【图文】流体力学课件-04-09_百度文库
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流体力学课件-04-09
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第四章 流体动力学
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&&流​体​力​学​-​流​体​动​力​学
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你可能喜欢【图文】流体力学第6章流体运动微分方程_百度文库
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流体力学第6章流体运动微分方程
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渗流力学复习总结
导读：2.渗流力学：是流体力学的一个重要分支，同时也是流体力学与多孔介质理论、表面物理、，3.渗流力学分为：地下流体资源开发、地球物理渗流、地下工程渗流，1.油气渗流的数学模型：用数学语言综合表达油气渗流过程中全部力学现象和物理化学现，绪论1.渗流：流体通过多孔介质的流动。2.渗流力学：是流体力学的一个重要分支，同时也是流体力学与多孔介质理论、表面物理、物理化学、固体化学、生物学、生理学等学科交叉渗
1. 渗流：流体通过多孔介质的流动。
2. 渗流力学：是流体力学的一个重要分支，同时也是流体力学与多孔介质理论、表面物理、
物理化学、固体化学、生物学、生理学等学科交叉渗透的一门边缘学科。
3. 渗流力学分为：地下流体资源开发、地球物理渗流、地下工程渗流。
1． 油气藏：油气储集的场所和流动的空间。
油气藏的作用：限制流体的运动范围，影响流体的渗流形态，同时还决定流动的边界形状，所以油气藏是渗流的重要外部条件。
2． 油气藏的类型：按圈闭形成条件的不同，分为构造油气藏、地层油气藏、岩性油气藏。
构造油气藏：是由地壳运动形成的油气藏，分为背斜油气藏、断层油气藏、刺穿接触油气藏。
地层油气藏：主要是在地层沉积作用时形成的油气藏，包括潜山油气藏、生物礁油气藏、不整合覆盖油气藏、地层超覆油气藏。
岩性油气藏：是储集层的岩性或物性发生侧向变化，形成圈闭而产生的油气藏，分为透镜状岩性油气藏、尖灭性岩性油气藏。
3． 层状油藏：往往存在与海相沉积和内陆盆地沉积当中，油层平缓、分布面积大、厚度小，
一般具有多油层、多旋回的特点。
块状油藏：灰岩或白云岩油气藏往往在有限的圈闭面积内含有很厚的沉积物，后来经过长期的溶蚀作用、白云岩化作用及构造应力作用使得在相当厚度的油藏中都具有储集油气的能力，相对面积小、厚度大。
4． 封闭边界：岩层为孤立体，周界为断层或岩性边界所圈闭，并且没有边水供给。
定压边界：岩层较稳定，一直延伸到地表，并且有边水供给区，在边界上又保持恒定的压头。
1. 多孔介质：由大量毛细管或微毛细管结构组成的固体介质。多孔介质是渗流赖以存在的
多孔介质的特点：孔隙性、渗透性、比表面积大、孔隙结构复杂。
2. 储容性：孔隙具有储集和容纳流体的性质。
3. 绝对孔隙度：岩石总孔隙体积与岩石视体积之比。
有效孔隙度：岩石有效孔隙体积与岩石视体积之比，表征流体可以通过的有效空隙空间的大小。
4. 渗透性：多孔介质允许流体通过的能力。渗透性的大小用渗透率表示。
5. 渗透率单位的物理意义：粘度为1mPa?s的流体，在压力降为1×105 Pa的条件下，通
过截面积为1 cm2、长度为1 cm的岩样，当流量为1 cm3/s时，岩样渗透率为1 μm2。 渗透率的大小只与岩石的性质有关，它取决于岩石的孔隙结构和孔隙大小，与通过的流体的性质无关。
6. 绝对渗透率：当岩石孔隙中的流体为一相时，岩石允许流体通过的能力。绝对渗透率是
与岩石本身性质有关的一种属性。
有效渗透率：当岩石中有两种以上流体存在时，岩石对其中一相的通过能力叫做该相的有效渗透率。
相对渗透率：岩石的有效渗透率与绝对渗透率的比值。
7. 比面：单位体积岩石所有岩石颗粒的总表面积或孔隙内表面积，叫做岩石的比表面积。
8. 多孔介质孔隙结构分类：
三种介质：单纯介质、双重介质、三重介质。
五种结构：粒间孔隙结构、纯裂缝结构、裂缝―孔隙结构、溶洞―孔隙结构、溶洞―裂缝―孔隙结构。
9. 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。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。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。
1. 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。主要有重力、惯性力、
粘滞力、弹性力、毛管力，后三者为主要作用力。
2. 流体的重力和重力势能：重力有时是动力，有时是阻力。重力势能图里M点向下运动
表现为动力，向上运动表现为阻力。
3. 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，因而惯性力在渗流过程中多表现为阻力。
4. 流体的粘度及粘性力：牛顿内摩擦定律F=μA dv/dy。粘滞力为阻力，且动力消耗主要
用于克服渗流时流体的粘滞阻力。
5. 岩石及流体的压缩性和弹性力：岩石的压缩性常用压缩系数表示。
岩石的压缩系数表示油层压力没降低单位压力时，单位体积岩石中孔隙体积的缩小量。
6. 毛管力：毛管力既可表现为动力，也可表现为阻力。在驱替压力不大时，若油藏岩石亲
水，则水驱油时毛管力为动力；若油藏岩石亲油，则水驱油时毛管力为阻力。
7. 原始地层压力po：油藏开发前流体所受的压力。实测的原始地层压力一般是在油田所钻
的第一批探井中测得的，或通过压力梯度曲线得到。
Pi，目前地层压力p（静压）。
供给压力pe：当油藏中存在液源供给区时，在供给边缘上的压力。在人工注水条件下，水井井底压力即为供给压力。
井底压力pw：油井正常生产时，在生产井井底所测得的压力。井底压力也称为井底流压，简称流压。
折算压力pr：表示油层中各点流体所具有的总能量，即油藏中某点折算到某一基准面时的压力。
8. 压力梯度曲线：在直角坐标系中，根据最初的探井所测得的油藏埋藏深度（油层中部位
置）H和实测压力p所绘制的关系曲线。在油藏投入开发以后，油藏原始状态被破坏，此时所钻的井就不可能再直接测得其原始地层压力，只能根据该井的油层中部深度，在压力梯度曲线上推算其原始地层压力。
9. 驱油（天然）能量主要来自：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。
驱动类型：重力（刚性）水压驱动、弹性驱动、气压驱动、溶解气驱动、重力驱动
1. 达西定律：流量Q与折算压差?pr和岩心截面积A成正比，与液体粘度μ和测压管两截
面距离?L成反比，其比例常数与填砂粒径有关。砂粒粒径越大，流量越大，反之流量越小。
公式：Q=kA?pr/μ?L
单位：Q―通过砂岩的流量，cm3/s；K―渗透率―μm2；A―渗流截面积―cm2；?L―两渗流截面间的距离，cm；μ―液体粘度―mPa?s；?pr―两渗流截面间的折算压差，105Pa（即大气压）
1μm2=1.0132D≈1D
1m2=1012μm2 ?P.....动力 达西定律变形：Q??....阻力?A
渗流量的大小取决于动力大小与阻力大小之比，即两端压差越大，神流量越大，且成线性关系；阻力越大，渗流量越小。阻力的大小与液体粘度、渗流段长度成正比，与岩石渗透率和渗流截面积成反比。
2. 渗流速度v:渗流量与渗流截面积之比 v=Q/A 真实速度
u：渗流量与渗流截面的孔隙面积之比，称为液体在多孔介质中的真实平均运动速度，也称真实速度 u=Q/Ap
两者关系：v=φu
达西定律可表示为：v=k?p/μ?L
1. 线性渗流:压差与流量呈线性关系。Re≤0.25
非线性渗流:压差与流量不成线性关系。达西定律不适用。Re&0.25
Re=vρ√k/17.50μφ3/2
2. 非线性渗流产生原因：渗流速度过高，流量过大；分子效应；离子效应；非牛顿流体渗
流时，由于非牛顿流体的流变性，产生偏离达西渗流的情况。
3. 非线性渗流规律的表达方式： v??C（
指数式：dPdL）n
C―与岩石性质有关的系数。n ―渗流指数，值在1―0.5之间。
当n=1时,满足线性渗流定律，此式即为达西公式。 ?
二项式：dPdL?Av?Bv2
，A，B―与岩石和流体性质有关的系数。
低速下的渗流规律，附加一个压力梯度
两相渗流时，毛管力，贾敏效应产生的阻力
油气渗流的数学模型：用数学语言综合表达油气渗流过程中全部力学现象和物理化学现
象的内在联系和运动规律的方程式（或方程组）。
2. 一个完整的数学模型包括两部分：渗流综合微分方程及边界条件和初始条件。
1. 油气渗流数学模型的一般结构：运动方程（必要）、状态方程、质量守恒（连续性）方
程（必要）、能量方程、其他附加的特征方程、有关的边界条件和初始条件（必要）。
2. 建立数学模型的步骤：确定建立数学模型的目的和要求；研究各物理量的条件和情况；
确定未知量（因变量）和其他物理量之间的关系；推导数学模型所需的综合微分方程组；根据量纲分析原则检查所建立的数学模型的量纲是否一致；确定数学模型的适定性；给
出问题的边界条件和初始条件。
1. 渗流数学模型的基本组成部分是运动方程、状态方程、连续性方程。
2. 当渗流服从线性渗流时，：v=k?p/μ?L
1. 状态方程：描述液体、气体、岩石的状态参数随压力变化规律的数学方程。
2. 液体的状态方程：C1=―dV1/V1dp
弹性液体的状态方程：ρ=ρ0[1+C1(p-p0)]
3. 气体的状态方程：pV=nRTpV=nZRT
4. 岩石的状态方程：φ=φ0+Cf（p-p0）
1. 质量守恒定律：在地层中任取一微小的单元体，在单元体内若没有源和汇存在，则包含
在微元体封闭表面内的液体质量变化应等于同一时间间隔内液体的流入质量与流出质量之差。
质量守恒（连续性）方程：用质量守恒定律建立起来的方程。
2. 连续性方程的表现形式：给出运动要素（速度、密度、饱和度、浓度）随时间和坐标的
变化关系。
3. 单相渗流的连续性方程： ?(?vx)?(?vy)?(?vz)?(??)?????y?z?t （三维）?x
?2P?2P?2P1. 单相不可压缩液体稳定渗流的基本微分方程：2?2?2?0，即2p=0 ?x?y?z
?2P?2P?2P1?P2. 弹性多孔介质单相微可压缩液体不稳定渗流：(2?2?2)?，即2p ?x?y?z??t
3. 综合压缩系数C：单位岩石体积在降低单位压力时，由孔隙收缩和液体膨胀而依靠弹性
能排挤出来的液体体积。
4. 导压系数：?=k/μC，表征地层压力波传导的速度。当渗透率k的单位为μm2时，液体
粘度μ的单位为mPa?s，综合压缩系数C的单位为（105Pa）-1时，导压系数?的单位为cm2/s，其物理意义为单位时间内压力波传播的地层面积。
1. 单相渗流：地层中只有一种流体在流动。
两相或多相渗流：两种或两种以上的流体同时流动。
2. 均质液体：液体中任意点的密度、粘度等物理参数都是常数，不随坐标发生变化。
非均质液体：液体中任意点的密度、粘度等物理参数随坐标而变化。
3. 稳定渗流：在渗流过程中，各运动要素（压力及流速等）不随时间变化[即p=p(x,y,z)，
v=v(x,y,z)]。
不稳定渗流：各运动要素与时间有关。封闭边界，多井干扰。
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第二章 流体力学的基本方程
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