第七章-多孔介质的渗流.pptVIP

第五章 多孔介质的渗流 流体通过这种特征的多孔介质而流动则叫做渗流。 渗流力学是连续介质力学的一个重要分支，又是流体力学和多孔介质理论、表面物理、物理化学、固体力学、生物学等学科交叉渗透的一门边缘学科。 含有大量任意分布的彼此连通且形状各异，大小不一的空隙的固体介质叫多孔介质。 5.1 渗流过程中的力学分析及驱动类型  油、水、气能够在多孔介质（岩石）中渗流是由于各种力的作用，主要有以下几种： 流体的重力 1 多孔介质（岩石）的压缩性及流体的弹性力 2 重力有时是动力有时是阻力。 在油气开采以前，岩石和流体都处于均衡受压状态， 当油气层投入开采之后，油气层的压力不断下降，上覆岩层和油层内的流体压力之间形成压力差，岩石变形，岩石孔隙体积减少，压缩孔隙中的流体驱使流体向压力较低的方向运动。 流体的粘度及粘滞力 4 毛管力 3 多孔介质是由无数个毛细管组成，这些毛细管纵横交错，四通八达，当渗流由一种流体驱替另一种流体时，在两界面上产生压力跳跃，它的大小取决于分界面的曲度，这个压力就称为毛管压力。 在流动的流体中，如果各种流体流速不同，将有一对作用力和反作用力，使原来快的流层减速，而慢的加速。流体的这种属性叫粘滞性。 在渗流中，粘滞力为阻力，且动力消耗主要用于渗流时克服流体粘滞阻力。 渗流的驱动类型主要有：重力水压驱动、弹性驱动、气压驱动、溶解驱动以及重力驱动。 在渗流过程中必有一种或多种驱动方式起重要作用，其他驱动类型处于从属地位。驱动方式在渗流过程中不是一成不变的，而是变化发展的！ 5.2 不可压缩流体渗流及渗透率的张量特性 为地层渗透 率，是一个张量 K 对于不可压缩流体地渗流问题，引入运动方程即达西公式为： K可以表示为： 在特殊情况下,渗透率张量K是实对称的,所以至少存在三个相互垂直主方向 。 标基矢量，则渗透率张量的矩阵为对角型。 ，若选 为坐 即： 其张量为： 设 是原有已坐标系，其单位矢量为 (i,j=1,2,3) 是变换了的已坐标系，其单位矢量为： 其张量为： (i’,j’=1,2,3)。 变换规律为： 坐标变换规律 单相渗流连续性方程的张量形式为： 为地层 孔隙度 对于稳定渗流 若流体是不可压缩的 可以略去 5.3 两相渗流问题 建立数学模型 对于油相的连续性方程为： 对于水相的连续性方程为： 设油水两种流体同时在多孔介质中流动， 且流动服从达西定律。 饱和度方程： 在考虑毛管力和重力影响时，油相和水相的渗流速度分别为： 是流动方向与水平面的夹角 引入拉普拉斯方程把油相和水相压力联系起来： 为毛细管液面的主半径 为两相界面上的界面张力 独立方程总数为6个共有6个待求的因变量 组成一个封闭方程组。 小结： 5.4 气体渗流问题 气体比液体具有更大的压缩性。在研究气体渗流规律时，可以仿照液体流体的研究方法，得出相似形式渗流方程，但它们在物理实质则有差别。 气体渗流的基本特征 1 状态方程和基本特性参数 真实气体的状态方程： Z：压缩因子（亦称偏差因子） T为绝对温度 R为气体 常数 气体的压缩系数： 气体的体积系数 ： 气体在标准条件下的密度： 气体渗透率 为克氏 渗透率 b为孔隙大小和分子自由程所决定的参数 K为在平均压力 下和平均流量 下测得的气体渗透率 气体导压系数 在气体渗流中，由于气体压缩系数大大高于岩石的压缩系数，因此往往在非稳定气体渗流中使用气体压缩系数代替综合压缩系数，这样气体的导压系数为： 但是对某些低渗气层可能不适用，此时可以采用综合 压缩系数： 2 气体的稳定渗流 气体稳定渗流的基本方程如下： 运动方程 K为渗透率张量 状态方程 若是理想气体，则有： 连续性方程 即： 将运动方程和状态方程带入连续性方程，因为： 设 代表地层平均压力，并认为 是一个常数 称为气体的导压系数 令 上式即为理想气体和稳定渗流的数学模型。 理想气体和稳定渗流的数学模型的适用条件是： 1）气体是单相渗流的； 2）符合线性渗流运动方程； 3）气体为可压缩的理想气体； 4）岩石的压缩性忽略不计，孔隙度视为常数； 5）渗流过程是等温的。 上式即变为气体稳定渗流的数学模型： 当 时， 3 气体的不稳定渗流 在气体渗流中，压力梯度与渗流速度往往不是线性关系，即出现非达西渗流。这里仅取由量纲分析导出的二项式达西渗流，表达式为： 考虑气体的流动惯性