷1C =- VL一壓力改變AP時(shí)，流體體積相應(yīng)的變化量；Cl一液體的彈性壓縮系數(shù)，表示壓力改變10-iMPa時(shí)，單 位液體體積的改變量，單位為(l/1

9、0-iMPa)。式中負(fù) 號(hào)表示液體體積變化方向與壓力變化方向相反。毛管力油氣層由無數(shù)個(gè)微小的毛細(xì)管連接組成，在毛細(xì)管內(nèi)兩相液體界面間會(huì)產(chǎn)生壓力躍變， 這個(gè)壓力的跳躍就稱為毛管壓力，它的大小取決于分界面的彎曲率(曲度)。毛管力與流體性質(zhì)和曲率之間的關(guān)系，用拉普拉斯方程來表示：R1、R一分界面曲率主半徑; 。一液液界面的表面張力。Pc一毛管力毛管力示意圖毛管力既可表現(xiàn)為滲流動(dòng)力，也可表現(xiàn)為滲流阻力。在驅(qū)替壓力不大時(shí)，若油藏巖石親 水，則水驅(qū)油時(shí)毛管力為動(dòng)力；若油藏巖石親油，則水驅(qū)油時(shí)毛管力為阻力。、與油藏有關(guān)的壓力概念地層壓力、原始地層壓力、目前地層壓力地層內(nèi)部多孔介質(zhì)中流體所承受的壓力，是標(biāo)量，

10、其大小表明了地層內(nèi)部潛在能量的大壓力梯度曲線小。壓力梯度曲線油藏開發(fā)前流體所受的壓力。實(shí)測(cè)的原始地層 壓力一般是在油田所鉆的第一批探井中測(cè)得。油藏投入開發(fā)以后，可根據(jù)壓力梯度曲線上推 算其原始地層壓力。P=a 十 bH開發(fā)過程中油藏流體所承受的壓力為目前地層壓力。2.供給壓力Pe油藏中存在液源供給區(qū)時(shí)，在供給邊緣上的壓力。在人工注水條件下，水井井底壓力即 為供給壓力。3.井底壓力Pw油井正常生產(chǎn)時(shí)，在生產(chǎn)井井底所測(cè)得的壓力稱為井底壓力，也稱為流動(dòng)壓力，簡(jiǎn)稱流壓。折算壓力Pr油藏在開發(fā)前，油藏各點(diǎn)流體所具有的總能量相等。 油藏中M點(diǎn)單位質(zhì)量液體所具有的能量用水頭高度表示：PV 2H = PV 2

11、H = z + p g 2 gPM點(diǎn)的實(shí)測(cè)壓力值P 一油層條件下液體密度 vM點(diǎn)液體的流速液體在油層中滲流時(shí)，在孔隙中的流動(dòng)速度很小，v2可忽略。上式用壓力形式表示為：P =p gH = P +p gzrp稱為折算壓力，它表示油層中各點(diǎn)流體所具有的總能量。油藏在未開發(fā)前，處于靜止?fàn)顟B(tài)，各點(diǎn)總能量相等。設(shè)Ml，M2, M3為油藏中不同的點(diǎn).八、：這時(shí)有這時(shí)有P + p gz = P + p gz = P + p gz =112233只有在各點(diǎn)標(biāo)高相等時(shí)，即zl=z2=z3=時(shí)，這些點(diǎn)的實(shí)測(cè)壓力才相等。一般習(xí)慣上把 原始油水界面選為計(jì)算折算壓力的基準(zhǔn)面。三、驅(qū)動(dòng)類型當(dāng)油井投入生產(chǎn)后，石油就會(huì)從油層

12、中流到井底，天然條件下油藏內(nèi)部潛在的能量來源邊水壓能；溶解氣析出并發(fā)生膨脹產(chǎn)生彈性能；氣頂中壓縮氣體的彈性能；流體和巖石的彈性能；依照主要驅(qū)油能量的不同來區(qū)分油藏不同的驅(qū)動(dòng)方式;驅(qū)動(dòng)類型不同，油藏的壓降速度、R-地層壓力；Qi 產(chǎn)液量;依照主要驅(qū)油能量的不同來區(qū)分油藏不同的驅(qū)動(dòng)方式;驅(qū)動(dòng)類型不同，油藏的壓降速度、R-地層壓力；Qi 產(chǎn)液量;Q。一產(chǎn)油量;。一井底流壓；生產(chǎn)油氣比如P=const,則稱為剛性水壓驅(qū)動(dòng)。彈性驅(qū)動(dòng)依靠液體和油層的彈性能量為主要驅(qū)油 能量來源的驅(qū)動(dòng)方式。若油藏具有很大且連通性好的含水區(qū)， 含水區(qū)的彈性能起重要作用，此時(shí)稱彈 性水壓驅(qū)動(dòng)。溶解氣驅(qū)地層壓力低與飽和壓力時(shí)，依

13、靠從油中分 離出的溶解氣的膨脹能使油流入井底； 衰竭式，采收率低。氣頂驅(qū)動(dòng)當(dāng)油藏中存在有較大的氣頂時(shí)，開發(fā)時(shí) 主要靠氣頂中壓縮氣體的膨脹能把原油 驅(qū)向井底，這種油藏稱為氣壓驅(qū)動(dòng)油藏。重力驅(qū)動(dòng)當(dāng)一個(gè)油藏接近開發(fā)末期，推動(dòng)油層中 的石油流向井底的能量都已耗盡時(shí)，油 層中的原油只能依靠本身的重力流向井 底，這種驅(qū)動(dòng)稱為重力驅(qū)動(dòng)。例題分析：1、某井油層中部海拔-940m，油水界面海拔-1200m，地層原油密度0.85g /cm3，實(shí)測(cè)油層 中部壓力為9.9MPa（表壓），求折算到原始油水界面的折算壓力。解：標(biāo)高 z=1200-940=260m油的密度 p =0.85g/cm3=850kg/m3Pr=9

14、.9 X 106+850 X 9.8 X 260 = 12.07 X 106Pa= 12.07MPa 則油層中部壓力折算到原始油水界面的折算壓力為12.07MPa。2、某油田一口位于含油區(qū)的探井，實(shí)測(cè)油層中部原始地層壓力為9MPa,油層中部海拔為 -1000m；位于含水區(qū)的一口探井實(shí)測(cè)油層深部原始地層壓力為1.17MPa,地層中部海拔為 -1300m，原油密度0.85，地層水密度1,求該 油田油水界面海拔。解：開發(fā)初期可認(rèn)為油藏各點(diǎn)折算壓力相等。 油藏示意圖如右圖所示。由 p gz + P = p gz + Po 11 w 22得 p g (-1000 - H) + P = p g (1300

15、 - H) + Po1 w2將po= 850kg / m3 pw = 1000kg / m3等已知數(shù)據(jù)代入，可得H = 1163m答：該油田油水界面海拔為1163m。內(nèi)容小結(jié)：油氣層是油氣儲(chǔ)集的場(chǎng)所和流動(dòng)空間，在其中油氣水構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的水動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，可 分為層狀和塊狀，多孔介質(zhì)是滲流的基本條件之一，多孔介質(zhì)具有孔隙性、滲透性、比面大 等特點(diǎn)。油、氣、水在巖石中流動(dòng)，必須要有力的作用，主要有重力、慣性力、彈性力、粘 滯力、毛管力等，其中慣性力、粘滯力是滲流的阻力、彈性力是滲流的動(dòng)力，而重力、毛管 力有時(shí)是動(dòng)力有時(shí)是阻力，根據(jù)油水井位置、巖石的表面性質(zhì)而定。天然條件下油藏內(nèi)部潛 在的能量來源：邊水壓能；