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第一章 渗流力学基本概念和定律1、多孔介质（porous medium ）：含有大量任意分布的彼此连通的且形状各异、大小不一的孔隙的固体介质。
2、渗流（permeability ）：流体通过多孔介质的流动，也叫渗滤。
3、油藏：具有统一压力系统的油气聚集体4、渗流力学：研究流体在多孔介质中的运动形态和规律的科学。
5、油气层是油气储集的场所和流动空间6、定压边界油藏：层体延伸到地表，有边水供给区，在边界上保持一个恒定的压头。
7、封闭边界油藏：边界为断层或尖灭 没有边水供给 渗流中的力学分析及驱动类型：力学分析：重力、惯性力、粘滞力（大小用牛顿内摩擦定律表示1mPa·s ＝lcP ）、弹性力、毛管力。
驱动类型：依靠何种能量把原油驱入井底。
弹性驱动、水压驱动、溶解气驱、气压驱动（主要靠气顶气或注入气的膨胀能或压能驱油的驱动方式。
刚性气压驱动、弹性气压驱动）、重力驱动 不同驱动方式及开采特征总结：1、能量补充充足（边、底水，气顶、注水/气）：刚性驱动：刚性气/水驱；开采特征：Pe 、 Ql 、 Qo 有稳产段。
2、能量补充不充足（无边底水气顶注水注气或有而不足）： 弹性驱动：弹性驱动、溶解气驱、弹性气/水驱；开采特征：Pe 、 Ql 、 Qo 均不断下降。
3、 凡是气驱的Rp 都有上升的过程，其它驱动方式Rp 不变。
溶解气驱、刚/弹性气驱4、 Qo 或Rp 的突然变化反映水或气的突破。
供给压力Pe ：油藏中存在液源供给区时，在供给边缘上的压力。
井底压力Pw ：油井正常生产时，在生产井井底所测得的压力称为井底压力，也称为流动压力，简称流压。
折算压力Pr ：油藏中某点折算到某一基准面时的压力，它表示油层中各点流体所具有的总能量。
达西定律：在一定范围内△P 与Q 成直线关系，当流量不断增大，直线关系就会被破坏。
真实流速与渗流速度的关系达西定律适用条件： 液流处于低速、层流，粘滞力占主导地位，惯性主力很小，可忽略。
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 Media2、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：35、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研究方法。
在多相流部分，重点掌握油水两相流、非活塞式水驱油的理论和方法。
了解复杂介质的渗流特点及研究方法。
油藏油水两相渗流特征研究油藏油水两相渗流特征研究指的是对具有油水两种相的地下储层中流体运移过程进行分析和研究，以解析油藏中油水相间的相互作用及其对油藏开发和生产的影响。
下面将从原理、特征及影响等方面进行详细介绍，以期更好地理解油藏油水两相渗流特征。
首先，油藏油水两相渗流的原理是基于多相流理论。
地下油藏中油水两相存在共存，每个相都受到渗流过程中的岩石孔隙结构和岩石表面张力等影响。
油水两相的运动会相互干扰，从而影响油藏的开采效果。
油相的渗流受到表面张力的作用，而水相的渗流则受到毛细力的影响。
同时，油水两相之间的界面张力也会影响两相之间的相互转化和流体的分布。
其次，油藏油水两相渗流的特征体现在以下几个方面。
首先，油藏中油水相的分布会受到岩石孔隙结构的限制，不同的孔隙尺度和孔隙连通程度会导致油水相分布的非均匀性。
其次，两相渗流会存在于不同的渗流状态中，包括饱和渗流、非饱和渗流和混相渗流等。
不同的渗流状态会导致两相的流动特征和渗透能力有所不同。
最后，油水两相会发生相间的运移，即油相和水相会在渗流过程中相互转化。
这种相间运移会影响油藏中的渗流行为和生产动态，对油气开发产生重要影响。
最后，油藏油水两相渗流的特征对油气开发和生产有着重要的影响。
首先，了解和研究油藏油水两相渗流特征可以帮助评估储层的物理性质和渗流能力，为开发方案的制定和调整提供依据。
其次，油藏中油水两相的相互作用与运动对油气的产出和采收率有着重要的影响。
通过深入研究油藏中油水两相渗流的特征，可以优化开采方案，提高采收率，减少技术和经济风险。
此外，还可以通过研究油藏中的油水两相渗流特征来评估油藏的剩余储量和可采储量，为资源评价和油气储量估算提供依据。
综上所述，油藏油水两相渗流特征研究对油气开发和储层评价具有重要作用。
通过对油藏中油水两相渗流的原理、特征及其影响进行深入研究，可以更好地理解油藏中油水相的相互作用和运动规律，为优化油气开发方案以及评估油藏剩余储量提供科学依据。
油藏油水两相渗流特征研究
油藏油水两相渗流是指在地下油气储层中，油和水两种不同相的流体同时存在并相互渗透的现象。
这是油田开发和管理中一个重要的研究领域，涉及到油藏工程、地质学、岩石力学等多个学科。
以下是对油藏油水两相渗流特征的一些常见研究方向：
1.相对渗透率：相对渗透率描述了油和水在不同饱和度下的相对
渗透能力。
这是一个关键参数，影响着两相流体在储层中的分
布和产量。
2.渗流模型：渗流模型是描述油藏中流体运移的数学模型。
对于
油水两相渗流，常用的模型包括相对渗透率模型、饱和度模型
等。
这些模型有助于理解油水两相在储层中的行为。
3.油水界面移动：研究油水界面的移动对于了解油藏中油水分布
的动态变化至关重要。
这涉及到界面稳定性、渗流速度等方面
的研究。
4.相分离：在一些情况下，油藏中的油水两相可能发生相分离现
象，即油和水在储层中形成分散相或分层。
研究相分离的机制
和影响对于油田开发策略的制定具有重要意义。
5.渗透调整技术：为了提高油田的采收率，一些调整油水相对渗
透性的技术被广泛研究，如水驱、聚合物驱等。
这些技术有助
于优化油藏中两相渗流的性能。
6.地质特征影响：地质特征，如岩性、孔隙结构等，对油水两相
渗流也有着显著的影响。
研究这些地质特征对渗流行为的影响，
可以为油藏管理提供更准确的信息。
以上只是油藏油水两相渗流特征研究的一些方向，实际上这个领域非常复杂，需要综合考虑地质、物理、化学等多方面因素。
研究这些特征有助于更有效地开发和管理油田资源。
7.1 油水两相不稳定渗流数学模型 ............................................................................... 175 7.2 水驱油稳定渗流理论 .. (178)7.2.1 边水水驱稳定渗流理论 .................................................................................. 179 7.2.2 注采井稳定渗流理论 ...................................................................................... 181 7.3 分流方程式 (183)7.4 平面单向流等饱和度平面移动方程的应用 (187)7.5 平面单向流两相混合带的压力 ............................................................................... 189 7.6 平面径向流等饱和度平面移动方程的应用 .. (190)7 油水两相渗流理论7.1 油水两相不稳定渗流数学模型在有边水、底水、夹层水或上层水的油气田中都存在油水两相渗流。
为了保存地层能量，为了确保长期高产、稳产和提高油田的最终采收率，我国采用注水采油。
在注水采油的油田，都存在油水两相渗流。
多孔介质中一种流体驱替另一种流体时，两种流体之间存在一个明显的分界面，因而驱替过程中，分界面象活塞一样向前移动。
这种驱替方式称为活塞式驱替piston-like displacement 。
活塞式驱油忽略油水性质的差异, 油水接触面将垂直于流线均匀地向井排移动，含水区和含油区是截然分开的, 水推进到含油区后，将孔隙中可以流动的油全部驱出。
实际上，油水性质差异很大，特别是油水的粘度差别很大的，必须认真考虑油水性质的差别对渗流的影响。
实际上由于油水粘度差、毛细管现象、油水重率差以及地层本身非均质性等因素的影响，水渗入到油区后，不可能把全部的石油都置换出去。
储集层中由于存在岩层的微观非均质性，并且由于流体性质差异及毛细管现象的影响，当一种流体驱替另一种流体时，出现两种流体混合流动的两相渗流区，这种驱替方式称为非活塞式驱替non-piston-like-displacement 。
在非活塞式水驱油时，从供给边界到生产井排之间可以分为三个区，即纯水区、油水混合区和纯油区。
混合区逐渐扩大到生产井排。
图7.1.1 活塞式驱动图7.1.2 非活塞式驱动天然能量已衰竭或用注气、注水法采油后(或注水，注气同时)，运用更复杂的物理化学技术改变或改善其排出机理，从而提高采收率enhanced oil recovery (EOR)。
也称强化开采最终采出油量占原始地质储量的百分率称为采收率 recover efficiency ，以E R 表示。
一个油藏或一个开发区不含水时累积采油量与该油藏或开发区的地质储量之比称为无水采收率 water-free of recovery 。
油藏经各种方法开采后，最终采出的总采油量占原始地质储量的百分率称为最终采收率 ultimate recovery 。
采收率等于驱油效率与波及系数的乘积。
由天然的或人工注入的驱替剂波及范围内所驱替出的原油体积与波及范围内的总含油体积的比值称为驱油效率 oil displacement efficiency ，以E D 表示。
累积注水量与累积产水量之差除以油层有效孔隙体积的商称为注入水体积波及系数 sweep volume of injected water,即油层水淹部分的平均驱油效率，又称扫及体积系数。
天然的或人工注入的驱替剂波及的部分油藏体积s V 与整个油藏含油体积V 的比值称为体积波及系数 volumetric sweep efficiency ，以V E 表示。
注入的驱油流体(包括天然的和人工的)在平面上波及的油藏部分的面积s A 与油藏整个含油面积A 的比值称为平面波及系数 area sweep efficiency ，以E A 表示。
注入流体(包括天然的和人工的)在垂向上波及的部分油藏厚度s h 与油 藏垂向厚度h ，的比值称为垂向波及系数 vertical sweep efficiency ，以E z 表示。
单位射开油层厚度的日注水量称为注水强度 intensity of water injection 。
注水开发的油田在含水采油期每采出1t 原油所带出的水量称为耗水量 rate of produced water 。
累积注入量与油层孔隙体积之比称为注入孔隙体积倍数injected PV of water 。
在人工注水保持地层能量的过程中，注入水体积与油层采出液体体积之差，称为地下亏空体积 subsurface volume 。
累积注入量减去累积产水量后占累积注水量的百分数称为存水率 net injection percent 。
注水开发的油田，影响驱油效果的的主要因数有：润湿性、吸附、毛管压力、重力差和粘度差。
油相流入量-油相流出量=油相变化量()()()()()()()dxdydzdt tv dxdydt dz z v v dxdydt dz z v v dxdzdtdy y v v dxdzdt dy y v v dydzdt dx x v v dydzdt dx x v v o o oz o oz o oz o oz o oy o oy o oy o oy o ox o ox o ox o ox o ∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+-⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂-⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+-⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂-⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+-⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂-φρρρρρρρρρρρρρ222222(水相流入量-水相流出量=水相变化量()()()()()()()dxdydzdt t v dxdydt dz z v v dxdydt dz z v v dxdzdtdy y v v dxdzdt dy y v v dydzdt dx x v v dydzdt dx x v v w w wz w wz w wz w wz w wy w wy w wy w wy w wx w wx w wx w wx w ∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+-⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂-⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+-⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂-⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+-⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂-φρρρρρρρρρρρρρ222222 (油、水流人和流出单元体的质量差应等于单元体内油、水相饱和度变化而导致的油、水相质量变化，整理得：()()()()t S z v y v x v o o oz o oy o ox o ∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂+∂∂-φρρρρ(()()()()t S z v y v x v w w wz w wy w wx w ∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+∂∂+∂∂-φρρρρ(油、水两相渗流的数学模型为:(( 油相饱和度S 。
和水相饱和度S w 之和应为：1=+w o S S( w o c p p p -=(圆柱坐标下(井边界条件：(外边界条件： 外边界定压，e e w e o p t r r p t r r p ====),(),((外边界封闭，(7.2 水驱油稳定渗流理论流体在多孔介质中的相对渗透率K r 与粘度μ的比值称为流体的流度mobility 。
如水和油的流度w λ和o λ可分别表示为：w rww K μλ=，o roo K μλ=(驱动相的流度与被驱动相流度的比值称为流度比mobility ratio 。
如水驱油的流度比M 表达为：w oro rw ro o w rw o w K K K K M μμμμλλ=== ( 直接或间接受注入水或边水驱动和影响的储量称为水驱储量water drive reserves 。
地层压力下降后，边水或底水向油区推进的现象称为水侵water invasion 。
油田开发过程中边水的累积侵入体积称为边水入浸量 cumulative invasion of edge water 。
油田开发过程中单位时间，单位压降下边水的侵入量称为水浸系数 water invasion coeffient 。
注入水井不是在整个厚度上均匀推进，而是呈指状或其他方式窜流入井,水呈指状推进的这种流动称为水窜 water breakthrough 。
油藏含油内边界至含油外边界之间的地带称为油水过渡带 oil-water transition zone 。
油藏中油与水之间的接触界面称为油水接触面 oil-water contact 。
油水界面并非一个截然分开的面、而是一个具有一定厚度的油水过渡段，为了确定油藏参数，人为地确定油水过渡段中某一深度为该油藏的油水接触面。
在已知有开发价值的油（气）藏的边界内，按开发方案的布井格局钻成的用来生产油（气）的井称为生产井 producing well 。
在开发过程中。
为补充、维持及加强油（气）藏的驱替能量，专门用于注入驱油（气）介质的井称为注入井 injection well 。
如注水井、注气井等。
如果在油（气）水接触面很大的油（气）藏的含油（含气）部分钻井，在开采过程中，使油（气）水接触面变形而成一“丘状”，这个“丘状”底水（气体）称做水（气）锥water(gas) cone 。
以水压驱动方式开采底水油藏时，油井投产后，井底附近的油水接触面呈锥形上升的过程，称为底水锥进bottom water coning 。
在边水油气藏开发中，边水以舌状向井突进的现象称为边水舌进edge water tonguing or edge water viscous fingering 。
7.2.1 边水水驱稳定渗流理论水区压力分布公式()eow eowe ow e e w r r r r r r r P P P r P ≤≤--=,ln ln (水区渗流速度()()rr r P P KK dr r dP KK r V owe ow e w rw w w rw w 1ln -==μμ(油区压力分布公式()oww w wowwfc ow wfc o r r r r rr r P P P r P ≤≤-+=,ln ln (油区渗流速度()()r r r P P KK dr r dP KK r V wow wfc ow oro o o ro o 1ln -==μμ( ()()ow w ow o r V r V =,()()ow w ow o r p r p =(wow w rw ow e o ro ow eo ro wfc w ow w rweow r rK r r K r r K P r r K P P ln ln ln lnμμμμ++=(图7.2.1 边水水驱示意图代入水区压力分布公式()r rr rK K r r P P P r P ewow w o ro rw ow e wfc e e w ln ln ln μμ+--=(代入油区压力分布公式()wwowow e rw w o ro wfc e wfc o r rr r r r K K P P P r P lnln ln +-+=μμ(水区速度公式()r r r K K r r P P KK r V w oww o ro rw ow e wfc e wrww 1ln ln μμμ+-=(油区速度公式()rr rr r K K P P KK r V w ow ow e rw w o ro wfc e oroo 1ln ln +-=μμμ(水产量公式w owro o w rw ow e wfce w rww r r K K r r P P K Khq ln ln 2μμμπ+-=(油产量公式w owow e rw w o ro wfce o roo r r r r K K P P K Khq ln ln 2+-=μμμπ(渗流速度等于孔隙度与真实流速dr/dt 的乘积。
