1、油气层渗流力学,主讲：王怒涛单位：西南石油大学石油工程学院开发所,课程 内 容,第一章 油气层渗流力学基础第二章 油气层渗流的基本规律第三章 单相液体渗流数学模型第四章 单相液体稳定渗流理论第五章 单相液体不稳定渗流理论第六章 气体渗流理论第七章 油水两相渗流理论第八章 油气两相渗流理论第九章 双重介质渗流理论 第十章 复杂渗流理论,0、绪论,学 时：48学 分：3专业年级：石油工程2010级行课时间 ：2012.11.192013.01.20（第1219周）星 期：星期一（1、2）、二（6、7）、四（1、2） 地 点：明辨C303,0、绪论,教 材李晓平. 油气层渗流力学，西南石油学院，20
2、05.主要参考书 1、葛家理. 油气层渗流力学，石油工业出版社，1982. 2、翟云方. 渗流力学，石油工业出版社，2003. 3、葛家理. 现代油藏渗流力学原理，石油大学出版社，1998. 4、孔祥言. 高等渗流力学，石油工业出版社，1999. 5、赵碧华，油气层渗流，西南石油学院，1991.,0、绪论,学习本课程的主要难点,课程内容抽象 各种公式多 推导较为复杂 单位制复杂 作业较多且难,学习本课程的要求,认真听课，积极思考，作好课堂笔记 课后及时进行复习、总结 按时完成布置的作业,0、绪论,考核考试办法1、不定期点名，旷课3次者，不参加考试。2、每次课后布置习题或思考题，计入平时成绩。3
3、、上课提问，计入平时成绩。4、不定期在课堂测验，计入平时成绩。5、期末闭卷考试。,0、绪论,储运工程,油藏工程,对整个油气藏的认识,Gas,Oil,Water,取一小块岩心出来研究,用户,采油工程,WOC,GOC,0、绪论,粒间孔隙介质(单重介质),岩石骨架,孔隙(含有Gas、Oil、Water等),基质,裂缝,溶洞,裂缝-孔隙裂缝-溶洞,双重或多重介质,油层物理研究内容,渗流力学研究内容,抽象出来研究,抽象出来研究,0、绪论,一、 渗流和渗流力学 渗流：流体通过多孔介质的流动。 渗流现象广泛存在于自然界中。存在于地下油气层的渗流称为油气层渗流，存在于各种工程技术（化工、冶金、环境保护中的多孔
4、技术的应用）问题中的渗流称为工程渗流，存在于人和动植物体内的渗流称为生物渗流。,0、绪论,1、多孔介质定义(porous media)由固体物质和相互连通的孔隙所构成的材料 内部有大量孔隙分布的固体物质,土壤、岩石 动、植物肌体 海绵、泡沫、纤维,0、绪论,2、骨架(skeleton) 多孔介质中的固体物质(solid) 骨架是多孔介质的物质基础 骨架决定多孔介质的力学性质 骨架可以是一个整体 也可以是连接在一起的颗粒集合,0、绪论,0、绪论,3、孔隙(pore) 介质中未被固体物质占居的部分 骨架颗粒之间的空间(void) 孔隙是多孔介质的储集空间 有效孔隙，死孔隙 孔径 m 孔隙决定介质的
5、储容性质,4、孔隙度(porosity),Vs,Vp,骨架体积：Vs 孔隙体积：Vp 总体积(外观体积)：Vb,0、绪论,孔隙体积占总体积的百分数(孔隙度),Vs +Vp=Vb,0、绪论,渗流力学：是流体力学的一个重要分支，又是流体力学和多孔介质理论、表面理论、物理化学、固体力学、生物学交叉渗透的一个边缘学科。,0、绪论,0、绪论,渗流现象普遍存在于自然界和人造材料中,地下水的渗流 石油、天然气和煤层气的渗流 动物体内的血液微循环和微支气管的渗流 植物体内的水分、气体和糖分的输送 陶瓷、砖石、砂模、填充床等人造多孔材料中气体的渗流,0、绪论,渗流力学的应用领域 土壤力学 地下水水文学 石油工程
6、 地热工程 给水工程 环境工程 化工工程 微机械工程 国防工业（核废料的处理、防毒面罩）,渗流力学的应用范围 地下渗流 工程渗流 生物渗流,0、绪论,地下渗流,地下渗流是指土壤、岩石和地表堆积物中流体的渗流。,地下流体资源开发 地球物理渗流 地下工程中的渗流,0、绪论,地下流体资源开发 石油、天然气、煤层气、地下水、地热、地下盐水、二氧化碳 农田水利、土壤改良、排灌工程、地下污水处理、水库蓄水对周围地区的影响、水库诱发地震、地面沉降控制,0、绪论,0、绪论,地球物理渗流流体力学和地球物理学交叉而出现的渗流问题。 雪层中的渗流和雪崩的形成 地表图案的形成 海底永冻层的的溶化 岩浆的流动和成岩过程
7、 海洋地壳中的渗流,0、绪论,地下工程中的渗流 地下储气库工程 地下国防工程 水工建筑 铀矿等资源的地下提取 核废料的处理,工程渗流（工业渗流）,是指各种人造多孔材料和工程装置中的流体渗流,化学工业 冶金工业 机械工业 建筑业 环境保护 原子能工业 轻工食品,0、绪论,生物渗流,指动植物体内的流体流动。,动物体内的渗流 动物4种脏器的8种管道属多孔介质（肾、肺、肝、心） 植物渗流 植物的根、茎、叶是多孔介质,0、绪论,0、绪论,随着现代实验技术和计算技术的发展而形成了实验渗流力学和计算渗流力学。这些新的分支学科在许多方面解决了过去不能解决的问题。在有些方面改变了传统的观念。如生物渗流力学的研究
8、将为21世纪的生命科学、生物工程提供新的概念、新的方法和新技术。,0、绪论,油气层渗流力学：是研究油气藏流体在多孔介质储层中的渗流形态和渗流规律的一门学科，它是认识和改造油气藏的基础理论，它贯穿于油气田开发的全过程，是油气田科学开发的理论基础。,油气层渗流力学的主要特点是以油气渗流实验研究为手段，以数学力学为工具，采用多学科交叉渗透结合的研究方法，建立油气藏科学开发的渗流力学理论。 在理论研究取得突破的基础上，研究油气田开发中的系列重要关键技术油气藏数值模拟技术、油气井试井分析技术、油气藏动态分析技术。,0、绪论,一百多年前（1856年），发现了单相渗流的基本规律达西定律，随着石油及天然气工业
9、的发展，使得油气渗流的研究变得非常活跃，内容不断丰富和完善，它已经渗透到油气田开发与开采的各个环节。,0、绪论,二、渗流力学的发展状况,1856年法国水利工程师达西（H.Darcy）发现达西定律（线性渗流规律），标志着渗流力学的诞生。 19世纪末，俄国数学家N.E.儒可夫斯基对渗流问题进行研究，并于1889年导出了渗流微分方程，他指出在数学上渗流和热传导具有相似性质。,0、绪论,20世纪3040年代，Muskat解决了单相不可压缩和微可压缩流体在均质地层中的渗流问题，给出了各种布井方式下油井的产量计算方法归结为求解拉普拉斯方程和Fourier方程。,20世纪20年代，单相气体在均质地层中稳定渗
10、流的微分方程也具有拉普拉斯方程的形式。不稳定渗流的微分方程是二阶非线性抛物线方程。,0、绪论,0、绪论,1948年，谢尔加乔夫发表了弹性液体在弹性多孔介质中的渗流理论。,1960年，Barenblatt建立了裂缝性油藏中单相渗流问题。,1963年，Warren等人在Barenblatt基础上，建立了更适合地质情况的裂缝性油藏单相渗流数学模型，研究渗流特征。,1949年，提出了利用拉普拉斯变换求解均质地层中的石油不稳定渗流问题（求解热传导方程）。,0、绪论,从20世纪30年代开始，对多相流进行研究，由于低于饱和压力下的油田开发和注水开发促进了油气二相和油水二相渗流的研究。同时建立了相对渗透率和毛
11、管力的概念。,1936年， Maskat提出油、气、水三相渗流的微分方程，考虑油藏为均匀多孔介质，忽略重力、毛管力和岩石的弹性，流动服从达西定律。,0、绪论,1942年，BuckleyLeverrett在忽略毛管力的条件下，借助于特征线法，给出了一维情况下二相液体渗流方程的特解，获得了饱和度分布。,1980年，陈钟祥、刘慈群、等进一步研究了双重介质和多维情形的二相渗流问题。,0、绪论,20世纪80年代，葛家理等研究了三重介质中的渗流问题。,1982年，刘慈群、郭尚平、葛家理等对渗流力学的研究进展进行了概述。,0、绪论,现阶段渗流力学的研究特征及发展趋势,1、广泛应用计算机及现代数学方法进行研究
12、,数值模拟,一维、单相,三维、多相,单一孔隙介质,双重、多重介质,0、绪论,在油气渗流微分方程求解方面,积分变换边界元理论自模解特征线理论非线性微分方程线性化泛函分析小波变换,0、绪论,2、油气渗流理论的研究内容日趋向纵深发展,（1）物理化学渗流的研究,多相，多组分，传质，传热，对流扩散，燃烧及相变过程的物理化学渗流，以及非牛顿液的渗流。,0、绪论,（2）裂缝、双重、三重介质中渗流规律,（3）非均质渗流：非均质性对渗流影响,（4）变形介质渗流：多孔介质的弹塑性变化,（5）流固偶合渗流：流体与与岩土的相互作用,（6）非等温渗流：渗流温度场变化,3、出现了带有根本性变化的新的研究方向,概率渗流理论 油田开发讯息处理,概率渗流理论,连续介质场,随机变量场,0、绪论,0、绪论,把油气田渗流过程的研究和自动控制理论结合起来，对油田开发过程的控制、分析、调整进行自动处理。,
