水力学教案 第六章明槽恒定流动 【教学基本要求】 1、了解明槽水流的分类和特征，了解棱柱体渠道的概念，掌握明槽底坡的概念和梯形断面明渠的几何特征和水力要素。 2、了解明槽均匀流的特点和形成条件，熟练掌握明槽均匀流公式，并能应用它来进行明渠均匀流水力计算。 3、理解水力最佳断面和允许流速的概念，掌握水力最佳断面的条件和允许流速的确定方法，学会正确选择明渠的糙率n值。 4、掌握明槽均匀流水力设计的类型和计算方法，能进行过流能力和正常水深的计算，能设计渠道的断面尺寸。 5、掌握明渠水流三种流态（急流、缓流、临界流）的运动特征和判别明渠水流流态的方法，理解佛汝德数Fr的物理意义。 6、理解断面比能、临界水深、临界底坡的概念和特性，掌握矩形断面明渠临界水深h k 的计算公式和其它形状断面临界水深的计算方法。 7、了解水跃和水跌现象，掌握共轭水深的计算，特别是矩形断明渠面共轭水深计算。 8、能进行水跃能量损失和水跃长度的计算。 9、掌握棱柱体渠道水面曲线的分类、分区和变化规律，能正确进行水面线定性分析，了解水面线衔接的控制条件。 10、能进行水面线定量计算。 11、了解缓流弯道水流的运动特征。 【内容提要和教学重点】 这一章是工程水力学部分内容最丰富也是实际应用最广泛的一章。 本章有4个重点：明渠均匀流水力计算；明渠水流三种流态的判别；明渠恒定非均匀渐变流水面曲线分析和计算，这部分也是本章的难点；水跃的特性和共轭水深计算。学习中应围绕这4个重点，掌握相关的基本概念和计算公式。 明渠水流的复杂性在于有一个不受边界约束的自由表面，自由表面能随上下游的水流条件和渠道断面周界形状的变化而上下变动，相应的水流运动要素也发生变化，形成了不同的水面形态。
中国石油大学（北京）远程教育学院 渗流力学期末复习题 一、概念题（可由文字或公式表示，本类型题目也可以以填空题的形式出现） 1、压力梯度曲线 2、非线性渗流的二项式 3、采油指数 4、不完善井折算半径 5、势的叠加 6、平面径向稳定流的渗流阻力 7、稳定试井 8、折算压力 9、活塞式水驱油 10、渗流速度 11、达西定律 12、汇点反映 13、综合弹性压缩系数 14、导压系数 15、等饱和度面移动方程 二、简答及概念题（本类型题目有的可以以填空题的形式出现） 16、按照储集层的空间形态，油藏可以分成为哪两种类型？ 17、简述油藏开发中的几种天然能量对应驱油方式。 18、简述油藏流体渗流时流体质点真实平均速度的概念，及其与渗流速度的关系。 19、简述多口生产井同时生产时存在死油区的原因，并给出2种以上动用死油区的方法。 20、写出不稳定试井的概念。 21、写出单相不可压缩流体单向渗流时的产量表达式。 22、根据镜像原理，作出图中两条断层相夹油井的“镜像”：
备注：此题可以扩展为两条平行断层、两条断层呈直角、两条断层呈120°等等类型，复习的时候应该要注意。 23、什么是压力的叠加原理？（可由公式或文字表达） 24、简述油水两相渗流区形成的原因是什么，其中哪一个更重要？ 25、作出单相液体封闭边界，油井定产时地层的压力波传播示意图，并说明压力传播的阶段及其特点。（此题还需要注意和它相似的另外三种情况：封边外边界、油井定压；定压外边界、油井定产；定压外边界、油井定压） 26、什么是汇源反映法？汇点反映？ 27、可压缩流体在弹性介质中油水两相的连续性方程的一般形式。 三、在由一条断层和一条直线供给边界构成的水平、均质、等厚油藏中有一口生产井，如图所示，供给边界的压力为pe ，井到水平边界距离为a ，到垂直边界的距离为b ，地层渗透率K ，原油粘度μ，孔隙度φ，油层厚度h ，油井半径Rw ，在 稳定渗流的情况下，试写出该井井底流压的表达 式。（本题15分） 考虑：如果是不稳定渗流时井底流压的表达式又 是什么 四、推导考虑重力与毛管力作用下的含水率公式。 （本题共10分） w o w c t o o w K K gSin x P V K f ?+?-??? += 01)(11μμαρμ 另外请考虑其它三种情况：（1）毛管力和重力都不考虑、（2）不考虑重力，只考虑毛管力、 （3）考虑重力，不考虑毛管力。 五、已知地层被直线供给边界（边界压力为pe ）分割成为半无限大地层，边界附近一口生产井以定压pw 生产（如右图），井距边界距离为a ，地层厚度为h ，渗透率为K ，孔隙度为φ，流体粘度为μ，生产井井底半径为rw ，综合弹性压缩系数为C t ，请建立此情况下地层不稳定渗流 的数学模型（或者稳定渗流时的数学模型），并求地层压力分布、或者生产井的产量表达式。 (备注：这一类型的题目一般要注意告诉的是什么条件，稳定渗流或者不稳定渗流，生产井定压还是定产) 断 层 题三图 e P
浙江长兴盆地地下水资源合理开发利用探讨 赵明树，严金叙，钱伯堂 !浙江省煤田地质局一队，浙江湖州市"#"$$%& 摘 要：长兴盆地地下水资源丰富，有第四系孔隙水、砂岩裂隙水、碳酸岩类。裂隙水与溶洞水。除可以满足 一般的生活用水和工业用水外，还有很大的开发潜力。特别是赋存于花岗闪长岩体破碎带内的低纳型含锶的偏硅酸型矿泉水!如水口金沙泉水&，在国内不仅占领了一定的市场，而且远销国外，远景十分广阔。出露于山前冲洪积泉水、灰岩泉水，含有动植物必须的主要元素与各种微量元素，用于养殖、灌溉可提高产品质量，创造名牌产品，将产生较大的经济效益与社会效益。 关键词：地下水资源；开发利用；矿泉水；养殖；灌溉；长兴盆地中图分类号：’(%#)* 文献标识码：+ 文章编号：#$$%,-#..!/$$/&$#,$$%#,$" 作者简介：赵明树!#-0(—&，男，工程师，队长。收稿日期：/$$#—$0—$*编 辑：葛晓云 长兴盆地位于苏、浙、皖三省交界处，总体上为一个三面环山、一面靠湖的不规则盆地1盆地四周的北西、北面、南部地势高，属低山丘陵区，主要为泥盆系砂岩分布，组成砂岩裂隙含水组；也有石炭、二叠、三叠系灰岩及侏罗系火山岩和白垩系红层分布，分别组成灰岩裂隙溶洞含水组、块状火山岩风化裂隙构造裂隙含水组、红层孔隙裂隙含水组；盆地中心为长!兴&泗!安&平原，含第四系松散岩类孔隙水，其下多为白垩系红层分布2#3。 因地表水已受到不同程度的污染，而地下水具有不易污染、水温恒定、水质好、用途广泛、开采方便、成本低等优点，故近年来对地下水的需求不断增加，因此存在着盲目开采等问题，故研究长兴盆地地下水资源分布、探讨合理开发利用地下水具有实际指导意义。 # 地下水开采现状 #)# 第四系孔隙潜水 !平原区表部孔隙潜水， 山前坡洪积与坡残积孔隙潜水，用民井以分散开采方式作为当地居民生活用水源，尤其是远离城镇且无自来水供应的农村区，孔隙潜水发挥出较大作用，近半数家庭拥有民井。但在稚城镇等城镇街区，水质己受到污染!局部水体发黑、发绿&，已无法利用。 "山前冲洪积孔隙潜水，除用民井分散开采外，目前仅有夹浦镇的三个村，后洋乡车渚里村还在作为集中供水水源；出露的泉水仅有一小部分用 作灌溉，多数自然流失，小浦电厂的煤灰对邻近地段冲洪水孔隙潜水还存在污染威胁。#)/ 第四系孔隙承压水 现有近%$眼深井开采该地下水， 水井主要分布在长兴城区，城东及其它城镇街区。目前实际开采量约#$$$4"56，静止水位埋深一般#1#7#$1#4，尚未形成统一的降落漏斗。但未进行开采条件下的长期监测工作，局部水井也过于集中，如长兴粮油厂三口深水井开采，已使水位下降过大!静水位埋深接近/04&， 部分!特别是个体户施工&深井成井质量差，有污染深层承压水迹象!上部海相粉砂层及淤泥质土层中的水灌入深层承压水中&，局部地下水中铁、铵离子很高，已影响利用。#)" 灰岩水与砂岩水 在覆盖区有十余口深井开采地下水，几处大的灰岩泉水有部分资源用作农田灌溉，有一处灰岩泉水已被长广千井湾煤矿作为工业及生活用水集中开采，泉水资源还有开发潜力。 / 地下水合理开发利用探讨 /)# 作为生活用水及一般工业用水水源开发 !山前孔隙潜水， 水质均符合国家饮用及工业用水要求。因含水组埋藏浅、水位埋藏浅、开采成本低、便于开采，故特别适合分散的居民家庭以民井方式开采地下水。由于富水性极不均匀，故作为集中供水水源只能选择冲洪积孔隙潜水，供水井可布置在冲洪积层!扇&的中—底部，也可利用较大的泉水作为集中供水水源。 "平原区表层的孔隙潜水，虽无集中供水意义，但作为分散开采是可取的。第一，一般农村居民家庭 第#%卷#期/$$/年"月 中国煤田地质 89+:;<9:9;=9>8?@A+ BCD1#%AC1# EFG1/$$/ 万方数据
油气渗流力学复习资料（成教高起专） 一、名词解释 1. 渗流力学：研究流体在多孔介质中流动规律的一门学科。 2. 多孔介质：含有大量任意分布的彼此连通且形状各异、大小不一的孔隙的固体介质。 渗流——流体通过多孔介质的流动。 3. 连续流体：把流体中的质点抽象为一个很小体积中包含着很多分子的集合体，质点中流体的性质与周围质点中的流体性质成连续函数关系。 4. 连续多孔介质：把多孔介质中的质点抽象为一个很小体积单元，该体积单元的介质性质与周围体积单元中的介质性质成连续函数关系。 5. 连续介质场：理想的连续多孔介质及其所包含的连续流体的整体系统。 6.“点源”：向四周发散流线的点。“点汇”：汇集流线的点。 7. 汇源反映法：对于直线供给边缘以镜像等产量“异号像井”的作用来代替直线供给边缘的作用的解题方法。 8. 汇点反映法：以等产量，对称“同号镜像井”的作用代替封闭断层作用的解题方法。 9. 拟稳定流：油井以定产量生产，当压力波传播到封闭边缘以后，供给边缘压力下降速度与井底及地层内各点的压力下降速度相等，且为一常数的一种流动状态。 10. 活塞式水驱油：就是假定水驱油过程中存在一个明显的油水分界面，前油后水，中间不存在油水过渡（或混相）区油水分界面像活塞端面一样向前移动。 11. 非活塞式水驱油：实际水驱油过程，不存在明显的油水分界面，而是一个“两相区”；同时水区有残余油，油区有束缚水。 12. 溶解气驱：当井底压力或平均地层压力低于饱和压力时，油流入井主要是依靠地下油分离出的天然气的弹性作用的一种开采方式。 13. 原始溶解油气比（Rsi）：单位体积（重量）的地面标准状态下的原油在原始地层压力下，所溶解的天然气在标准状态下的体积。 14. 生产油气比（R）：油井生产时，在地面标准状态下，每采出1吨（m3）原油时，伴随采出的天然气量。 15.采油指数：单位压差下的产油量。 16.舌进现象：当液体质点从注水井沿x方向（主流线）己达到生产井时，沿其他流线运动的质点还未达到生产井，这就形成了舌进现象。 17. 稳定渗流：运动要素（如速度、压力等）都是常数的渗流。 18. 渗流速度：流体通过单位渗流面积的体积流量。 19. 多井干扰：多井同时工作时，地层内各点的压降等于各井单独工作时的压力降的代数和。 20. 稳定试井：通过人为地改变井的工作制度，并在各个工作制度稳定的条件下测量其压力及对应的产量等有关资料，以确定井的生产能力和合理的工作制度，以及推算地层的有关参数等的方法。 21. 折算压力：假想油藏为静止状态，油藏内任意一点的实测压力与该点相对于选定海拔平面的液柱压力之和。 22. 质量守恒定律：在地层中任取一微小的单元体，在单元体内若没有源和汇存在，则包含在微元体封闭表面内的液体质量变化应等于同一时间间隔内液体的流入质量与流出质量之差。
1.渗流力学是研究流体在多孔介质中的运动形态和运动规律的科学。 2.多孔介质—含有大量任意分布的彼此连通且形状各异、大小不一的孔隙的固体介质。 3.渗流—流体通过多孔介质的流动。 5连续流体---把流体中的质点抽象为一个很小体积中包含着很多分子的集合体，质点中流体的性质与周围质点中的流体性质成连续函数关系。 6连续多孔介质----把多孔介质中的质点抽象为一个很小体积单元，该体积单元的介质性质与周围体积单元中的介质性质成连续函数关系。 7连续介质场----理想的连续多孔介质及其所包含的连续流体的整体系统。 8油、气、水之所以能在岩石孔隙中渗流是由于各种力作用的结果。 主要有：1. 重力；2. 惯性力3. 粘滞力4 . 弹性力5. 毛管力 9流体压力的表示式：PZ =10-3ρg z ≈0.01 γz 10当渗流由一种流体驱替另一种流体时，在两相界面上会产生压力跳跃，它的大小取决于分界面的弯曲率（曲度），这个压力的跳跃就称为毛管压力，用PC 表示。r P C θ σcos 2= 11折算压力：假想油藏为静止状态，油藏内任意一点的实测压力与该点相对于选定海拔平面的液柱压力之和。P=P0+0.01·γ·Z 12油藏的（天然）能量主要有：边水的压能，岩石和液体的弹性能，气顶中压缩气体的弹性能，原油中溶解气体的弹性能和原油本身的重力。 驱动类型：1.重力水压驱动；2.弹性驱动；3.气压驱动；4.溶解气驱；5.重力驱动。 13达西定律变形阻力动力 .........A L K P Q ??= μ 14渗流为非线性渗流时渗流速度的表示式： 1指数式：n ）dL dP C （v -=C —与岩石性质有关的系数。n —渗流指数，=1—0.5，n=1, 与满足线性渗流定律。 2二项式：2Bv Av dL dP +=- A 、 B 为与岩石及流体性质有关的系数 15质量守恒定律：在地层中任取一微小的单元体，在单元体内若没有源和汇存在，则包含在微元体封闭表面内的液体质量变化应等于同一时间间隔内液体的流入质量与流出质量之差。 单相渗流的连续性方程： t z v y v x v z y x ??- =??+??+??) ()()()(ρφρρρ（三维）
摘要 地铁施工与地下水渗流的环境效应分析及应用 摘要 以北京地铁王府井站西南风道为工程背景，针对松散含水地层工程地质及水文地质差、紧邻建筑物、地表环境要求严、施工条件恶劣、降水条件受到限制、大断面浅埋暗挖洞室稳定性差等不利因素，深入分析了地铁施工与地下水渗流的环境效应机理。 利用地下工程中最先进的3D-σ三维有限元软件，采用增量变弹性与增量叠代的混合法，模拟计算了软弱围岩地铁的施工作业流程，考虑围岩介质的复杂性态、施工作业方式(包括分步开挖步序、支护结构形式和施工时机)和开挖面推进过程中的空间效应。得出了各步序拱顶下沉、收敛、地表沉降与开挖步的关系曲线。 从达西定律出发，利用地下水动力学稳定流理论，针对实际工程，推导出了任意排列的承压—潜水井群降水计算过程，自行编制了Fortran程序，完成了处于潜水含水层和承压含水层群井降水的三维渗流分析及计算，形象地绘制了降水曲面。并利用3D-flow计算软件进行了降水曲线和流速的计算，与自行编制的程序进行了比较。最后计算了因水位变化引起的地面沉降最终值及随时间的变化曲线。 首次将坑道涌水研究用于地铁，并对地铁坑道涌水的危害程度作出了合理预测和分析。根据坑道所处的不同含水层、以及坑道所处地层中的位置不同，自行推导了处于潜水含水层和承压含水层的，完整型和不完整型坑道稳定涌水量和水位降深的计算公式。根据不同的坑道涌水量、不同的水文地质情况对坑道开挖后可能的涌水引起的地面变形做出预测和分析。最后结合实例进行了验证、预测和分析，为行业人士对地铁涌水的处理和认识提供了参考和借鉴。 关键词：环境效应，施工力学分析，地下水动力学，涌水，地面沉降
《渗流力学》综合复习资料 一、填空题 1.圆形封闭地层中心一口井生产时的拟稳态是指。 2.油藏的驱动方式包括几种方式。 3.在油气层中相互连通的油气水构成一个。 4.综合压缩系数的物理意义是。 5.流体在地下渗流过程中，受到这几种力的作用和影响。 6.渗流数学模型必须包括的内容有。 7.影响水驱油非活塞性的主要因素是。 8.达西定律是渗流的基本定律，它表明和成正比关系，与成反比关系。 9.地层导压系数的表达式为：，其物理意义为：。 10.折算半径是指：。 11.把油气层中流动的液体、气体以及它们的混合物统称为，把构成油气层的固体结构称为。 12.流体在油气层中的流动称为。 13.完整的渗流数学模型包括两部分。 14.分流量方程的推导是在忽略了力的情况下得到的一个简化式。 15.油气两相渗流的产量与成正比关系。 二、简述题 1.油井的不完善类型有哪几种？并说明它们对产量的影响。 2.简述油井不稳定试井的基本原理及能解决的问题。 3.绘图说明非活塞式水驱油时含水饱和度变化规律。 4.镜像反映法的作用是什么？在复杂边界油藏中应用的基本原则是什么？ 5.试绘制Horner曲线，并说明利用它来求原始地层压力的方法。 6．简述油井的不完善类型及其引起产量变化的原因，并说明描述不完善性的方法。 7．写出非活塞式水驱油见水前的两相区平均含水饱和度公式，并图示其确定方法。 8．画出平面径向渗流的渗流场图，并说明其特点。 9．油井的不完善类型有哪几种？通常描述不完善性的方法有哪几种？ 10．叠加原理是解决多井问题的基本原理，说明其实质及在具体应用时应注意什么条件？11．如何确定一维水驱油在油井见水前两相区平均含水饱和度及前缘含水饱和度？ 三、计算题
专业的三维地下水渗流分析软件Seep3D 介绍 Seep3D 是GeoStudio 专门针对与所有工程结构相关的真实三维渗流问题而开发的一个专业软件，Seep3D 将强大的交互式三维设计界面引入饱和、非饱和地下水的建模分析中，使用户可以迅速分析各种各样的地下水流工程问题。 使用Seep3D 的交互式建模方法，用户可以迅速 建立几何分析模型，定义好几何模型的材料特性和边 界条件，然后进行求解运算，最后在三维界面内就可 以直接查看诸如等值面和流线等结果了。对计算模型 进行局部剖分，利用三维数据输出工具即可对任意的 计算结果进行快速而精确的分析。 1.典型应用： 使用Seep3D 软件，用户可以把所分析的地下水流动问题扩展到包括水库、水坝、流动堵塞等特殊结构模型，排水沟或井下渗流，坡面和坡底相关的流动，以及耗散障碍系统中的渗流和流动。并且，以上所提到的这些问题，都可以在同一个三维模型中进行统一分析。 2. Seep3D 软件的特点： 几何模型上的材料特性和边界条件可以分别定义。这样，如果用户从整个模型中删掉一些区域后，整个模型的材料特性和边界条件信息仍然适用。如果用户要在模型内加入一种新的边界条件并将它应用于模型内的某个区域，用户只需把相关信息加入一次即可生效，这样可以减少犯错。用户也可以通过定义一种材料的特性而改变整个模型的材料特性，新定义的材料特性值可以应用于整个模型内所有用到这种材料的地方。 只要用户建立几何模型并加入相关的材料特性和边界条件，就已经做好了使用Seep3D 中的模型算法库进行分析的前期准备工作。Seep3D 内部包含了支持线性、非线性、稳态、瞬态、自适应分析的算法求解器。 用户可以迅速地从众多的3D 分析结果数据中找到所需要的结果。例如，用户可以对模型进行分割而产生“ 结果平面”，从而显示等值面、流速向量、流线等，得到所需要的各种数据。用户可以利用模
文章编号:1004—5716(2006)增刊—0228—02中图分类号:P641 文献标识码:B 河南西部盆地上第三系地层地下水特征浅析 江培兵 (铁道第四勘察设计院,湖北武汉430063) 摘 要:河南省西部盆地地下水受地形地貌、地质构造、地层岩性等因素控制,开发、开采、利用地下水较为困难。通过 多年来在焦枝铁路、西安—南京铁路、郑西客运专线沿线车站供水水文地质工作的实践经验,针对西部盆地尤其是上第 三系(N)地层地下水的水文地质条件进行了详细分析,对有效合理开发开采本区地下水资源有很强的参考价值。 关键词:上第三系;地下水;水文地质条件 水是人类生活和一切生产都离不开的重要自然资源,随着国民经济的快速发展和人民生活水平的提高,合理开发利用和保护好水资源已成为经济和社会发展的重要问题。河南省西部盆地地下水较为匮乏,多年来,笔者在焦枝铁路、西安—南京铁路、郑西客运专线沿线车站供水水文地质工作中,通过对西部盆地上第三系(N)地层地下水的勘察,总结了该区地下水的一般特征。 1 河南西部盆地自然地理概况 (1)地理位置:河南省西部盆地主要指陕西东部、湖北北部、山西南部、京广铁路以西地区,行政区划包括南阳市、洛阳市、平定山市(部分)、信阳市(部分); (2)水系:区内水系发育,河网密布。其中黄河、淮河、长江水系横穿测区。黄河流域主要有黄河支流伊洛河、汜水河,其中伊洛河是潼关以下黄河上的最大支流,洛河干流全长446.9km,自偃师县杨村以上呈羽形河系,汇百川入内,穿行于洛阳平原;各支流多为发源于中山区河流,河流纵积水面积广,比降大(在1.5%～3%之间),水流湍急。淮河流域内主要跨越山前倾斜平原地段的贾鲁河及其支流金水河、须水河、索河等。长江流域支流主要有唐河、白河及其支流潦河、泗水河等; (3)气象特征:豫西地处内陆,远离海洋,属大陆性季风气候。气候温和,日照充足,降水丰沛,适宜于农、林、牧、渔各业发展。其特点之一为过渡性明显,地区差异性显著。冬季盛行偏北风,寒冷干燥;夏季盛行偏南风,炎热多雨,季风气候明显;春季温度高于秋季,大陆性气候显著;受大陆性季风气候影响,沿线气候四季分明。最冷为1月份,累年平均气温-0.7℃～0.7℃,绝对最低气温-18.2℃;7月份最热,累年平均气温24.0℃～27.3℃,绝对最高气温44.2℃;累年年平均气温12.9℃～14.7℃。历年平均初霜在10月21日～11月2日,终霜期在3月20日～4月10日间;年平均雨量600～700mm,年最多降水量781.8mm,雨量年内分布不均,7、8、9月为多雨季节,累计降水量占全年降水量的51.1%～54.7%。年最大冻土深度21.0cm,年最大积雪深度25.0cm;年平均蒸发量1787.5mm;年最大蒸发量1935.3mm。全年以东南风居多,最大风力可达12级; (4)地形地貌:本区盆地主要包括南阳盆地、信阳盆地、洛阳盆地、济源盆地,地势较平坦,一般海拔60～110m,周边由山地、丘陵(含黄土)组成。 2 上第三系(N)地层地质概况 (1)地质构造:河南西部盆地是在结晶变质岩系基底上,经持续性断块陷落发展起来的内陆湖相盆地,沉积了巨厚的第三系沉积物,盆地北高南低微南倾。新生代第四纪,虽经历了新构造运动又沉积了第四系地层,但其地貌景观仍保持了北高南低的特征。这种构造运动的演变与地貌景观的继承性发展控制着盆地地下水的演化。 (2)地层岩性:盆地表层均覆盖着第四系地层,上第三系(N)地层深埋于地下,与下伏老第三系(E)地层呈平行不整和接触。上第三系(N)地层厚200～300m,地层岩性为灰白色、蓝灰色、棕红色砂砾岩、含砾砂岩、夹泥质中粗砂岩、泥质粉砂岩、泥岩、页岩。岩层多呈半胶结状,结构疏散,俗称“半成岩”,尤其是砂砾岩、含砾砂岩,多风化呈砂及砾石状。 3 上第三系(N)地层地下水的特征 (1)上第三系(N)地层地下水的赋存特征:上第三系(N)地层,泥质中粗砂岩、泥质粉砂岩、泥岩、页岩不易储水,砂砾岩、含砾砂岩的储水条件较好。其中砂砾岩、含砾砂岩,多风化呈松散的砂及砾石状,孔隙裂隙较发育,是主要的含水岩组,上第三系(N)含水层顶板埋深20～90m,有5～8层,厚度一般15～50m,属多层结构的承压含水岩组,水位埋深20～40m,含水层分布比较稳定,厚度大。据统计,上第三系(N)地层含水岩组单位涌水量一般0.1～1.96L/s?m,单井涌水量一般150～500m3/d,渗透系数一般0.3～3.5m/d。属水量中等的含水岩组。 (2)地下水的水化学特征:上第三系(N)地层地下水水化学性质主要受水文地质条件及人为因素所影响,地下水以水平运移为主,径流比较迟缓,水交替条件较差。水化学类型具明显的分带性。焦枝铁路耿坡—邓湖一带,水化学类型为HCO3?SO4—G a?Mg型水,矿化度0.4～0.9g/L,p H值7.15～7.58,为弱酸—弱碱性水;西安—南京铁路毕店—月河一带,水化学类型为HCO3—Ga?Mg、HCO3—Na?Ga型水,矿化度0.23～0.27g/L,p H值7.17～8.0,为低矿化度弱碱性水;郑西客运专线一带,水化学类型为HCO3—Ga?Mg型水,矿化度0.4～0.5g/L,p H值7.3～8.0,为弱碱性水;其中亚硝酸盐含量20.5mg/L,超标。
西南石油大学教案 课程名称油气层渗流力学 任课教师王怒涛 院(系) 石油工程学院 教研室石油工程教研室 2010年11月18日
课程表
《油气层渗流力学》教学大纲 一、课程基本信息 1、课程英文名称：The oil and Gas Flow through Porous Media 2、课程类别：专业课程基础 3、课程学时：总学时46，实验学时2。 4、学分：3 5、先修课程：大学数学、数学物理方程、油气田开发地质、油层物理 6、适用专业：石油工程、资源勘查工程 7、大纲执笔：石油工程教研室（李晓平） 8、大纲审批：石油工程学院学术委员会 9、制定（修订）时间：2005.11 二、课程的目的与任务 《油气层渗流力学》课程是石油工程专业的主干课程，是地质勘探专业的专业基础课。学习该课程的目的，是要把它作为认识油气藏、改造油气藏的工具，作为油气田开发设计、动态分析、油气井开采、增产工艺、反求地层参数、提高采收率等的理论基础。因此，它是石油工程专业的主干专业基础课程之一，是学好石油工程其它专业课如《油藏工程》、《油藏数值模拟》、《采油工程》、《试井分析》的关键课程之一，该门课的目的是让学生了解油气在储层中的渗流基本规律以及研究油气在储层中渗流的基本 方法。其任务是，掌握油气渗流的基本概念，认识油气储层的渗流规律，学会研究油气在储层中渗流的方法，为学好其它专业课程打好理论基础。 三、课程的基本要求 该课程在学习之前，要先学习有关石油地质、油层物理以及工程数学和微分方程等方面的知识理论。学习该课程后，要求掌握油气层渗流的基本概念、基本规律和基本方法与技巧，学会研究油气在储层中渗流的方法。重点是单相流体的流动，掌握单相稳定渗流时，各种情况下的水动力学场，井间干扰及叠加原理，单相不稳定渗流的压力传播规律、动态特征等，掌握气体渗流理论的特点及研究方法，掌握双重介质渗流的特点及
渗流力学 1、渗流的特点是什么？答：阻力大，流速慢。 2、什么是多孔介质,有哪些特点？答：由毛细管和微毛细管组成。特点为：储容性、渗透性、比表面性、结构 复杂。 3、写出渗流速度及真实渗流速度的定义，并说明它们之间的关系？ 答：渗流速度：流体通过单位渗流面积的体积流量；真实渗流速度：流体通过单位真实渗流面积的体积流量， 关系为V=?·V ? 4、一般的渗流形式有哪些？答：平面单向流、平面径向流、球形径向流。 5、什么是原始地层压力？获得原始地层压力的方法有哪些？ 答：油藏在投入开发以前测得的地层压力称为原始地层压力，获得方法有：打第一批探井时测得的；通过压 力梯度曲线得到。 6、什么是折算压力？其物理意义是？答：油藏中任一点的实测压力均与其埋藏深度有关，为了确切地表示地下 的能量分布情况，必须把地层内各点的压力折算到同一水平面上，这个水平面称为折算平面，经折算后的压力称为折算压力。其物理意义为折算压力在实质上代表了该点流体所具有的总的机械能。 7、在渗流过程中一般受到哪些力的作用？主要作用力是什么？ 答：流体的重力、惯性力、粘滞力、岩石及流体的弹性力、毛细管压力。后三个为主要作用力。 8、油藏驱动类型一般有哪几种？答：弹性驱动、溶解气驱动、气压驱动、重力驱动、重力水驱动。 9、什么是达西定律？为什么说它是线性渗流定律？答：达西定律为q=KA?p/μL 因为流量q 与压差?p 呈线 性关系，故达西定律也是线性渗流定律。 10、达西定律中各物理量的单位是什么？答：K —渗透率—m 2；A —横截面积—m 2；?p —两个渗流截面间的压 差—Pa ；μ—粘度—Pa ·s ；L —两个渗流截面间的距离，m 。 11、在什么情况下会产生非线性渗流？答：高速非线性渗流：一般会出现在气井或裂缝性油井中；低速非线性 渗流：低渗，特低渗油藏或是稠油油藏中。 12解决渗流问题的一般思路是什么？答：第一步，建立比较理想的物理模型；第二步，对物理模型建立相应的 数学模型；第三步，对数学模型求解；第四步，将求得的理论结果应用到实际问题中。 13、渗流基本微分方程由哪几个方程组成？答：连续性方程；运动方程；状态方程；特征方程。。 14、什么是稳定渗流？答：是指运动要素（如速度、压力等）都是常数的渗流。 15、写出稳定渗流的基本微分方程，并说明其属于哪种数理方程？ 答：0z p y p x p 222222=??+??+?? 属于拉普拉斯方程。 16、绘制平面单向流和平面径向流的压力分布曲线，说明其压力消耗特点。 平面单向流：沿程渗流过程中压力是均匀下降的。 平面径向流：压力主要消耗在井底附近，这是因为越靠近井底渗流面积越小而渗流阻力越大的缘故。 17、写出平面单向流的流量计算公式。 答：L p -p h q B e μ）（KW = 18、写出平面径向流的流量公式，并说明提高油井产量一般有哪几种途径？ 答：() w e wf e r r ln p -p h 2q μπK = 途径：1酸化压裂，增加渗透率；2增大生产压差；3加入降粘剂，火烧油层；4补孔处理；5加密井。 19、什么是油井的完善性？表示不完善性有几个物理量？ P Pe P B O L P Pe Pwf rw re r
第一章 1．有四口油井测压资料间表1。 表 题1的压力梯度数据 已知原油的相对密度0.8，原始油水界面的海拔为－950m ，试分析在哪个井附近形成低压区。 解： 将4口井的压力折算成折算压力进行比较 111m m zm H g p p ?+=ρ =9.0×106+0.8×103×9.8×(950－940)=9.08MPa 222m m zm H g p p ?+=ρ =9.0×106+0.8×103×9.8×(950－870)=9.48MPa 333m m zm H g p p ?+=ρ =9.0×106+0.8×103×9.8×(950－850)=9.58MPa 444m m zm H g p p ?+=ρ =9.0×106+0.8×103×9.8×(950－880)=9.45MPa 由数值上可以看出在第一口井处容易形成低压区。 2．某油田有一口位于含油区的探井，实测油层中部的原始地层压力为8.822×106Pa ，油层中部海拔为－1000m 。位于含水区有一口探井，实测地层中部原始地层压力为11.47×106 Pa ，地层中部海拔－1300m 。已知原油的相对密度为0.85，地层水的相对密度为1。求该油田油水界面的海拔高度。 解：由于未开采之前，油层中的油没有流动，所以两口探井的折算压力应相等，设h 为油水界面的海拔高度，则： ()10008.91085.010822.8361111-???+?=?+=h H g p p m m zm ρ ()13008.91011047.11362222-???+?=?+=h H g p p m m zm ρ 由21zm zm p p =可得：=h -1198.64m 该油田油水界面的海拔高度为-1198.64 m
盆地含水系统与地下水流动系统特征 大型盆地是人类相对聚居的地方,通常蕴藏着丰富的能源和矿产资源,有的还是重要的粮食生产基地。随着社会发展和工农业用水增加,盆地地下水资源的开发利用规模日益加大,引发了一系列地质环境问题,危及供水安全、粮食安全和重大工程安全。 地下水资源的可持续利用已成为关系社会和谐发展的关键问题之一。深入认识大型盆地地下水流动规律是合理开发利用地下水资源的基础,也是现代水文地质学面临的挑战之一。 在区域水文地质学的发展过程中,Tóth (1963)提出了地下水流动系统理论,较好地刻画了盆地地下水的补给、径流与排泄规律。该理论基于重力驱动的基本原理,利用解析解研究发现,盆地中可以发育局部、中间和区域三个不同级次的流动系统,各个系统具有相对独立的水动力学和水化学特征。 Freeze和Witherspoon (1967)从渗透系数分布和盆地形状两个方面讨论了地下水流动系统的影响因素,进一步完善了地下水流动系统理论。Freeze和Witherspoon (1967)的研究仅考虑了简单的非均质性和各向异性对地下水流动系统的影响,未对流动系统的影响因素开展系统的研究。 Tóth (1980)认为多个流动系统的交汇可以形成有利于矿产和油气聚集的滞流区,但对滞流区的形成机理的认识一直停留在定性分析阶段。在地下水流动系统理论的实际应用中,划分各个不同级次流动系统的分布是极为重要的,虽然Tóth (1963)给出了某一级次流动系统的定义,但是对如何精确划分各个级次的地下水流动系统一直缺乏既完善又简便的方法。 地下水年龄(或示踪剂浓度)是分析盆地地下水流动系统及校正地下水模型
1、明渠均匀流计算公式: Q=Aν=AC Ri C=n 1Ｒy （一般计算公式）Ｃ=n 1 R 61 （称曼宁公式） 2、渡槽进口尺寸（明渠均匀流） gZ 2bh Q ＝ z ：渡槽进口的水位降（进出口水位差） ε：渡槽进口侧向收缩系数，一般ε＝0。8～０。9 b:渡槽的宽度（米） h ：渡槽的过水深度(米) φ：流速系数φ=０。８~0．９5 3、倒虹吸计算公式： Q ＝mA z g 2（m 3/秒) 4、跌水计算公式： 跌水水力计算公式：Q ＝εmB 2 /30g 2H ， 式中：ε—侧收缩系数，矩形进口ε＝0.85～0.95；， B —进口宽度（米）；m —流量系数 5、流量计算公式: Ｑ=Aν 式中Q —-通过某一断面的流量，m ３/ｓ； ν——通过该断面的流速，ｍ/ｈ A —-过水断面的面积，ｍ2。 6、溢洪道计算 １)进口不设闸门的正流式开敞溢洪道 （1）淹没出流：Ｑ=εσＭBH 2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （２）实用堰出流：Q=εＭBH 2 3
=侧向收缩系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 2）进口装有闸门控制的溢洪道 (1）开敞式溢洪道。 Q ＝εσMＢH 2 3 ＝侧向收缩系数×淹没系数×流量系数×溢洪道堰顶泄流长度×溢洪水深2 3 （2)孔口自由出流计算公式为 Ｑ=ＭωH =堰顶闸门自由式孔流的流量系数×闸孔过水断面面积×H 其中：ω=be 7、放水涵管（洞)出流计算 １）、无压管流 Q ＝μＡ02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 2)、有压管流 Q ＝μA 02gH =流量系数×放水孔口断面面积×02gH 8、测流堰的流量计算—-薄壁堰测流的计算 １）三角形薄壁测流堰,其中θ＝90°，即 自由出流：Q ＝1。4H 2 5或Ｑ＝1.34３H 2.47（2—15) 淹没出流:Ｑ＝（1。4H 25)σ（2-16） 淹没系数:σ=2)13.0( 756.0--H h n +0.145(2-１7) 2）梯形薄壁测流堰,其中θ应满足t ａnθ= 4 1 ，以及b ＞３H,即 自由出流：Q ＝０．42b g 2H 2 3＝1.８6bH 2 3（２—１8）
基础例题5
三维基坑开挖阶段 地下水渗流分析
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GTS基础例题5.
- 三维基坑开挖阶段地下水渗流分析
运行GTS 概要 生成分析数据 属性 / 6 2D 几何 建模 矩形, 直线, 转换 / 14 交叉分割, 删除 / 16 生成二维网格 网格尺寸控制 / 18 映射网格k-线面 / 20 生成三维网格 建立网格 / 22 分析 节点水头 / 26 定义施工阶段 / 31 分析工况 / 37 分析 / 38 查看分析结果 总水头 / 40 孔隙压力 / 42 向量等值线(向量显示) / 44
1 2 6
14
18
22
26
39
GTS基础例题5
GTS基础例题5
建立有围护墙和围护板的模型,然后进行考虑排水的施工阶段分析。在这里我们通过 直接在GTS里输入坐标建立二维单元之后，再扩展成三维的方式来建立。然后在建立 的模型上定义边界条件按施工阶段进行排水分析，最后查看分析结果。
运行GTS
运行程序。
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单位体系若设成了其它 的，点击单位体系右侧的 设为tonf, m, day。
运行GTS 程序。 点击 文件 > 新建打开新文件。 弹出项目设定对话框。 项目名称里输入‘基础例题 5’。 单位体系指定为‘tonf’, ‘m’, ‘day’。 其它的项使用设定的默认值。 点击 。 主菜单里选择视图 > 显示选项...。 一般表单的网格 > 节点显示指定为‘False’。 。
5. 6. 7. 8. 9.
10. 点击
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目录 第一章绪论 (1) 1.1 研究目的与意义 (1) 1.2 国内外研究现状 (2) 1.2.1 地下水水源地保护区划分研究现状 (2) 1.2.2 地下水水源地保护区划分方法研究现状 (6) 1.2.3 存在问题 (8) 1.3 研究内容及技术路线 (8) 1.3.1 主要内容 (8) 1.3.2 技术路线 (10) 第二章地下水水源地保护区划分依据及方法 (11) 2.1 建立地下水水源地保护区的目的 (11) 2.2 地下水水源地保护区划分的依据原则 (12) 2.2.1 划分依据 (12) 2.2.2 划分原则 (12) 2.3 水源地保护区划分方法 (12) 2.3.1 经验值法 (13) 2.3.2 公式计算法 (13) 2.3.3 3S技术辅助法 (14) 2.3.4 解析单元法 (14) 2.3.5 数值模拟法 (15) 2.4 各种方法区别及适用条件 (15) 2.5 地下水水源地保护区划分现存问题 (16) 第三章关中盆地地下水水源地现状评价 (17) 3.1 地下水资源状况 (17) 3.1.1 地下水资源量及可开采量 (17) 3.1.2 地下水开发利用概况 (17) 3.2 关中盆地地下水水源地现状 (19) v
3.2.1 水源地现状分布 (19) 3.2.2 水源地开发利用现状 (20) 3.2.3 水源地水质状况 (20) 3.2.4 水源地管理现状 (21) 3.2.5 水源地保护区划分及管理存在问题 (21) 3.3 关中盆地典型地下水水源地 (22) 第四章山前冲洪积扇地下水水源地保护区划分-以户县电厂地下水水源地为例 (24) 4.1 户县电厂水源地基本概况 (24) 4.1.1 自然地理 (24) 4.1.2 地质地貌及构造 (25) 4.1.3 水文地质概况 (28) 4.1.4 水源地开采井布置 (29) 4.2 公式法划分水源地保护区 (29) 4.2.1 时间标准的选取 (29) 4.2.2 水源地保护区半径计算 (30) 4.3 解析单元法划分水源地保护区 (31) 4.3.1 软件的选取 (31) 4.3.2 解析单元法划分地下水水源地保护区 (32) 4.4 方法结果对比 (33) 第五章傍河地下水水源地保护区划分-以渭南北郊地下水水源地为例 (35) 5.1 渭南北郊水源地基本概况 (35) 5.1.1 地理位置 (35) 5.1.2 地质地貌 (36) 5.1.3 水文地质概况 (37) 5.1.4 水源地开采井布置 (38) 5.2 公式法划分水源地保护区 (38) 5.2.1 时间标准的选取 (38) 5.2.2 水源地保护区半径计算 (39) 5.3 数值模拟划分水源地保护区 (40) vi
1.渗流:流体通过多孔介质的流动 2.多孔介质:由毛细管或微毛细管组成的介质. 3.折算压力Pz:将油藏内各点的压力按静水力学内部压力分布规律折算到同一水平面上的压力,该压力即为折算压力. 4.驱动方式:在油藏开采过程中主要依靠哪种能量来驱动,就称为何种驱动方式. 5.渗流速度:流体通过单位面积的体积流量 6.线性渗流:流速与压力差(或压力梯度)呈线性关系的渗流. 7.非线性渗流:渗流速度 v 与压力梯度不成线性关系的渗流.分高速和低速两种。 8.透明度：在数值上与孔隙度 相等 9.综合压缩系数：地层压力每产生单位压降时，单位岩石视体积中孔隙及液体的总体积变化量。 记为：Ct 10.导压系数：单位时间内压力传播的地层面积，表明地层压力波 传导的速度。单位为cm 2/s 或m 2/s 。 11.渗流场图：由一组等压线和一组流线按一定规则构成的图形。 等压线：渗流场中压力相同点的连线。 等压面：渗流场中压力相同的空间点组成的面。 (规则：各相邻两条等压线间的压差值相等；各相邻两条流线 间通过的流量相等。) 12.流度系数： 13.泄油面积：油井周围参与渗流的面积。精确一点，指单井周围所波及的可动用油的面积范围，储层的性质,质量不同,则波及的范围不同, 因此布井开采的井距和开采方法也有所不同, 具体情况具体确定标准。（网上查的） 14．折算半径 r rw ：把实际不完善井用一产量与之相等，但半径改变的假想完善井来代替，这一假想完善井的半径称为实际不完善井的折算半径。 表皮因子与折算半径的关系： 15. 水动力学完善井：井钻穿全部油层厚度，而且井壁是裸露的，即整个井壁都有流体通过，流线在井壁附近仍符合平面径向流，这种井就称为水动力学完善井。 16．水动力学不完善井：凡是井底结构和完善井的井底结构不同,或井底附近油层性质发生变化的井，称为水动力学不完善井。 17. 表皮系数（表皮因子）S ：用无量纲的附加压力降来表征一口井表皮效应的性质和严重程度的物理量，称为表皮因子。 18. 稳定试井：就是通过人为地改变井的工作制度，在稳定情况下测出相应稳定产量和压力值，然后利用稳定渗流理论对其进行解释（绘出指示曲线 ），从而了解油井的生产能力和求地层参数的矿场试验。又称“系统试井”。 19. 指示曲线：油井的产量 与相应的生产压差 之间的关系曲线就称为指示 曲线。 20. 井间干扰现象:同一油层中当多井同时生产时,其中任一口井工作制度的改变(如新井投产,事故停井以及改变工作制度等)所引起的其它井井底压力及产量的变化现象. 21.势的叠加原理：势的叠加原理:多井同时生产时地层中任一点的势等于每一口井单独生产时在该点所引起势的代数和。 22.压降迭加原理:多井同时生产时,地层中任一点的压降等于各井单独生产时在该点形成的压力降的代数和.(规定:生产井形成的压降值为正,注水井形成的压降为负.) 23.舌进现象：油水前缘沿高渗透层突进的现象，在成层非均质油层中可以见到明显的舌进。x o y L 等压线流线 S w rw e r r -?=P q ?~)(wf e P P -q φ
渗流对边坡稳定性的影响评述 摘要：渗流对边坡稳定性影响重大，本文对在渗流作用下边坡稳定性影响及边坡稳定性中考虑渗流的方法作简要介绍。 关键词：边坡稳定性分析、流固耦合、渗流场 1 前言 边坡是人类生产生活的最普遍也是重要的地理环境, 与人们的各种活动密 切相关。在人类发展过程中, 无时不与它相互冲突、相互协调, 进而达到相互依存。特别是近几十年来, 随着工程活动规模的扩大及经济建设的急剧发展, 边坡工程中高陡边坡稳定性及大型灾害性滑坡预测问题得到越来越多的重视。 土质边坡稳定向题一直是岩土工程领域中一项最基本而又十分主要的研究课题，科学合理地评价土坡稳定性对于确保人民生命财产和保证工程正常运行有非常重要意义。在影响土坡稳定性的诸多因素中，水的作用是一个至关重要的外在因素。大量事实表明：90%以上的土质边坡失稳与水有着息息相关的联系，尤其是在各种危险水力条件下由于渗流作用量易引发滑坡发生。 2 渗流的影响及危害 堤防、江河水库岸坡和土石坝的渗流稳定主要是渗透破坏问题。渗流破坏可区分为整体破坏和局部破坏。整体破坏即在渗流作用下的岸坡滑坡稳定性问题，整体稳定性分析，正确考虑作用在土体上的渗流作用是关键。渗流的局部破坏主要发生在地下水渗流的集中渗出点(渗流方向为自下而上或与坝坡相切)、边坡下游坡和基础薄弱部位。对渗流作用的破坏研究重点是危险水力条件及不同渗流方向时允许渗透坡降(与局部稳定相关)等，采取措施改变地下水渗流的方向、高度、渗出点坡降等，防止产生渗漏、管涌、流土和接触冲刷等渗透变形。据资料统计表明, 我国有新老滑坡约30 万处, 其中灾害性的约1. 5 万处, 每年损失高达100 亿元以上。特别是在2008 年5 月12 日汶川大地震中, 由于边坡滑坡造成的经济损失巨大。大量的工程资料和实践经验表明：大坝在汛期发生的各种险情中，大部分是由于渗透破坏造成的。渗流造成管涌险情等局部稳定隐患和滑坡等整体稳定隐患。因此，须对大坝的渗流状况进行监控与分析，并对其渗流发展态势及时