渗流力学 第一章 渗流基本概念和定律精品PPT课件
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渗流力学第一章 渗流的几个基本概念
=9.435MPa
B
prB>prA，所以油从B流向A。
A h=10m
第三节 油藏能量及驱动方式
一.受力分析 地下流体在地层中渗流主要受到以下
几方面里的作用: ① 重力:有时为动力,有时为阻力.
•M
• M
② 惯性力:通常表现为阻力 ③ 粘滞力(阻力):
F A dv dr
速度梯度
④ 弹性力: C Cf Cl
Q
A
渗流速度和实际平均速度
由 Vp
V
Vp Ap L
V AL
Ap
A
得到：
Q Q u
A Ap
上式反映了流体渗流速度与实际平均速度间的关系。在 渗流力学中经常应用的是渗流速度，用它来研究油井产量 等问题，只有在研究流体质点运动规律时，才用实际平均 速度 。
三.油藏中压力的概念
① 原始地层压力pi：油藏在开发以前，整个油藏处于平衡状
表现为 动力
⑤ 毛细管压力:
PC
2 cos r
当Pc与流体流向相同时为动力,相异
时为阻力,但实际油藏中多表现为阻力.
⑥ 边水压力:动力
二.油藏能量
① 边水压头:将油驱入井底并举升到一定高度. ② 气顶压力:气体弹性驱动. ③ 液体及岩石的弹性能 ④ 溶解气的膨胀能 ⑤ 原油的重力势能
值得注意的是:在流体流向井底的过程中, 往往是各种能量同时起作用,但每种能量发挥 的大小作用不尽相同,有的处于主导地位,有的 处于从属地位.
隙
原喉 生道 孔
隙
孔 道
连 通 孔
死 孔 隙
隙
<0.0002 0.5~0.0002
>0.5
2.孔隙度的定义
渗流力学基本理论
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。
渗流的基本定律(达西定律) 38页PPT文档
第一章 地下水运动基本概念
重要知识点： 渗流、典型体元（REV） 地下水质点实际流速、空隙平均流速，达西流速及其关系 达西定律基本式，微分式，推广式及应用条件 渗透系数及其影响因素 渗流分类
均质、非均质，各向同性、各向异性区别 流网绘制
§1.1 渗流基本概念
地下水在岩石空隙中的运动称为渗流(seepage flow/ groundwater flow)。发生渗流的区域称为渗流场。
2.临界渗透流速vc（巴甫洛夫斯基）： 3.临界水力梯度Jc（罗米捷）： 4.达西定律下限问题（J0)
达西定律的应用条件 达西定律的上下限？
非线性渗透定律 1.1901年福希海默提出Re>10时：
2.1912年克拉斯诺波里斯基提出紊流公式：
四、达西定律的微分形式 微分形式：
渗透系数K
从达西定律V = KI可以看出。水力梯度I 是无因次的，故渗 透系数K的因次与渗透流速V 相同。一般采用 m/d 或 cm/s 为单位。令 I = 1 ，则V =K 。意即渗透系数为水力梯度等 于 1 时的渗透流速。水力梯度为定值时，渗透系数愈大。 渗透流速就愈大；渗透流速为一定值时，渗透系数愈大， 水力梯度愈小。由此可见，渗透系数可定量说明岩石的渗 透性能。渗透系数愈大，岩石的透水能力愈强。
L——渗透途径（上下游过水断面的距 离） ；
I ——水力梯度（相当于h / L，即水头 差除以渗透途径） ；
K——渗透系数。 此即达西公式。
二、达西实验条件
稳定达西实验：得出渗透流速与水力坡度成 正比即线性渗流定律，说明此时地下水的流 动状态呈层流。
实验条件：均匀介质，一维流动，稳定流， 层流。
一、典型体元
(Representative elementary volume)
重要知识点： 渗流、典型体元（REV） 地下水质点实际流速、空隙平均流速，达西流速及其关系 达西定律基本式，微分式，推广式及应用条件 渗透系数及其影响因素 渗流分类
均质、非均质，各向同性、各向异性区别 流网绘制
§1.1 渗流基本概念
地下水在岩石空隙中的运动称为渗流(seepage flow/ groundwater flow)。发生渗流的区域称为渗流场。
2.临界渗透流速vc（巴甫洛夫斯基）： 3.临界水力梯度Jc（罗米捷）： 4.达西定律下限问题（J0)
达西定律的应用条件 达西定律的上下限？
非线性渗透定律 1.1901年福希海默提出Re>10时：
2.1912年克拉斯诺波里斯基提出紊流公式：
四、达西定律的微分形式 微分形式：
渗透系数K
从达西定律V = KI可以看出。水力梯度I 是无因次的，故渗 透系数K的因次与渗透流速V 相同。一般采用 m/d 或 cm/s 为单位。令 I = 1 ，则V =K 。意即渗透系数为水力梯度等 于 1 时的渗透流速。水力梯度为定值时，渗透系数愈大。 渗透流速就愈大；渗透流速为一定值时，渗透系数愈大， 水力梯度愈小。由此可见，渗透系数可定量说明岩石的渗 透性能。渗透系数愈大，岩石的透水能力愈强。
L——渗透途径（上下游过水断面的距 离） ；
I ——水力梯度（相当于h / L，即水头 差除以渗透途径） ；
K——渗透系数。 此即达西公式。
二、达西实验条件
稳定达西实验：得出渗透流速与水力坡度成 正比即线性渗流定律，说明此时地下水的流 动状态呈层流。
实验条件：均匀介质，一维流动，稳定流， 层流。
一、典型体元
(Representative elementary volume)
第一章 渗流的基本概念和基本定律
PZ1 PZ2 PZ
Q KA Z L
要求记忆
对于水平地层,则有: Q KA P
L
第一节 线性渗流规律
二.达西定律的讨论
v w ①渗流速度 与真实速度
v Q A
w Q A
渗流流量 渗流面积
孔隙度
v w
第一节 线性渗流规律
② 达西定律的适用条件
ⅰ:流体为牛顿流体.
ⅱ:渗流速度必须在适当的范围内(即流体为层流流动).
纯溶洞结构 裂缝孔隙结构 双重介质 溶洞孔隙结构 裂缝溶洞结构 三重介质 溶洞--裂缝--孔隙结构
二 储集层外部形状及简化
① 根据储集层的厚度:层状油藏,块状油藏 (球形流)
② 根据边界条件:定压边界,封闭边界 ③ 根据平面延伸系数:
长轴 <3 圆形地层 短轴 >3 条带形地层
三 储集层的特点
① 储集性 a e m
第三节 油藏能量及驱动方式
三.油藏驱动方式
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.
①刚性水压驱动:边水或注入水动:边水供应不足,油藏压力变小,水区 和油区的流体及岩石弹性膨胀.
第三节 油藏能量及驱动方式
③弹性驱动:岩石及流体的弹性能为主要 的驱油动力.(封闭边界,无 气顶,无注入水)
第二节 渗流的基本概念
④ 真实速度:
Q V A
A ---真实渗流面积
A A
V V
—透明度 在数值上与孔隙度相等
第二节 渗流的基本概念
三.油藏中压力的概念
① 原始地层压力Pi 油田未开发前的地层中流体承受的压力. 对于同一水动力学系统其压力梯度曲线
(即P~H曲线)应该为一直线. 一个油藏若处于多个水动力学系统,其
【免费下载】渗流力学基本理论
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。
第一章 渗流的基本概念和基本定律
KA
P1
P2
L
三.渗流力学常用单位制
① 工程单位制 (公斤.米.秒) ② 物理单位制 (克.厘米.秒) ③ 混合单位制 (达西单位制) ④ 国际单位制
第二节.非线性渗流定律
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。
dP dL
0
第二节.非线性渗流定律
一.产生非线性渗流的原因
Q A H1 H2 A H Z1 Z2 L
Q KiA L
Q
KiA
L
K i--比例常数,渗流系数
第一节 线性渗流规律
进一步实验表明:
岩石绝对 渗透率
Ki
流体重率
Ki K
Q KA L
v Q K A L
v ~ v ~ 呈 线性 关 系
第一节 线性渗流规律
根据力的平衡关系有:
A(P1 P2 ) Ag(Z1 Z2 ) AvL
Q vA A[(P1 gZ1) (P2 gZ2 )] L
令K 得：
Q K A PZ1 PZ2 KA [ P1 P2 gSin]
L
L
该公式即为倾斜地层考虑重力影响的达西公式.
若为水平地层，则有： Q
纯溶洞结构 裂缝孔隙结构 双重介质 溶洞孔隙结构 裂缝溶洞结构 三重介质 溶洞--裂缝--孔隙结构
二 储集层外部形状及简化
① 根据储集层的厚度:层状油藏,块状油藏 (球形流)
② 根据边界条件:定压边界,封闭边界 ③ 根据平面延伸系数:
长轴 <3 圆形地层 短轴 >3 条带形地层
三 储集层的特点
① 储集性 a e m
压力梯度曲线则为一条折线.
第二节 渗流的基本概念
渗流的基本定律(达西定律)ppt课件
15
§1-2 渗流的基本定律—达西定律
1856 年，法国水力学家达西(H. Darcy)通过大量的实验，得 到线性渗透定律。根据实验结果，得到下列关系式：
式中： Q——渗透流量(出口处流量，即为 通过砂柱各断面的流量) ；
ω——过水断面(在实验中相当于砂柱 横断面积) ；
h——水头损失( h =H1 −H 2 ，即上下 游过水断面的水头差) ；
L— — 渗 透 途 径 ( 上 下 游 过 水 断 面 的 距 离) ；
I ——水力梯度(相当于h / L，即水头 差除以渗透途径) ；
K——渗透系数。 此即达西公式。
16
二、达西实验条件
l 稳定达西实验：得出渗透流速与水力坡度成 正比即线性渗流定律，说明此时地下水的流 动状态呈层流。
l 实验条件：均匀介质，一维流动，稳定流， 层流。
36
典型流网特征
37
各向异性介质中的流网
38
22
渗透系数K
从达西定律V = KI可以看出。水力梯度I 是无因次的，故渗 透系数K的因次与渗透流速V 相同。一般采用 m/d 或 cm/s 为单位。令 I = 1 ，则V =K 。意即渗透系数为水力梯度等 于 1 时的渗透流速。水力梯度为定值时，渗透系数愈大。 渗透流速就愈大；渗透流速为一定值时，渗透系数愈大， 水力梯度愈小。由此可见，渗透系数可定量说明岩石的渗 透性能。渗透系数愈大，岩石的透水能力愈强。
31
小结
– 上述分类标准不同，无从属关系，可以 组合
– 均质与非均质，各向同性与各向异性概 念容易混淆
– 各向同性K为标量，各向异性K为张量 – 各向同性流场， J与v共线 – 各向异性流场， J与v一般不共线
32
§1-2 渗流的基本定律—达西定律
1856 年，法国水力学家达西(H. Darcy)通过大量的实验，得 到线性渗透定律。根据实验结果，得到下列关系式：
式中： Q——渗透流量(出口处流量，即为 通过砂柱各断面的流量) ；
ω——过水断面(在实验中相当于砂柱 横断面积) ；
h——水头损失( h =H1 −H 2 ，即上下 游过水断面的水头差) ；
L— — 渗 透 途 径 ( 上 下 游 过 水 断 面 的 距 离) ；
I ——水力梯度(相当于h / L，即水头 差除以渗透途径) ；
K——渗透系数。 此即达西公式。
16
二、达西实验条件
l 稳定达西实验：得出渗透流速与水力坡度成 正比即线性渗流定律，说明此时地下水的流 动状态呈层流。
l 实验条件：均匀介质，一维流动，稳定流， 层流。
36
典型流网特征
37
各向异性介质中的流网
38
22
渗透系数K
从达西定律V = KI可以看出。水力梯度I 是无因次的，故渗 透系数K的因次与渗透流速V 相同。一般采用 m/d 或 cm/s 为单位。令 I = 1 ，则V =K 。意即渗透系数为水力梯度等 于 1 时的渗透流速。水力梯度为定值时，渗透系数愈大。 渗透流速就愈大；渗透流速为一定值时，渗透系数愈大， 水力梯度愈小。由此可见，渗透系数可定量说明岩石的渗 透性能。渗透系数愈大，岩石的透水能力愈强。
31
小结
– 上述分类标准不同，无从属关系，可以 组合
– 均质与非均质，各向同性与各向异性概 念容易混淆
– 各向同性K为标量，各向异性K为张量 – 各向同性流场， J与v共线 – 各向异性流场， J与v一般不共线
32
渗流的基本定律(达西定律) PPT
渗流的基本定律(达西定律)
§1.1 渗流基本概念
地下水在岩石空隙中的运动称为渗流(seepage flow/ groundwater flow)。发生渗流的区域称为渗流场。
渗流场(flow field)由固体骨架和岩石空隙中的水两部分 组成。渗流只发生在岩石空隙中。
多孔介质概念与特性
我们把孔隙岩层称为多孔介质(porous media). •多孔介质特性:
影响渗透系数大小的因素
K= f(孔隙大小、多少、液体性质) ➢ 岩层空隙性质（孔隙大小、多少） ➢ 由流体的物理性质决定,与γ成正比，与μ成 反比.流体的物理性质与所处的温度、压力有关。
渗透率
渗透系数的表达式
多孔介质（概化为等径的平行毛细管束）：
六、渗流分类 1.按运动要素(v,p,H)是否随时间变化，分：稳定流与非稳定流 2.按地下水质点运动状态的混杂程度，分：
彼此连通的网络，几何形态及连通情况异常复杂， 难以用精确的方法来描述。 由固体骨架和孔隙组成，孔隙通道是不连续的。
因此，无论是固体骨架，还是空隙空间，微观上讲都不是连续函数
普通水流与渗流
共同点： 1.总体流向取决于水头差 2.流量取决于水头差及沿程损耗 区别：水在管道中运动取决于 管道大小、形状及粗糙度；渗流运动取决于空隙大小、形状、 连通性。
三个方向均存在分流速
z x
y
图1-2-8a 一维流
岩层按渗透性分类
岩层按渗透性分类
➢同一点各方向上渗透性相同的介质称为各向同性 介质(isotropy medium)； ➢同一点各方向上渗透性不同的介质称为各向异性 介质(anisotropy medium) 。 ➢均质(homogeneity)、非均质(inhomogeneity): 指K于空间坐标的关系，即不同位置K是否相同； ➢各向同性、各向异性: 指同一点不同方向的K是否 相同。
§1.1 渗流基本概念
地下水在岩石空隙中的运动称为渗流(seepage flow/ groundwater flow)。发生渗流的区域称为渗流场。
渗流场(flow field)由固体骨架和岩石空隙中的水两部分 组成。渗流只发生在岩石空隙中。
多孔介质概念与特性
我们把孔隙岩层称为多孔介质(porous media). •多孔介质特性:
影响渗透系数大小的因素
K= f(孔隙大小、多少、液体性质) ➢ 岩层空隙性质（孔隙大小、多少） ➢ 由流体的物理性质决定,与γ成正比，与μ成 反比.流体的物理性质与所处的温度、压力有关。
渗透率
渗透系数的表达式
多孔介质（概化为等径的平行毛细管束）：
六、渗流分类 1.按运动要素(v,p,H)是否随时间变化，分：稳定流与非稳定流 2.按地下水质点运动状态的混杂程度，分：
彼此连通的网络，几何形态及连通情况异常复杂， 难以用精确的方法来描述。 由固体骨架和孔隙组成，孔隙通道是不连续的。
因此，无论是固体骨架，还是空隙空间，微观上讲都不是连续函数
普通水流与渗流
共同点： 1.总体流向取决于水头差 2.流量取决于水头差及沿程损耗 区别：水在管道中运动取决于 管道大小、形状及粗糙度；渗流运动取决于空隙大小、形状、 连通性。
三个方向均存在分流速
z x
y
图1-2-8a 一维流
岩层按渗透性分类
岩层按渗透性分类
➢同一点各方向上渗透性相同的介质称为各向同性 介质(isotropy medium)； ➢同一点各方向上渗透性不同的介质称为各向异性 介质(anisotropy medium) 。 ➢均质(homogeneity)、非均质(inhomogeneity): 指K于空间坐标的关系，即不同位置K是否相同； ➢各向同性、各向异性: 指同一点不同方向的K是否 相同。
渗流课件
结构不R因e 渗 流Re而k被（破紊坏流（）渗透破坏）的情况。
R•上ek当述土结0体论.7结5不n构再1因适0渗.用2透3，v而该d发问生题7变属~形土9 （力破式 径学坏中，的），一研时d般究为，取范土d=的d1有0 效粒
畴。
对非层流渗流：
1
v kJ m
完全紊流时：m=2；层流时：m=1；过渡区：1<m<2。
通过渗流模型的流量必须和实际渗流的流量相等。 对某一确定的作用面，从渗流模型所得出的动水压力，应当和 真实渗流的动水压力相等。 渗流模型的阻力和实际渗流应当相等，即水头损失应相等。
§7.1 渗流的基本概念
四、渗流类型
恒定渗流与非恒定渗流 均匀渗流与非均匀渗流 渐变渗流及急变渗流 有压渗流和无压渗流
积的比值。
n
W
ω：土中孔隙的体积；
W：土体的总体积。
§7.1 渗流的基本概念
二、土的渗流特性
2. 土的均匀度——不均匀系数η
d60
d10
d60：占土体总重量60%的土粒所能通过的筛孔孔径； d10：占土体总重量10%的土粒所能通过的筛孔孔径。
η越大，土粒越不均匀。
§7.1 渗流的基本概念
二、土的渗流特性
包括土粒骨架所占据的空间在内均由水所充满， 似乎无土粒存在一样。 渗流模型的实质：把实际上并不充满全部空间的液体运动，看
作是连续空间内的连续介质运动。
§7.1 渗流的基本概念
三、渗流模型（Seepage model）
2. 渗流流速的定义（模型流速、真实流速） 根据渗流模型的概念，某一微小过水断面上的渗流流速定义：
§7.2 渗流基本定律——达西定律
三、渗透系数
渗透系数k值是反映土的渗流特性的一个综合指标，主要取决 于土壤颗粒的形状、大小、均匀度以及孔隙介质的特性。不同孔隙 介质的渗透系数是不同的。
1-1渗流基本概念
2020/7/6
13
为了便于研究地下水，采用统计方法将地下水在 多孔介质的运动用一种假想的水流代替，如果满足以 下6个条件：
假想水流连续充满整个介质空间
假想水流的性质和真实水流相同(密度、粘滞性)
不考虑地下水实际运动途径的迂回曲折及方向多变， 只考虑运动的总体方向
任一过水断面的流量Q与真实水流相同
一般地，含水层和隔水层的划分是相对的。例 如，某种岩层的渗透性比较低，从供水角度其可能被 看做隔水层，但从水库渗漏的角度来说，由于水库的 周界长，渗漏时间长，其渗漏量不可忽视，这时就必 须将该岩层看做含水层。
2020/7/6
4
3.地下水(groundwater)
结合水 毛细水 重力水
➢ 广义：指埋藏在地面以下岩石空隙中的水,
v dv
p
dp
v v0
p0
v e ( p p0 ) v0
V V0e ( p p0 )
2020/7/6
同理
e ( p p0 ) 0
11
Ex的Taylor级数展开式为：
ex 1 x x2 ... xn ...
2!
n!
当压强变化不大时，可取其前两项：
V V0[1 ( p p0 )]
2020/7/6
7
➢重力水（gravitational water）
距离土粒固体表面更远的那部分水分子，重 力对它的影响大于固体表面对它的吸引力，能够 在自身重力作用下运动，这部分水就是重力水。
上层滞水(有关详细信息)
指包气带局部隔水层上积聚的具有自由水面的重 力水。
潜水（phreatic water）
包括土壤水(非饱和带地下水)和重力水。
强结合水(吸湿水) 弱结合水(薄膜水)
渗流力学课件
粒间孔隙结构 微层理结构
三重介质 三重混合结构
HX-CHENG 11
简化
简化
假想结构模型
理想结构模型
粒间孔隙结构
简化
纯裂缝结构模型
纯裂缝结构
裂缝孔隙结构模型
裂缝孔隙结构
溶洞孔隙结构模型
溶洞孔隙结构
§1.1 油气储集层及其简化
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
◆渗透率K是与岩石孔隙结构形式及大小有关的参数，是
2 岩石本身的特性，而与通过的流体无关。其量纲为 [ L ]。
达西定律的适用条件：
﹡流体为牛顿流体； ﹡流速在适当范围内，可不考 虑惯性阻力； ﹡不考虑其它物理化学作用。
2012-9-18 HX-CHENG 34
摩擦力 P AvL 的推导：
2012-9-18
Vp V
Ap A
u HX-CHENG
v
或 v u
30
§1.3 渗流的基本规律 和渗流方式
(2)渗流阻力
Q K P L
A
P
L
KA
P R
v
(3)达西定律的微分形式 一维： v
K dP
dx
vx vy vz
K P
x
x
对气体： PV nRT PV ZnRT
P
开采前
2012-9-18
P
P
'
Pf P
'
开采后
Pf P
' '
HX-CHENG
19
§1.2 渗流过程中的力学分析 及驱动类型
第一章 渗流的基本概念和基本规律.渗流力学.中国石油大学(华东)
层状油藏
储层厚度<含油高度（边水油藏）
块状油藏
储层厚度>含油高度（底水油藏）
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第一节 油气藏及其简化
层状油藏
分布 -常存在于海相和内陆盆地沉积中，厚度较小，分布面积大 几何特征 - 具有多油层、多旋回的特点
- 纵向上按韵律可分为多个层组
- 层组内可分为几个油层 - 油层内可划分成若干小层 - 小层间有泥岩类隔夹层存在 渗流特征 - 只考虑层内平面流动，可忽略垂向层间交换 6
油气储集层是以岩石颗粒为骨架并含有大量微毛细
管孔隙的介质，所以，多孔介质也定义为：由大量毛细 管或微毛细管结构组成的固体介质
8
第二节 多孔介质及连续介质场
一、多孔介质的储容性
多孔介质的孔隙具有储集和容纳流体的能力
（1）孔隙（pore） 介质中未被固体物质占据的部分 骨架颗粒之间的空间 孔隙是多孔介质的储集空间 有效孔隙，死孔隙 孔径 ~ m
油气藏是一个孔隙连通体！
特征 高温、高压
2
第一节 油气藏及其简化 二、油气藏的分类
根据圈闭形成条件不同可分为三类：
• 构造油气藏
• 地层油气藏
• 岩性油气藏
3
第一节 油气藏及其简化 三、油气藏的“边界”
如果油藏外围有天然露头并与天然水源相通，称为“定压边界 油藏” ，如果外围封闭（断层遮挡或尖灭作用），无水源，则称为 “封闭边界油藏”。
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第三节
渗流过程中的力学分析及驱动类型
2、驱动类型
驱动类型：依靠何种能量 把原油驱入井底。驱动类 型不同，采收率大小不同 气顶中压缩气体的弹性能 原油中溶解气的弹性能 原油本身的重力 水压驱动 弹性驱动
1、天然驱动能量
渗流力学ppt讲义1第1章
∂U X = ∂x ∂U Y= ∂y ∂U Z= ∂z
满足左式的函数U(x,y,z)对 某方向的偏导数等于单位 质量力在该方向的分量。 这样的函数称为势函数 势函数。 势函数 具有这样的势函数的质量 力称为有势力 有势力,势函数存在 有势力 的场称为势场。 势场。 势场
• 在习惯上，把符合牛顿内摩擦定律的流体称为牛 牛 顿流体，否则为非牛顿流体 非牛顿流体。 顿流体 非牛顿流体 • 一些多分子结构液体，如水、酒精、苯、油类、 水银和气体等都属于牛顿流体。 • 泥浆、血浆、牛奶、尼龙和橡胶的溶液、颜料、 油漆以及生面团、淀粉糊等均属非牛顿流体。 • 粘滞性只对于运动的液体才有意义。当液体静止 或平衡时，粘滞性是不显示作用的。 • 如果运动的液体粘性较小，运动的相对速度也不 大，可近似地把液体看成是无粘性的，对切向变 形没有任何抗拒能力，这样的液体称为理想液体 理想液体
1 β= E
1 dV β = =− E Vdp
• 体积压缩系数的物理意义：单位压力作用下单位 体积液体的体积压缩量。 • 液体种类不同，其 β 或E值不相同，对同种液体 它们随温度和压强而变化，但这种变化甚微，一 般可视为常数。 • 除一些特殊的水力现象外（如水击、水中爆炸 等），在绝大多数的实际工程中，均可把水视为 不可压缩液体。
→ →
F f = M
→
F = F X i + FY j + FZ k
F X → FY → FZ → F = i+ j+ k M M M M
→
→
→
→
→
f = X i +Y j+ Z k
→
→
→
单位质量力的单位与加速度相同，对于只有重 力作用的液体，单位质量力在各坐标轴上的分 力为：X＝Y＝0，Z＝－g。
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理想双重介质
2）双重介质：由孔隙和裂缝或孔隙和溶洞构成。
3）三重介质：由孔隙、裂缝和溶洞构成。
第二节 渗流中的力学分析及驱动类型
• 力学分析 • 与油藏有关的压力概念 • 驱动类型
一、力学分析
• 油、气、水在岩石中流动，必须要有力的作用
1.流体的重力和重力势能
流体由地球吸引受重力，和其相对位置联系起来，则表现 为重力势能，用压力表示：
2、近代渗流力学： 1920-50年代 动因：开发油气； 主要理论：单相、两相、三相渗流；一维、二维、三维渗流； 求解方法：常规解析法。
3、现代渗流力学 ： 60年代至今
动因：计算机的广泛应用； 求解方法：在求解椭圆形方程、抛物形方程、拟线性方程中 广泛应用了积分变换、自模解、特征线等理论。 数学模型：组分模型；考虑传质、传热、扩散等特殊方程的 物理化学渗流和非牛顿流体渗流；热采模型；三次采油中的 聚合物模型；三元复合驱(活性剂、碱、聚合物)；微生物采 油的生物渗流。
2）有效渗透率Ko、Kw、Kg：岩石中同时有两种或以上的流 体流动，则岩石对其中一相的通过能力。是饱和度的函数。
3）相对渗透率Krw、Kro：多相同时流动时，相渗透率与绝 对渗透率的比值。
3、大的比面
多孔介质比面很大，使得流体流动时粘滞阻力很大。
多孔介质的分类：
1）单纯介质：由孔隙或纯裂缝组成，渗流形式简 单。
二、渗流的分类
1）地下渗流：存在于地层中，如油气水在地层中的流动； 2）工程渗流：化工、冶金、环保中的渗流问题； 3）生物渗流：动物和植物中的渗流问题。
三、渗流力学的发展（地下渗流）
1、古典渗流力学： 1920年以前 动因：开发利用地下水； 代表：法国水利工程师达西（Darcy）； 定律：达西定律（Darcy’s Law，1856）。
第一章 渗流的基本概念和基本规律
• 油气储集层 • 渗流过程中的力学分析及驱动类型 • 渗流的基本规律和渗流方式 • 非线性渗流规律 • 在低速下的渗流规律 • 两相渗流规律
第一节 油气储集层（reservoir）
• 油气层的概念 • 油藏类型 • 多孔介质
一、油气层的概念
• 油气层是油气储集的场所和流动空间，在其中油气水构 成一个统一的水动力学系统，包括含油区、含水区、含 气区及它们的过渡带。
办公室： 工科楼B座630 电 话： E-mail: haoyongmao@
Hale Waihona Puke 油气层渗流力学石油工程学院油藏工程系
主要内容
第一章 渗流的基本概念和基本规律（8学时） 第二章 油气渗流的数学模型（8学时） 第三章 单相液体稳定渗流理论（20学时） 第四章 弹性微可压缩液体的不稳定渗流理论（10学时） 第六章 两相渗流理论（10学时） 第七章 其它渗流理论（4学时）
• 在一个地质构造中流体是相互制约、相互作用的，每一 局部地区的变化都会影响到整体。
二、油藏类型
（一）层状油藏
• 厚度较小，分布面积大、多油层、多旋回 • 水动力特点：流动只在平面进行，忽略垂向上流体的运
动和物质交换。
（一）层状油藏
• 按边界类型可分为： – 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。 – 封闭边界油藏：边界为断层或尖灭 没有边水供给
发展：深度—宏观微观相结合 广度—物理化学渗流、多重介质渗流、 非牛顿流体渗流、非等温渗流
四、渗流力学课的特点
• 渗流力学是研究油、气、水在油层中的运动形态和运动规律的 科学。
• 由于油层深埋在地下几千米处，看不见，摸不着，形式多样， 结构复杂，故渗流力学的研究以实验为基础，数学为手段。
• 在分析研究实际渗流现象的基础上，建立数学模型，并用解析 法或数值法求解，分析其规律和实际解的意义。
• 因此渗流课概念多、公式多，要求在学习时深刻理解基本概念， 掌握基本公式，熟练应用基本方法，在此基础上培养解决实际 渗流问题的能力。学习时须善于思考，善于总结、分析、对比。 独立完成作业，巩固所学知识。
五、本课在油气田开发专业体系中的位置
高等数学 工程数学 流体力学 油层物理
渗流力学
油藏工程 采油工程 数值模拟 试井分析 提高采收率原理 油藏保护
绪论
• 几个概念 • 渗流的分类 • 渗流力学的发展 • 特点及要求 • 在油气田开发专业体系中的位置 • 参考书 • 课程成绩组成
一、几个基本概念
1、多孔介质（porous medium）：含有大量任意分布、彼此连通且形 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、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。
六、主要参考书
1、《油气层渗流力学》葛家理，石油工业出版社， 1982年
2、《渗流力学基础》刘尉宁，石油工业出版社，1985 年 3、《现代油藏渗流力学原理》葛家理，石油工业出版
社七，、20课01程年成绩组成
4、1、《平油时气成地绩下3渗0%流力学》郎兆新，石油大学出版社， 2030、1年最后考试70%。
定压边界油藏
1-供给边缘;2-含油边缘；3-含气边缘
特点：边界压力保持不变。
封闭式油藏
1-封闭边缘;2-含油边缘;3-含气边缘
特点：无流体通过边界
（二）块状油藏 • 主要为灰岩和白云岩类储集层 • 特点：面积小、厚度大、三维流动。 • 纵向分区：纯油区(有滞留水)、过渡区及
纯水区
三、多孔介质
多孔介质是渗流的基本条件之一，多孔介质具有以下特点：
Pz gz
Pz—表示重力势能的压力，Pa； ρ—流体密度，g/cm3；
z—相对位置高差，m；
g—重力加速度，m/s2。
• 重力有时是动力，有时是阻力
2．流体的质量和惯性力
• 流体由于具有质量，因此也具有惯性； • 当流体运动时，惯性使其总要维持原状，因而惯性力
1、孔隙性
储层岩石具有孔隙性，并被流体所充满，孔隙性大小用孔隙
度表示：
a
Vt V
V0 V
Φa—绝对孔隙度；Φ—有效孔隙度； V—岩石视体积；Vt—岩石总孔隙体积； V0—岩石有效孔隙体积。
2、渗透性
多孔介质让流体通过的性质，叫渗透性。渗透性的大小用渗透 率表示。
1）绝对渗透率K：岩石孔隙中液体为一相时，岩石允许流体 通过的能力。绝对渗透率只与岩石本身性质有关。
2）双重介质：由孔隙和裂缝或孔隙和溶洞构成。
3）三重介质：由孔隙、裂缝和溶洞构成。
第二节 渗流中的力学分析及驱动类型
• 力学分析 • 与油藏有关的压力概念 • 驱动类型
一、力学分析
• 油、气、水在岩石中流动，必须要有力的作用
1.流体的重力和重力势能
流体由地球吸引受重力，和其相对位置联系起来，则表现 为重力势能，用压力表示：
2、近代渗流力学： 1920-50年代 动因：开发油气； 主要理论：单相、两相、三相渗流；一维、二维、三维渗流； 求解方法：常规解析法。
3、现代渗流力学 ： 60年代至今
动因：计算机的广泛应用； 求解方法：在求解椭圆形方程、抛物形方程、拟线性方程中 广泛应用了积分变换、自模解、特征线等理论。 数学模型：组分模型；考虑传质、传热、扩散等特殊方程的 物理化学渗流和非牛顿流体渗流；热采模型；三次采油中的 聚合物模型；三元复合驱(活性剂、碱、聚合物)；微生物采 油的生物渗流。
2）有效渗透率Ko、Kw、Kg：岩石中同时有两种或以上的流 体流动，则岩石对其中一相的通过能力。是饱和度的函数。
3）相对渗透率Krw、Kro：多相同时流动时，相渗透率与绝 对渗透率的比值。
3、大的比面
多孔介质比面很大，使得流体流动时粘滞阻力很大。
多孔介质的分类：
1）单纯介质：由孔隙或纯裂缝组成，渗流形式简 单。
二、渗流的分类
1）地下渗流：存在于地层中，如油气水在地层中的流动； 2）工程渗流：化工、冶金、环保中的渗流问题； 3）生物渗流：动物和植物中的渗流问题。
三、渗流力学的发展（地下渗流）
1、古典渗流力学： 1920年以前 动因：开发利用地下水； 代表：法国水利工程师达西（Darcy）； 定律：达西定律（Darcy’s Law，1856）。
第一章 渗流的基本概念和基本规律
• 油气储集层 • 渗流过程中的力学分析及驱动类型 • 渗流的基本规律和渗流方式 • 非线性渗流规律 • 在低速下的渗流规律 • 两相渗流规律
第一节 油气储集层（reservoir）
• 油气层的概念 • 油藏类型 • 多孔介质
一、油气层的概念
• 油气层是油气储集的场所和流动空间，在其中油气水构 成一个统一的水动力学系统，包括含油区、含水区、含 气区及它们的过渡带。
办公室： 工科楼B座630 电 话： E-mail: haoyongmao@
Hale Waihona Puke 油气层渗流力学石油工程学院油藏工程系
主要内容
第一章 渗流的基本概念和基本规律（8学时） 第二章 油气渗流的数学模型（8学时） 第三章 单相液体稳定渗流理论（20学时） 第四章 弹性微可压缩液体的不稳定渗流理论（10学时） 第六章 两相渗流理论（10学时） 第七章 其它渗流理论（4学时）
• 在一个地质构造中流体是相互制约、相互作用的，每一 局部地区的变化都会影响到整体。
二、油藏类型
（一）层状油藏
• 厚度较小，分布面积大、多油层、多旋回 • 水动力特点：流动只在平面进行，忽略垂向上流体的运
动和物质交换。
（一）层状油藏
• 按边界类型可分为： – 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。 – 封闭边界油藏：边界为断层或尖灭 没有边水供给
发展：深度—宏观微观相结合 广度—物理化学渗流、多重介质渗流、 非牛顿流体渗流、非等温渗流
四、渗流力学课的特点
• 渗流力学是研究油、气、水在油层中的运动形态和运动规律的 科学。
• 由于油层深埋在地下几千米处，看不见，摸不着，形式多样， 结构复杂，故渗流力学的研究以实验为基础，数学为手段。
• 在分析研究实际渗流现象的基础上，建立数学模型，并用解析 法或数值法求解，分析其规律和实际解的意义。
• 因此渗流课概念多、公式多，要求在学习时深刻理解基本概念， 掌握基本公式，熟练应用基本方法，在此基础上培养解决实际 渗流问题的能力。学习时须善于思考，善于总结、分析、对比。 独立完成作业，巩固所学知识。
五、本课在油气田开发专业体系中的位置
高等数学 工程数学 流体力学 油层物理
渗流力学
油藏工程 采油工程 数值模拟 试井分析 提高采收率原理 油藏保护
绪论
• 几个概念 • 渗流的分类 • 渗流力学的发展 • 特点及要求 • 在油气田开发专业体系中的位置 • 参考书 • 课程成绩组成
一、几个基本概念
1、多孔介质（porous medium）：含有大量任意分布、彼此连通且形 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、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。
六、主要参考书
1、《油气层渗流力学》葛家理，石油工业出版社， 1982年
2、《渗流力学基础》刘尉宁，石油工业出版社，1985 年 3、《现代油藏渗流力学原理》葛家理，石油工业出版
社七，、20课01程年成绩组成
4、1、《平油时气成地绩下3渗0%流力学》郎兆新，石油大学出版社， 2030、1年最后考试70%。
定压边界油藏
1-供给边缘;2-含油边缘；3-含气边缘
特点：边界压力保持不变。
封闭式油藏
1-封闭边缘;2-含油边缘;3-含气边缘
特点：无流体通过边界
（二）块状油藏 • 主要为灰岩和白云岩类储集层 • 特点：面积小、厚度大、三维流动。 • 纵向分区：纯油区(有滞留水)、过渡区及
纯水区
三、多孔介质
多孔介质是渗流的基本条件之一，多孔介质具有以下特点：
Pz gz
Pz—表示重力势能的压力，Pa； ρ—流体密度，g/cm3；
z—相对位置高差，m；
g—重力加速度，m/s2。
• 重力有时是动力，有时是阻力
2．流体的质量和惯性力
• 流体由于具有质量，因此也具有惯性； • 当流体运动时，惯性使其总要维持原状，因而惯性力
1、孔隙性
储层岩石具有孔隙性，并被流体所充满，孔隙性大小用孔隙
度表示：
a
Vt V
V0 V
Φa—绝对孔隙度；Φ—有效孔隙度； V—岩石视体积；Vt—岩石总孔隙体积； V0—岩石有效孔隙体积。
2、渗透性
多孔介质让流体通过的性质，叫渗透性。渗透性的大小用渗透 率表示。
1）绝对渗透率K：岩石孔隙中液体为一相时，岩石允许流体 通过的能力。绝对渗透率只与岩石本身性质有关。