多相流体的渗流机理
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多孔介质多相渗流的基本概念前面几节课,我们主要讲述了单相流体渗流的问题,所谓单相流体渗流,也就是只有一相流体参与的渗流问题。
在这里我们主要介绍了,对于多孔介质,我们介绍了达西在1852~1855年通过大量实验得出达西定律。
达西定律是渗流中最基本的定律, 其形式简洁( v= kJ ), 最早是由实验在(1.4)式中q为单裂隙流量,J为水力坡降,b为裂隙宽度,g为重力加速度,ν为水流的运动粘滞系数。
那么,什么是多相渗流呢?实际上也就是两种或两种以上的流体在同一介质中流动。
自然界中有许多问题都涉及多相渗流问题,比如,我们熟知的油气田,在油气田中,孔隙的一部分由油占据,而其它部分由水或气体占据,原油中通常含有大量的溶解气,当地层压力降到饱和压力以下时,溶解气就会从原油中分离出来,从而形成油气两相渗流。
再比如,我们经常遇到的非饱和带水份运移问题,什么时非饱和带,也就是说水没有占据所有空间,有一部分空间被空气所占据。
这样,水和空气就在非饱和带中形成了多相渗流。
还有就是近些年来非常热点的海水入侵问题,当海水入侵到陆地下面的淡水层中会出现咸水和淡水可混溶的两相流渗。
那么实际上,对于油气田和非饱和带这样的多相渗流问题,我们称为不可混溶多相渗流问题,英文叫immiscible.对于海水入侵这样的多相渗流问题,就immiscible.同时也叫solute transport.下面,我们讲四个多相渗流的基本概念:1.流体的饱和度对于多相渗流的饱和度概念,实际上是,单相渗流饱和度概念的推广,当多孔介质的孔隙空间被两种或两种以上流体所占据时,对于一相流体而言,其饱和度为Si=Vif/Vp特别地,对于水和油所饱和的多孔介质而言,随任时刻,水和油的饱和度之和均为1目前,在实验室中,不破坏被多种流体所饱和的多孔介质条件下,直接测量各相流体饱和度的方法是目前重要的研究课题。
目前,主要有电阻法(),x射线法,数字图像处理方法。
2.湿润性对于湿润性,我们以前学习单相渗流的时候,并没有涉及到,大家可能感到有点陌生。
第四章多相流体的渗流机理前面已经分别研究了储层岩石本身的一些渗储性质以及多相流体(油、气、水)的相态转化及其物理性质。
那么当这两者相结合,即多相流体在高度分散、弯弯曲曲的毛细孔道所构成的岩石中,其分布及流动又会产生什么样的岩石—流体综合特性呢?岩石颗粒细、孔道小,使得岩石具有巨大的表面;流体本身又是多组分的不稳定体系,在孔道中又有可能同时出现油、气、水三相,这种流体分散储集在岩石中会造成流体各相之乱流体与岩石颗粒固相间存在着极大的多种界面(气一固、气一液、液一液、液一固界面)。
因此,界面现象极为突出,表现出与界面现象有关的界面张力、吸附作用、润湿作用及毛管现象、各种附加阻力效应等等,对流体在岩石中的分布和流动产生重大的影响。
因此,地下流体在岩石中的流动既不同于油、气、水在管路中的流动,更不同于水在河床中的流动而具有其特定的性质。
通常,人们把流体在多孔介质中的流动称为渗流。
渗流时,首先需要了解的是在岩石孔隙中油水究竟是怎样分布的?流动过程中会发生哪些变化?有什么特点?实用中采用哪些参数来描述地层中各种阻力的变化?如何减少和消除这些附加阻力?只有研究了渗流物理特性,才能找出油井生产指标(如产量、压力)变化的原因,也只有研究了渗储机理、岩石的润湿性等,才能对部分原油不能采出的原因有深刻的认识。
因此,本章研究的内容也是如何提高采收率的部分基础。
此外,本章中有关相对渗透率曲线及毛管压力曲线的研究,是油藏工程计算分析中极为重要的基础和资料,具有极大的实际意义。
第一节储层岩石中的各种界面现象无论在天然原始油层中存在有束缚水的情况还是注水开发的油层,其中流体至少存在着油水两相,当地层压力降到泡点压力后,还会因原油脱气而出现油气水三相。
因此,可以认为油层是一个由固相和两个不互溶的液相,以及有时还有气相等所构成的比面极大的高度分散系统。
而在这一系统中,所呈现的有关界面性质的一些问题,诸如水驱洗油问题,互溶混相驱油时的油水界面消失的问题,以及由于存在油水界面时的毛细管附加阻力问题等,都是与两相界面分子的相互作用有关的。
渗流机理名词及解释多孔介质porous media以固相介质为骨架、含有大量孔隙、裂隙或洞穴的介质叫多孔介质。
若多孔介质对流体是可渗的,称为可渗多孔介质。
双重孔隙介质dual-porosity media;double porosity media这类介质由两个系统组合而成,孔隙性介质构成岩块系统;裂缝性介质构成裂缝系统。
两个系统按照一定规律发生彼此间的传质交换。
不可压缩流体incompressible fluid随压力变化,体积不发生弹性变化的流体。
亦称刚性流体。
可压缩流体compressible fluid随压力改变,体积发生弹性变化的流体。
亦称弹性流体。
渗流速度flow volocity流体流量与多孔介质横截面积之比称为渗流速度。
流体在多孔介质中流动的渗流速度不是流体质点的真实速度。
流体真实速度应等于流量除以孔隙面积,所以渗流速度小于真实速度。
稳定渗流steady state flow流体在多孔介质中渗流时,密度和速度等物理量仅为空间函数而不随时间变化的渗流。
亦称定常流动、稳态流动。
不稳定渗流unsteady-state flow流体在多孔介质中渗流时,各物理量不仅是空间的函数,而且是时间的函数。
亦称非定常流动;非稳定流动。
非线性渗流non-linear flow渗流速度与压力梯度之间不成线性关系的渗流状态。
单相渗流single-phase flow through porous medium在多孔介质中只有一种流体参与的流动。
两相渗流two-phase flow through porous medium多孔介质中有两种互不混溶的流体同时参与的流动。
多相渗流multiple-phase flow through porous medium多孔介质中同时有两种以上互不混溶流体参与流动。
多组分渗流multi-component flow through porous medium含有多种组分的烃质和非烃质混合的流体在多孔介质中的流动。