石油工程提高采收率第五章渗流力学基础.pptVIP

第五章 渗流力学基础;第一节 渗流基本概念;一、渗流基本概念 1．渗流 在注水驱油工程中，当排驱液进入井底后，便通过射孔眼开始了在地层孔隙中的流动过程。流体（气体、液体及其混合物）在多孔介质中的流动称为渗流，流体在地层中的流动称为地下渗流。流体在多孔介质中渗流时，其密度和流速等物理量只与空间位置有关，而不随时间变化的渗流称为稳定渗流；其密度和流速等物理量不仅与空间位置有关，而且随时间变化的渗流称不稳定渗流。;2．线性渗流与非线性渗流 当流体在多孔介质中渗流时，流体的渗流速度与施加的压力差成线性关系的渗流称为线性渗流，又称达西渗流。当渗流速度增大到一定程度后，渗流速度与施加的压力差不再成线性关系的渗流称为非线性渗流，又称非达西渗流。常规中、高渗透性储层孔隙半径一般在数微米、数十微米、甚至上百微米，流体在孔隙中的吸附滞留层厚度与孔径比较微不足道，吸附滞留层对渗流的影响很小，渗流阻力主要为流体粘滞力，因而呈现线性渗流特征。而低渗透性储层孔隙半径异常细小，吸附滞留层厚度与孔径处于同一数量级，渗流阻力除了流体粘滞力外，还有流体与岩石界面之间的分子作用力。这时，必须有足够的压力梯度才能启动细小孔隙中的流体流动，因而呈现非线性渗流特征。;3．径向流与单向流 水井注水时，进入井底的流体通过射孔眼后，就以井眼为中心呈辐射状向四周发散，这种流动方式称为径向流。油井采油时，来自地层各个方向的流体（原油和地层水）也是以径向流的方式向井底汇集的。 与径向流不同，在实验室进行岩心流动实验时，流体是从一维岩心的一端进入，从另一端流出，流线为彼此平行的直线,这种流动方式称为直线流或单向流（图5-1）。;4．渗流速度 流体在多孔介质中的渗流速度V等于流量Q与介质横截面积A之比： 　 根据图5-1，在泵排量一定的前提下，流体在半径r的圆柱体一维岩心中作单向流动时，垂直于流动方向的每一个截面上各点的流速都是相等的，这时式5-1中的A等于πr2。与单向流不同，流体在以井眼为中心的地层中作径向流动时，垂直于流动方向的流速是一个变量，距离井眼越远（渗流半径r越大），油层厚度（h）越大，流动速度越小，这时式5-1中的A就等于2πrh。; 需要说明的是，由式5-1定义的渗流速度并不是流体质点的真实速度，因为流体流动时并非通过全部横截面积，而是只通过横截面积中的孔隙部分，所以真实速度应等于流量与孔隙总面积（等于介质横截面积A与孔隙度φ的乘积）之比。又因为孔隙面积小于介质面积，所以真实速度总是大于渗流速度。;第二节 流体的基本性质;一、牛顿流体与非牛顿流体 在用旋转粘度计测定液体粘度时我们发现，对于某些液体，无论我们怎样改变剪切速率，计算出的剪切应力与剪切速率的比值始终为一常数，即剪切应力与剪切速率成正比关系： τ＝μγ （2-21） 式2-21中的比例系数μ称为液体的粘度，这正是牛顿流动定律（式2-7）的另一种表达方式。这种剪切应力与剪切速率的关系始终服从牛顿流动定律的流体，或者说粘度不随剪切速率而改变的流体称为牛顿流体。大多数低分子液体如纯水、油、无机溶剂等都属于牛顿流体。图2-7是牛顿流体的流变特征曲线，它是一条通过坐标原点的直线。 ; 而对于另外一些液体，当改变剪切速率时，其剪切应力与剪切速率之间的关系与牛顿流动定律有很大偏离，也就是说它们的粘度是随剪切速率而改变的。这种剪切应力与剪切速率的关系不服从牛顿流动定律的流体，或者说粘度随剪切速率而改变的流体称为非牛顿流体。 为了与牛顿流体粘度相区别，将这种随剪切速率而改变的粘度称为表观粘度。高分子溶液、合成纤维溶液、纸浆、熔融塑料、橡胶、涂料、乳化原油、液体石蜡、若干固体粒子的悬浮液、乳状液以及奶油、蕃茄酱等都属于非牛顿流体。 图2-7 牛顿流体流变曲线; 石油工业中所涉及的钻井液、完井液、压裂液以及聚合物驱油剂也都属于非牛顿流体。非牛顿流体又可以分为以下三类： （1）剪切应力与剪切速率之间的关系同剪切时间无关的流体。属于这类流体的有宾哈姆塑性体（Bingham plastic fluid），假塑性流体（Pseudo plastic fluid）和胀塑性流体（Dilatant fluid）。 （2）剪切应力与剪切速率之间的关系同剪切时间有关的流体。属于这类流体的有触融性流体（Thixotropic fluid）和触凝性流体（Rheopectic fluid）。 （3）粘弹性流体（Viscoelastic fluid）。是指那些既具有粘性体流变特征，而在某种条件下又具有弹性体流变特征的流体。这种流体具有从流动引起的形变中恢复原有弹性特征的能力，