渗流力学及其在油气工程中的应用

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1、渗流力学及其在油气工程中的应用刘曰武中国科学院力学研究所渗流力学及其在油气工程中的应用主要内容第一部分渗流力学的基本理论第二部分石油天然气工程中的应用第三部分总结与体会第一部分渗流力学基本理论一、渗流力学的基本概念二、渗流力学的研究内容三、研究方法和手段四、研究成果的表现方式§1、渗流力学的基本概念1、渗流力学与流体力学2、多孔介质及其分类3、多孔介质的特征描述4、流动模式及其特征§1-1、渗流力学与流体力学1、渗流力学是流体力学的一个分支2、渗流力学又是一个交叉学科3、渗流力学的分类4、如何将流体力学应用于渗流力学§1-1、渗流力学与流体力学1、渗流力学是流体力学

2、的一个分支（1）基本理论（2）研究方法2、渗流力学又是一个交叉学科（1）岩石力学、土力学、水力学（2）多孔介质理论、表面物理（3）热力学（4）物理化学§1-1、渗流力学与流体力学3、渗流力学的分类（1）地下渗流力学（2）工程渗流力学（3）生物渗流力学§1-1、渗流力学与流体力学4、如何将流体力学应用于渗流力学（1）连续介质假设（2）基本规律应用质量守恒、动量守恒、能量守恒§1-2、渗流力学的研究内容渗流力学是研究流体在连通多孔介质中流动的科学。其研究核心要素有三个方面：多孔介质、流体和流体的流动方式。1、多孔介质特征对流动的影响2、流体性质对流动的影响3、流动方式对

3、流动的影响§1-2-1、多孔介质特征对流动的影响1、多孔介质§1-2-1、多孔介质特征对流动的影响2、多孔介质的特征：（1）微观特征：孔喉大小、迂曲度、孔隙分布、比表面、润湿性（2）唯象属性特征：孔隙度、渗透率（绝对渗透率、相对渗透率、相渗透率）（3）空间特征：厚度、边界形状、边界性质§1-2-1、多孔介质特征对流动的影响3、多孔介质特征描述（唯象）§1-2-1、多孔介质特征对流动的影响4、不同多孔介质的渗流控制方程1、单一介质地层渗流控制方程：2、双重介质地层渗流控制方程：3、三重介质地层渗流控制方程：§1-2-1、多孔介质特征对流动的影响1、多孔介质的特征：（1

4、）微观特征：孔喉大小、迂曲度、孔隙分布、比表面（2）唯象属性特征：孔隙度、渗透率（绝对渗透率、相对渗透率、相渗透率）（3）空间特征：厚度、边界形状、边界性质§1-2-2、流体性质对流动的影响1、流体分类牛顿流体非牛顿流体单相流体多相流体渗流通常的流体：油、气、水、注入剂§1-2-2、流体性质对流动的影响2、流体方程牛顿流体Darcy公式：流动控制方程：非牛顿流体Blake-Gozeny公式：流动控制方程：§1-2-3、流动方式对流动的影响1、流动方式（1）线性流方式（2）双线性流方式（3）径向流方式（4）球形流方式§1-2-3、流动方式对流动的影响2、不同流动方式的

5、渗流方程1、线性流方式2、径向流方式3、球形流方式§1-3、研究方法和手段1、微观渗流力学的研究方法2、实验渗流力学的研究方法3、渗流力学的理论分析方法4、渗流力学的数值计算方法§1-3-1、微观渗流力学的研究方法1、微观渗流实验§1-3-1、微观渗流力学的研究方法2、微观渗流计算（网络模型、LB模型）（1）真实岩心磨片（2）数值化岩心（3）低渗启动压力（4）气体滑脱效应模拟§1-3-2、实验渗流力学的研究方法1、小直径岩样驱替实验2、宏观全岩心驱替实验3、核磁共振渗流实验4、现场原位实验§1-3-3、渗流力学的理论分析方法主要方法：1、分离变量法2、富氏变换方法3

6、、拉氏变换方法4、梅林变换方法5、汉克尔变换方法6、格林函数法等等一、通过数理统计方法进行数据分析二、对简单规则模型利用数理方程方法进行分析计算§1-3-4、渗流力学的数值计算方法常用的数值计算方法1、差分方法2、有限元方法3、边界元方法4、流线法5、无网格方法等数值方法的必要性：（1）渗流方程的复杂性（2）实际问题边界条件的复杂性§1-4、研究成果的表现方式1、简单曲线表示方法2、渗流场的描述方法§1-4-1、简单曲线表示方法对于参数敏感性分析、简单变量对应关系一般采用简单曲线进行描述§1-4-2、渗流场的描述方法§1-4-3、渗流力学可视化结果第二部分石油天然气

7、工程中的应用一、确定油田边界二、确定地层性质及能量变化三、确定油田开发工作制度四、确定油气田的合理开发方式§2-1、确定油气藏边界及储量1、单一边界距离及性质的判断2、单井控制范围及控制储量计算3、夹角边界距离及性质判定4、多线性组合边界形状及边界性质判断§2-1-1、单一边界距离及性质的判断（胜利油田实例）§2-1-2、单井控制范围及控制储量计算1、油藏无限/有限的概念无限是相对的有限是绝对的2、容积法计算储量的思想在一定的空间内，在压力和温度一定的条件下，流体所占的体积是恒定的。孔隙度是可以测量的。地层的边界或探测范围是确定的。（新疆油田实例，碳酸盐岩地层）