高等渗流力学(2017年度)
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工程渗流力学考试及答案一、单项选择题(每题2分,共20分)1. 工程渗流力学中,水力梯度的计算公式为()。
A. i=H/LB. i=Q/AC. i=h/LD. i=Q/h答案:C2. 渗流场中,流线与等势线的关系是()。
A. 垂直B. 平行C. 重合D. 相交答案:A3. 达西定律适用于()。
A. 层流B. 紊流C. 层流和紊流D. 非牛顿流体答案:A4. 根据渗流力学理论,渗透系数K的单位是()。
A. m/sB. m²/sC. m³/sD. m/s²答案:B5. 渗流场中,渗透力与()成正比。
A. 渗透系数B. 压力梯度C. 流速D. 密度答案:B6. 工程渗流力学中,渗透力的计算公式为()。
A. F=ρgKB. F=ρgHC. F=ρgQD. F=ρgA答案:A7. 渗流场中,流线与流速的关系是()。
A. 垂直B. 平行C. 重合D. 相交答案:B8. 根据渗流力学理论,渗透系数K与()有关。
A. 孔隙率B. 颗粒大小C. 颗粒形状D. 以上都是答案:D9. 工程渗流力学中,渗透力与()无关。
A. 渗透系数B. 流体密度C. 重力加速度D. 温度答案:D10. 渗流场中,流线与等势线垂直的条件是()。
A. 层流B. 紊流C. 层流和紊流D. 非牛顿流体答案:A二、多项选择题(每题3分,共15分)11. 工程渗流力学中,影响渗透系数K的因素有()。
A. 孔隙率B. 颗粒大小C. 颗粒形状D. 流体性质答案:ABCD12. 渗流场中,流线与等势线的关系取决于()。
A. 渗透系数B. 压力梯度C. 流体性质D. 流速答案:AB13. 根据渗流力学理论,渗透力与()有关。
A. 渗透系数B. 流体密度C. 重力加速度D. 温度答案:ABC14. 工程渗流力学中,渗透力的计算公式为()。
A. F=ρgKB. F=ρgHC. F=ρgQD. F=ρgA答案:AB15. 渗流场中,流线与流速的关系取决于()。
《高等渗流力学》读书报告----低渗非达西渗流特征及影响因素姓名: 张恒学号:2010050031专业:石油与天然气工程教师:鲁洪江(教授)低渗非达西渗流特征及影响因素1 选题依据及研究现状1.1选题依据随着中国石油工业的发展,低渗透油藏在开发中所占的比例越来越大。
低渗透油藏是我国今后乃至相当长一段时间内增储上产的主要资源基础。
要合理高效地开发这些低渗透油藏,就需要充分合理的认识低渗透油藏本身所具有的特殊规律及其特性参数,并准确地描述低渗透油藏的渗流规律.1.2研究现状国内很多研究人员从实验方面发现了低渗透油藏的启动压力和非线性渗流规律的存在,从理论方面提出了描述启动压力和非线性渗流的模型[1]。
但是,非线性渗流和启动压力梯度的存在并没有得到国内外学术界的普遍认可。
反对者的意见是,引起低渗透油藏非线性达西流和启动压力的原因均为理论推测,而无充分的微观实验科学依据;在流速很低的情况下,受测量手段和如蒸发等现象的影响,对流速和压力的测量误差很大[2]1.3 主要的参考文献[1] 王正波,岳湘安等.影响低渗透油藏低速非线性渗流的实验研究[J].矿物学报,2008,28(1),48-54.[2]王慧明,王恩志等.低渗透岩体饱和渗流研究进展[J].水科学进展, 2003,14(2): 245[3]辛莹娟.低渗透非达西渗流研究[J].西部探矿工程。
2010(10):115-117[4]中国“八五”科技成果.低渗透油层多相渗流机理[M].北京:科学出版社,1996[5]闫庆来,何秋轩,任晓娟,等.低渗透油层中单相液体渗流特征研究[J].西安石油学院学报,1990,5(6):1-6.[6]吴景春,袁满,张继成,等.大庆东部低渗透油藏单相流体低速非达西渗流特征[J].大庆石油学院学报,1999,23(2):82-84[7]阮敏,何秋轩.低渗透多孔介质中新型渗流模型[J].石油勘探与开发,1996[8]程时清,徐论勋,张德超.低速非达西渗流试井典型曲线拟合法[J].石油勘探与开发,1996.[9]宋付权,刘慈群.低渗透多孔介质中新型渗流模型[J].石油勘探与开发,1996.[10]吴景春,袁满,张继成,等.大庆东部低渗透油藏单相流体低速非达西渗流特征[J].大庆石油学院学报,1999.[11]李道品,等低渗透砂岩油田开发[M].北京:石油工业出版社,1997.[12]诺曼,R莫罗.石油开采中的界面现象[M].鄢捷年等译.北京:石油工业出版1992.23~85.[13]邓英尔,闫庆来,马宝歧.表面分子对低渗多孔介质中液体渗流特征的影响[A].渗流力学进展[C].北京:石油工业出版社,1996.9.[14]阮敏.低渗透非达西流临界雷诺数实验研究[J].西安石油学院学报,19992选题研究内容及拟解决的问题达西定律中压力损失完全由粘滞阻力决定,这符合多孔介质比面大这个特点的.而在低渗透岩石中,流体在流动过程中受到岩石孔壁、粘土矿物遇水膨胀以及岩石颗粒的运移等一系列因素的影响而造成附加压力损失,所以流体在低渗透砂岩中的渗流规律不满足达西定律达西定律是渗流的基本规律,但是在低渗透油藏中,渗流表现出对达西定律的偏离,这就使我们有必要对非达西渗流进行深入的研究,从低渗透非达西渗流特征、低渗透非达西渗流模型,非达西渗流过程等几个方面的研究进展进行了总结.为从事相关工作的研究人员提供参考[3]3 方法及路线3.1 低渗透非达西渗流特征同中高渗透率油层相比,低渗透油层具有以下几个特点:低渗透油层一般连续性差、采收率与井网密度关系特别密切;低渗透油层存在“启动生产压差现象”,渗流阻力和压力消耗特别大;低渗透油层见水后,采液和采油指数急剧下降,对油田稳产造成急剧影响;低渗透油田一般裂缝都较发育,注入水沿裂缝窜进十分严重[4].室内实验结果表明,流体在低渗透储层内渗流时,存在非线性段[5,6]压力梯度超过某一定值后,渗流曲线变为直线,见图1.由图1可知,流体通过低渗岩心的渗流特征显示出弹-塑性.低渗透非达西渗流的特征可概括为以下两点.(1)在较宽的渗流速度域内,渗流过程由2个连续过渡而特性各异的渗流曲线段组成,即:低渗流速度下的凹型线性渗流曲线段;较高渗流速度下的直线段;(2)当压力梯度在比较低的范围时,渗流速度是上凹型非线性曲线。
目录第一章渗流理论基础 (1)1.1渗流的基本概念 (1)1.2渗流基本定律 (7)1.3岩层透水特征及水流折射定律 (11)1.4流网及其应用 (14)1.5渗流连续方程 (19)1.6渗流基本微分方程 (24)1.7数学模型的建立及求解 (32)第一章渗流理论基础1.1 渗流的基本概念1.1.1 多孔介质及其特性1.1.1.1多孔介质的概念多孔介质(Porous medium):地下水动力学中具有空隙的岩石。
广义上包括孔隙介质、裂隙介质和岩溶不十分发育的由石灰岩和白云岩组成的介质,统称为多孔介质。
孔隙介质:含有孔隙的岩层,砂层、疏松砂岩等;裂隙介质:含有裂隙的岩层,裂隙发育的花岗岩、石灰岩等。
1.1.1.2 多孔介质的性质(1) 孔隙性:有效孔隙和死端孔隙。
孔隙度(Porosity)是多孔介质中孔隙体积与多孔介质总体积之比(符号为n),可表示为小数或百分数,n=Vv/V。
有效孔隙(Effective pores)是多孔介质中相互连通的、不为结合水所占据的那一部分孔隙。
有效孔隙度(Effective Porosity)是多孔介质中有效孔隙体积与多孔介质总体积之比(符号为n e),可表示为小数或百分数,n e=V e/V。
死端孔隙(Dead-end pores )是多孔介质中一端与其它孔隙连通、另一端是封闭的孔隙。
(2) 连通性:封闭和畅通,有效和无效。
(3) 压缩性:固体颗粒和孔隙的压缩系数推导。
(4) 多相性:固、液、气三相可共存。
其中固相的成为骨架,气相主要分布在非饱和带中,液相的地下水可以吸着水、薄膜水、毛管水和重力水等形式存在。
固相—骨架matrix气相—空气,非饱和带中液相—水:吸着水Hygroscopic water薄膜水pellicular water毛管水capillary water重力水gravitational water1.1.1.3多孔介质中的地下水运动比较复杂,包括两大类,运动特点各不相同,分别满足于孔隙水和裂隙岩溶水的特点。
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?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。
0绪论渗流:流体通过多孔介质的流动。
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。
渗流力学:研究流体在多孔介质中渗流的形态和规律的科学。
其研究的对象是流体和多孔介质油气层渗流力学:研究流体在油气层中渗流的形态和规律的科学。
属于地下渗流的一部分。
油气层渗流力学的研究方法1.建立地质模型 地质模型描述了流体渗流的地质条件,如地层的几何形态、孔隙结构、油层物理参数等。
2.建立力学模型 力学模型描述了渗流过程中所发生的力学规律和物理化学规律3.建立数学模型 渗流的数学模型是地质模型、力学模型的有机结合,是渗流规律的高度概括。
求解数学模型就能得到流体渗流规律的具体形式,以及可直接用于生产的明确形式。
1基础知识和基本定律 油气储集层及其简化气顶 边水 底水 油气分界面 含气边缘 油水分界面 含油外、内缘 计算含油边缘开敞式油藏 供给边界 定压边界 封闭式油藏 封闭边界 1.油气层的孔隙结构模型 3种介质 7种结构 2.油气层的参数模型 油气藏中岩石和流体的物性参数是随机变化的难以用连续函数来描述其分布。
如地层的渗透率具有均质和非均质性、 向同各性和各向异性。
均质 各向同性等值参数模型:即平均值参数模型。
用算术平均或加权平均的方法来确定油藏 的平均渗透率。
现在多用概率统计的方法确定。
等价参数模型:就是利用实物与模型等价的方法来确定地层渗透率。
如粒间孔隙结构采用等直径毛管束的理想结构模型求得渗透率值。
3与油藏有关的压力概念 1.原始地层压力 2.边界压力3.地层静压(目前地层压力) 4.井底压力及井底流压!!! 5.折算压力 表示油层中各点液体具有的总能量。
基准面选取:通常取原始油水界面为基准面。
优点:在渗流规律研究中,直接使用折算压力,就不必考虑油层深度的影响,简化了理论推导和计算公式。
特性:在静止流体内部各点的折算压力相等。
6.压力梯度曲线 推算开发井原始地层压力4渗流过程中的力学分析 流体的重力和重力势能 流体的质量和惯性力 流体的粘度和粘滞力岩石及流体的压缩性和弹性力(岩石和流体压缩性的大小用压缩系数表示。
渗流力学教程吴梦喜中国科学院力学研究所2010.7目录1张量的指标符号表示法 (5)1.1 指标符号 (5)1.2 求和约定 (5)1.3 克罗内克(Kronecker ) 符号: (6)1.4 排列符号 (6)1.5 逗号的指标符号 (7)1.6 向量、张量及其坐标转换 (7)1.6.1 向量 (7)1.6.2 张量 (8)1.7 Navier-Stokes方程式 (9)2 渗流的基本概念与定律 (10)2.1多孔介质及其连续性假设 (10)2.2 流体的实际平均速度与渗流速度 (12)2.3 渗流的基本定律 (13)2.3.1 Darcy定律 (13)2.3.2 Darcy定律的推广 (15)2.4 非Darcy渗流 (16)2.5 岩土体的渗流性质 (16)2.5.1 岩土中水的存在形式 (17)2.5.2 岩土体的水理性质 (18)2.5.3 土体的颗粒级配与孔隙率[0] (19)2.5.4 岩体的透水性[0] (22)2.6 岩土体的非饱和渗透性 (23)2.6.1 非饱和土体的吸力 (23)2.6.2 土体的饱和度与吸力和渗透系数的关系 (24)3 渗流的偏微分方程与定解条件 (26)3.1单相流体渗流的连续性方程 (26)3.2两相不溶混渗流的连续性方程 (28)3.3 流体与骨架的状态方程 (28)3.3.1 不可压缩流体的状态方程 (29)3.3.2微可压缩流体的状态方程: (29)3.3.3 气体状态方程 (29)3.3.4 岩体的状态方程 (29)3.3.5 土体的本构关系 (30)3.4单相流体渗流的偏微分方程 (30)3.5 定解条件 (30)3.5.1 初始条件 (31)3.5.2 边界条件 (31)4 地下水渗流的理论计算方法 (32)4.1 杜布依近似假定与潜水渗流的计算 (32)4.2 承压水的计算 (35)4.3 地下水向完整井的流动 (36)5 A finite-element algorithm for modeling variably saturated flows (37)5.1 Introduction (39)5.2 Basic equations (40)5.3 Finite element formulation (41)5.4 Temporal discretization (43)5.5 Boundary conditions (45)5.6 Discussion on conductivity over a time-step (46)5.7 Algorithm validation and schemes comparison (47)5.7.1 Example 1: one dimensional infiltration into a dry soil (47)5.7.2 Example 2: two-dimensional transient variably saturated water table recharge (50)5.7.3 Example 3: two-dimensional transient unconfined drainage (51)5.8 Conclusion (52)5.9 Acknowledgments (53)5.10 References (53)6 渗透变形与渗透破坏 (1)参考文献 (1)1张量的指标符号表示法张量分析的主要目的是给人们提供一种数学工具,它可以满足一切物理学定律与坐标系的选择无关的特性。
渗流⼒学复习汇总油井采出液体中⽔所占的体积百分数称为含⽔率。
在多孔介质中渗流的流体的密度、流动速度或流体压⼒不随时间变化的渗流状态称为稳定流动,⼜称为定常流动, ?p/?t =0。
0.⾮均匀介质:介质的某种性质与其在介质内部的位置不同⽽不同,这种多孔介质称为⾮均匀介质。
这种多孔介质由各种颗粒组成,介质的性质是空间坐标的函数,即介质的性质处处不同,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 γz10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。
rP C θσcos 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例:某油⽥⼀⼝位于含油区的探井,实测油层中部原始地层压⼒为9.0Mpa,油层中部海拔为-1000m ;位于含⽔区的⼀⼝探井实测油层中部原始地层压⼒为11.7Mpa 。
油层中部海拔为-1300m 。
原油密度为0.85,地层⽔密度为1,求该油⽥油⽔界⾯海拔。
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。
1. 渗流:流体在多孔介质中流动叫做渗流。
渗透率为床力梯度为1时,动力黏滞系数为I的液体在介质中的渗透速度。
是表征土或岩石本身传导液体能力的参数。
其大小与孔隙度、液体渗透方向上空隙的几何形状、颗粒大小以及排列方向等因素有关,而与在介质中运动的液体性质无关。
渗透率(k)用来表示渗透性的大小。
在一定床差下,岩石允许流体通过的性质称为渗透性;在一定压差下, 岩石允许流体通过的能力叫渗透率。
2•开敞式油藏:如果油气藏外币与天然水源相连通,可向汕气藏供液就是开敞式油气藏。
如果外伟1封闭且边缘高程与油水界而高程一致则称为封闭式油藏。
3. 原始地层压力:油气藏开发以前,一般处F平衡状态,此时油层的流体所承受的压力叫原始地层压力。
4. 供给压力:汕气藏中存在液源供给区时,在供给边缘上的压力称为供给压力。
5. 驱动方式可分为:水床驱动,弹性驱动,溶解气驱动和重力驱动。
6. 在渗流过程中,如果运动的备主要元素只随位置变化而与时间没有关系,则称为稳定流,反之,若各主要元素之一与吋间有关,则称为非定常渗流或者不稳定渗流,7•渗流的基本方式:半面一维渗流,平面径向渗流,和球面渗流。
时规定这样的原则:任何相邻两条等床线Z间的床差必须相等,同8.绘制渗流时,任何两条流线之间的流量必须相等。
9•井底结构和井底附近地区油层性质发生变化的井称为渗流不完善井。
不完善井可以分为打开程度不完善,打开性质不完善,双重不完善井。
10.试井:直接从实测的产量圧力数据反求地层参数,然后用求得的地层参数來预测新的工作制度下的产量。
11•井间干扰:油水井工作制度的变化以及新井的投产会使原來的圧力分布状态遭受到破坏引起整个渗流场发生变化,白然会影响到邻井的产量,这种井间柑互影响的现象称为井间干扰。
12•压降叠加原理:多井同时工作时,地层中任一点外的压降等于各井以各〔I不变的产量单•独工作时在该点处造成的压降代数和。
13•势的叠加原理:如果均质等厚不可床缩无限大底层上有许多点源,点汇同时匸作,我们自然会想到地层上任一点的势应该等于每个点源点汇单独工作时在该点所引起的势的代数和,这就是势的叠加原理。
一、多项选择题 (30分)1、非线性渗流指数式中,当n等于1时:()A、非线性渗流最明显B、线性渗流C、惯性阻力明显D、阻力是粘滞力正确答案:BD学生答案:A2、下面哪一种方程是拉普拉斯方程:()A、B、C、D、正确答案:AC学生答案:3、渗流数学模型的边界条件一般有如下哪些形式:()A、给出边界上的势B、给出边界上的流动速度C、给出边界上的流动速度和势D、给出时刻t为0时的压力正确答案:ABC学生答案:4、无限大地层中有两个点汇同时工作,它们的坐标分别为(a,0)和(-a,0),单位地层厚度上的产量分别为和,如图所示。
试问:其数学模型可能是哪个?()A、,其中B、,其中:C、,其中D、,其中正确答案:AD学生答案:5、油水两相非活塞式驱替时,影响两相区宽度的因素包括如下哪些:()A、油水粘度比B、水的注入量C、生产时间D、地层孔隙度正确答案:ABCD学生答案:6、弹性液体的状态方程可以是以下哪些形式:()A、B、C、D、正确答案:BD学生答案:7、以下哪种情况对应的驱动方式是弹性驱动:()A、气体从原油中分离后膨胀B、气顶气降压后膨胀C、注入水注入量比采出的液体少,但地层压力高于泡点压力D、封闭地层,生产气油比稳定不变正确答案:CD学生答案:8、达西实验时发现流量和以下哪些因素成正比:()A、压力差B、流体粘度C、砂岩的长度D、砂岩的横截面积正确答案:AD学生答案:9、单相不稳定渗流的控制方程是一个()方程。
A、拉普拉斯方程B、傅里叶方程C、二阶椭圆偏微分方程D、热传导方程正确答案:BD学生答案:10、微可压缩流体渗流过程中,压力变化的影响因素有哪些?()A、位置B、时间C、粘度D、孔隙度正确答案:ABCD学生答案:11、压力恢复试井试井中,设关井的时刻为T,压力为,关井后测量时间为t,压力为。
测得的数据经过整理后,发现和之间存在线性关系或近似线性关系?()A、ln(t)B、,C、-,ln(t)D、,正确答案:BC学生答案:12、数学模型中必不可少的的方程有:()A、运动方程B、能量守恒方程C、质量守恒方程D、边界条件和初始条件正确答案:ACD学生答案:13、单相稳定渗流在单向流的时候,其渗流阻力的大小和以下哪几个参数成反比?()A、渗透率B、渗流流经长度C、渗流截面积D、流体粘度正确答案:AC学生答案:14、以下哪些方程可以用来表示理想气体的状态方程(说明:其中参数的意义和教材上一致):()A、B、C、D、正确答案:AC学生答案:15、提高油井产能的方法可以是如下哪些?()A、提高注水井注入量B、酸化油井附近地层C、加热油井附近地层D、降低油井流压正确答案:BC学生答案:二、填空题 (58分)16、同一个水动力系统中的井,其油层中部深度H和对应的原始地层实测压力p,若以H为纵坐标,p为横坐标所绘得的关系图线是一直线,其数学形式可表示为:______,式中系数b称为______常规油气藏b的取值为(0.7~1.2),当b<0.7时称为______,当b>1.2时称为(______)。