第五章 地下流体动态特征

流体的地下水动力学流体的地下水动力学是研究地下水流动行为以及地下水运动规律的学科，涉及专业知识较多，包括水文地质学、地下水动力学等。

本文将介绍地下水动力学的基本概念、流体在地下的运动规律以及地下水资源管理等相关内容。

一、地下水动力学的基本概念地下水动力学是描述地下水流动行为的学科，它研究地下水的运动规律、影响因素以及地下水流体力学和传质过程等问题。

地下水动力学的研究对于水资源的合理开发和利用具有重要意义。

地下水动力学的基本概念包括：1. 地下水的来源和补给：地下水主要来源于降水的入渗和地表水的补给，其中入渗是地下水的重要补给方式。

2. 渗透率和孔隙度：地下岩层对水的渗透能力称为渗透率，而孔隙度则是描述岩层中可存储水的空隙比例。

3. 地下水流速和流量：地下水流速是单位时间内地下水通过单位面积的速度，流量是单位时间内通过某一断面的地下水体积。

4. 地下水压力和水头：地下水压力是地下水对岩层施加的压力，水头则是用来描述地下水压力差的概念。

5. 地下水流场和流线：地下水在地下岩层中的流动形态称为地下水流场，而地下水流场中各点连成的线路称为流线。

二、流体在地下的运动规律地下水动力学研究了流体在地下的运动规律，主要涉及泊松方程和达西定律等基本原理。

1. 泊松方程：泊松方程是描述地下水压力分布的方程，它描述了地下水压力与地下水位（或水头）之间的关系。

泊松方程可以帮助我们了解地下水的压力分布情况，并对地下水流动进行数值模拟和分析。

2. 达西定律：达西定律是描述地下水流速与水头梯度之间关系的定律，也称为达西-普朗克方程。

根据达西定律，地下水流速正比于水头梯度，并且与渗透率和孔隙度等因素有关。

3. 流体力学和传质过程：地下水流体力学是研究地下水流动行为的分支学科，它涉及地下水流速、流量、流体力与单位面积上岩石壁面作用力之间的关系。

此外，地下水中还存在着溶质的传质过程，即溶质在地下流体中的传输现象，它涉及浓度分布、扩散速率等问题。

内容主要有：（1）渗流理论基础；（2）地下水向河渠的稳定运动；（3）地下水向完整井的稳定运动；（4）地下水向完整井的非稳定运动；（5）地下水向边界附近井的稳定和非稳定运动。

重点考核地下水运动的基本概念、基本原理和方法。

题目类型有名词解释、判断题、作图题和计算题等，其中计算题占试题总分数的65%。

《地下水动力学》复习要点第一章 渗流理论基础一、基本内容1、基本概念：多孔介质、贮水率、贮水系数（弹性给水度）、渗流、渗流速度及与实际速度关系、水头（位置水头、测压管水头）、水力坡度、渗透系数、渗透率、导水系数、各向异性介质、各向同性介质、均质与非均质、水流折射原理、流网、dupuit 假设、第一类边界条件、第二类边界条件等2、基本定律：达西定律及适用范围3、描述地下水运动的方程：渗流连续性方程、承压水运动的基本微分方程、潜水运动的基本微分方程、越流含水层地下水非稳定流运动方程4、定解条件（初始条件、边界条件），数值方法基本思想二、要求1、理解并掌握上述概念和理论2、用达西定律分析水头线的变化或根据流网分析水文地质条件变化；3、给定水文地质条件，能正确画出反映地下水运动特点的流网图；4、给定水文地质模型和水文地质条件，写出反映地下水运动的基本方程（给定假设条件，建立数学模型，包括初始条件、边界条件）第二章 河间地块地下水的稳定运动一、基本内容有入渗时河间地块潜水的稳定运动问题（水文地质模型、假设条件、数学模型、流网、任意过水断面流量、分水岭移动规律、水头线）、无入渗时潜水的稳定运动、承压水的稳定运动，水在承压—无压含水层中的运动，非均质含水层中水的运动问题。

二、学习要求根据给定问题的水文地质条件，用相关公式计算过水断面流量或水位。

三、常用公式 1、承压含水层（达西定律） l H H m m kq 21212++= x lH H H H 211--= 2、无入渗潜水含水层（达西定律）l h h h h k q 21212-+= x lh h h h 2122212-+= 3、有入渗时潜水 wx wl l h h k q +--=2122221 )(22122212x lx kw x l h h h h -+-+= 4、分水岭位置 l h h w k l a 222221--= 5、其它流动问题（水平层状含水层、非均质含水层、承压—无压含水层、厚度或水流厚度沿流向变化等）第三章 地下水向完整井的稳定运动一、 基本概念：完整井、不完整井、水井及周围水位（水头）、稳定井流条件（定水头边界、越流、入渗补给）、井损与水跃、影响半径与引用影响半径、叠加原理、均匀流及平面或剖面流网二、学习要求1、掌握地下水向承压水井和潜水井运动问题的假设条件、数学模型、平面或剖面流网特征2、利用有关公式计算抽水量、降深或利用抽水试验资料（已知降深或水位），求含水层参数（导水系数或渗透系数）3、应用叠加原理地下水向完整井群的稳定运动问题。

第五章 油气井动态分析5-1 直井生产动态分析在油井动态分析中，油井流入动态特征，是指原油从油层内向采油井底流动过程中，产量与流动压力之间的变化特征，它主要决定于油藏的驱动类型和采油井底各相流体的流动状态，这种变化特征是预测油井产能、确定采油井合理工作制度以及分析油井产能变化规律的主要依据。

气井的绝对无阻流量又称无阻流量，以Q AOF 表示，它是判断气井产能大小和进行气井之间产能对比的重要指标，也是确定气井合理产能的重要依据。

气井的绝对无阻流量定义为：当气井生产时势井底流动压力降为一个绝对大气压（即无井底回压）时，气井的最大潜在理论产量。

实际生产时，气井的绝对无阻流量是不可能达到的。

它主要作为确定允许合理产量的基础。

气井投产后的允许合理产量的，限定为绝对无阻流量的1/4和1/5，需要说明的是气井的绝对无阻流量，并不是一成不变的。

对于定容封闭消耗气藏来说，它随气藏压力的降低而减小，有效的增产措施也会提高气井的绝对无阻流量。

因此，需要根据气井的生产动态和压力、产量变化情况，结合地层压力的测试，不失时机地进行气井绝对无阻流量的测试，以便调整气井的合理产量。

一、生产指数和IPR1、生产指数：通常用生产指数J 表示油井的生产能力，生产指数J 定义为产量与生产压差之比。

PQP P Q J owf r o ∆=-=5-1o Q ——原油产量，bbl/d ；J ——生产指数，bbl/(d.psi)；r P ——油井泄油区的平均压力（静压）；psi ； wf P ——井底流压，psi ；P ∆——压差，psi 。

2、生产指数测试①一般在生产测试中测得。

现关井使地层压力恢复到静压，然后油井以定产量Q o 在稳态井底流压下P wf 下生产。

由于井口压力稳定不一定表明井底压力Pwf 也稳定,因此油井开始生产后要连续测量井底流压。

②只有当油井处于拟稳态时，测得的生产指数才能反映油井的产能。

因此，为准确计算生产指数，油井必须在一个固定产量下开井足够时间达到稳定。

地质流体类型及其特征一地质流体地质流体（geofluid）是指在一定地质条件下、通过一定地质作用（包括构造活动、岩浆作用、变质作用、沉积作用、成矿作用、地表作用等）而形成的天然流体。

从地质流体的概念可以看出，地质流体是在一定的地质环境中地质作用的产物，因此，不同特征的地质流体记录了其形成地质环境条件，并代表了特定的地质作用事件和过程。

所以，地质流体在研究地质历史时期地质作用中都起到重要的媒介作用。

实际上，地质流体是地质作用中不可缺少的介质，它几乎参与所有的地质作用。

地质流体的成因与来源十分复杂，其运移和聚集与特定的地质构造环境条件和地质构造演化过程有着密切的联系（肖荣阁等，2001；陶于祥等，1994）。

通过研究地质流体特征，可以反演地质历史时期地质作用事件及其地质环境特征。

二地质流体分类及其特征前人从不同角度对地质流体进行了分类研究，包括根据来源、成因、成分和分布等对地质流体进行分类（J. Parnel，1994；肖荣阁等，2001；陶于祥等，1994）。

综合前人对地质流体的各种分类可以看出，主要从两个大的方面进行分析，即依据地质流体来源和天然产出特征分类和地质流体构造分类。

1. 地质流体来源和天然产出特征分类：一般地，根据流体来源和其天然产出地质特征，将地质流体分为以下几种类型：（1）大气降水：地表水蒸发再降落于地面的水，它直接参与了表层岩石的风化剥蚀、搬运及元素的分散、富集成矿等作用。

（2）海水：咸化度较高的卤水体系，聚集了自然界所有的元素；（3）成岩流体：沉积物在沉积成岩作用过程中产生的流体，包括地层水、沉积岩中有机质热演化形成的石油和天然气等。

地层水包括渗入地层的地表水和建造水及其混合水，建造水是在封闭于沉积物中的沉积水并与沉积物发生反应。

由于沉积盆地所处地理环境不同，建造水的成分类型有较大的差异。

内陆盆地环境建造水是地表大气降水集中封闭于沉积物中并经过一定的水岩反应，滨海盆地环境建造水是封闭在沉积物中的海水。

第一篇地下流体物理动态观测第一章预备知识第一节地下水的赋存条件一．地下水的赋存空间地壳介质，无论是松散沉积物还是坚硬的基岩，都具有大小不同、多少不等和形状不一的空隙（图1.1.1）。

不含孔隙的岩石是少见的，只是随着岩石的性质和受力作用的不同，空隙形状、多少、连通程度等有所差异。

通常把岩石空隙的大小、多少、形状、连通程度以及分布状况等性质统称为岩石的空隙性。

孔隙度的测定方法各种各样。

例如，为了粗略了解砂砾、粗砂的孔隙度，可采用极简便的方法。

取一量筒，装入所要测定的砂样，在量筒中测定其体积，然后向量筒中注水，当全部孔隙被饱和时，砂面上便出现发亮的水面，此时，注入的水量可认为是孔隙的体积，有了孔隙的体积与砂的体积便不难求得孔隙度了。

室内精确测定孔隙度时，通常借测定岩石的容重与比重后计算得到。

孔隙度与容重、比重间有下列关系：（二）裂隙裂隙是坚硬岩石在内外营力作用下产生的各式各样的裂缝。

裂隙的宽度、长度、连通情况在不同的出露地点及不同的岩石中差异很大，与松散沉积物孔隙相比表现为具有明显的不均匀性。

岩石的裂隙在数量上用裂隙率表示。

裂隙率是裂隙的体积与包括裂隙在内整个岩石的体积之比。

由于裂隙在岩石中的分布一般是不均匀的，对一个裂隙岩层来说，往往是某些地方裂隙特别发育（如受力部位），而另一些地方则很不发育。

因而，岩石裂隙率的变化上相当大的。

有的小于百分之一，有的则可达百分之几十。

（三）溶隙可溶性岩石中各种裂隙，在地下水的长期作用下，经溶蚀而扩展，形成各种尺度、各种形态的溶隙，使岩石的空隙性极大地增强，有时甚至成为非常巨大的溶洞，有的高达数十米，有的长达几十公里。

岩溶率的变化范围很大，由小于百分之一到百分之几十。

表现为在相邻处的岩溶发育程度很不同，在同一地点的不同深度也有很大变化。

岩溶发育的不均匀性往往较裂隙的不均匀性更突出。

在自然界中，每种空隙并不是孤立地存在，空隙的分布特点与发育状况是相当复杂的。

例如有时岩石胶结得不十分紧密，既可存在孔隙，也可以存在裂隙；可溶岩中由于水流状况的不同，在同一层中常常是溶洞与裂隙共存，甚至只有未经溶蚀的裂隙存在。