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1、渗流力学试验指导书石玲、刘玉娟 编重庆科技学院石工学院油气田开发教研室二 九年十月前 言渗流力学试验指导书是依据渗流力学教学大纲的要求编写的，适合于石油工程、钻井工程、油气田开采、资源勘探、资源勘查等专业的本、专科生使用。本指导书中的试验是渗流力学课程的重要实践教学环节。全书共分三个试验，其中试验三为综合性试验。通过试验可以让学生稳固相关理论学问，生疏各种仪器设备在试验工程中的使用方法，熬炼学生的试验根本技能，把握试验内容和试验的根本方法，培育学生的动手力量及综合分析问题和解决问题的力量， 在试验过程中，要求学生尽可能依据指导进展，以帮助其加深理解、增加记忆。10目 录渗流力学课程教学大纲3渗
2、流力学试验室学生试验守则6试验一 单向稳定渗流模拟试验7试验二 平面径向流模拟试验9试验三 多井同产渗流场的测绘试验11渗流力学课程教学大纲开课单位：油气田开发教研室课程负责人：何行范适用于本科石油工程专业教学时数：48 学时一、课程概况渗流力学课程是石油工程专业的一门专业课。本课程是在学生学习完高等数学、大学物理、油层物理等先修课程的根底上开设的。通过本课程的学习，使学生把握地层流体渗流的根本学问和争辩渗流问题的根本方法，形成关于油层动态过程的总体生疏。为 学习油藏工程、采油工程和采气工程等其它专业课打下根底，同时也为分析和解决油(气)田开发、开采问题供给手段。本课程的先修课程主要有高等数学
3、、大学物理、油层物理、石油地质和工程流体力学等。本课程的后续课程主要有油藏工程、采油工程、采气工程和油气井试井等。二、教学的根本要求1. 把握油层流体渗流的根本概念和根本定律；2. 把握稳定渗流两种根本渗流方式的渗流特点、渗流规律和争辩方法；3. 懂得弹性不稳定渗流的特性，根本渗流规律和分析方法；4. 了解其他不稳定渗流方式的争辩方法和根本概念及结论；5. 把握解决多井干扰和边疆效应的思路、方法和典型规律及结论；6. 把握稳定试井的方法，懂得不稳定试井的根本理论，会用试井方法分析井和地层的特性。三、教学内容及要求1. 绪论教学内容：渗流力学学科简介，争辩对象、内容，争辩方法。与专业及石油工程生
4、产的关系，学习方法和要求等。2. 渗流的根本概念和根本定律教学内容：油层边界类型、几个压力概念，连续介质场和渗流特点。达西定律，根本渗流特点，渗流根本方式。根本要求：把握两种边界类型，折算压力的概念，达西定律的，非线性渗流定律；理解连续介质场和渗流特点。重点：边界类型，折算压力，渗流根本方式，达西定律，非线性渗流定律。难点：折算压力，非线性渗流定律，连续介质场和渗流特点。3. 油气渗流的数学模型教学内容：运动方程，状态方程，连续性方程，几种渗流根本微分方程的建立。根本要求：把握几种渗流根本微分方程的建立过程和方法。了解几种渗流根本微分方程。重点：运动方程，连续性方程，渗流根本微分方程。难点：连
5、续性方程3. 单相液体稳定渗流理论教学内容：单向流，平面径向流，井的完善性对渗流的影响，油井稳定试井及应用，多井干扰的物理过程，压降迭加原理及其应用，一源一汇和两汇的渗流规律，镜像反映法与边 境效应。根本要求：把握单向流，平面径向流的特征和根本规律，不完善井分类和油井不完善性 的描述方法，油井稳定试井的过程、方法，会进展稳定试井的数据处理，理解多井干扰的物理现象和实质，压降迭加原理的思想和迭加原则并会应用，一源一汇和两汇的渗流规律及结 论，镜像反映法的争辩思想和方法。重点：单向流，平面径向流的特征和根本规律，油井的不完善性，油井稳定试井，压降迭加原理。难点：平面径向流的压力分布规律，地层平均压
6、力，压降漏斗，油井不完善性的描述方法，压降迭加原理，镜像反映法。4. 弹性不稳定渗流理论序号学时分配试验上机设计习题课课外阅读其它教学内容：弹性不稳定渗流的物理过程， 弹性不稳定渗流微分方程的建立，弹性不稳定渗流无限大地层典型解及其应用，井间干扰和迭加原理，不稳定试井及应用，弹性不稳定渗流微分方程解的推导。根本要求：把握不稳定渗流的物理过程的相关概念，典型解的应用，不稳定试井方法和数据处理。理解井间干扰和迭加原理，会进展相关计算。重点：弹性不稳定渗流的物理过程，弹性不稳定渗流无限大地层典型解及其应用，不稳定试井及应用，弹性不稳定渗流微分方程解的推导。难点：弹性不稳定渗流微分方程的建立，弹性不稳
7、定渗流无限大地层典型解及其应用， 井间干扰和迭加原理，不稳定试井及应用，弹性不稳定渗流微分方程解的推导。5. 气体渗流理论教学内容：气体稳定渗流，气体不稳定渗流，气井稳定试井，气体不稳定试井。根本要求：把握气井稳定试井方法和数据处理。重点：气井稳定试井。 难点：气体不稳定渗流。6.两相渗流理论根底教学内容：油水两相渗流，油气两相渗流。根本要求：把握影响水驱油的因素，两相区前缘两相区含水饱和度、两相区平均含水饱和度的概念和确定方法。理解活塞式水驱油，非活塞式水驱油的争辩方法，了解两相区含水饱和度分布规律，油、气两相稳定渗流产量确实定。重点：影响水驱油的因素，两相区含水饱和度分布规律，两相区前缘两
8、相区含水饱和度、两相区平均含水饱和度的概念和确定方法，油、气两相稳定渗流及其产量确实定。难点：两相区含水饱和度分布规律，压力函数。四、课时安排表章节内容合讲计课1绪论112渗流的根本概念和根本定律333油气渗流的数学模型444单相液体稳定渗流理论181445弹性不稳定渗流理论886气体渗流理论667两相渗流理论根底888总计48444五、试验应修实验学时本课程 试验教学目 的和根本要求4课程性质必修试验的考核教学目的：培育学生根本的试验动手力量和根本的试验技能; 验证理论，稳固相关学问根本要求：把握各试验的仪器、原理和试验方法；能够较娴熟操作本试验。试验的数据合理、数据处理方法正确依据学生试验
9、的过程、数据处理方法以及试验报告的质量考核评定成绩指导书要求指导书要求包含以下内容：1.试验的仪器，2.试验原理，3.试验步骤，4 数据处理，5.思考题，6.试验报告格式序号试验工程名称试验学时试验类别必做选做试验内容简述开课试验室：渗流力学试验室1单向流模拟1验证性单向流模拟，数据处理2平面径向流模拟1验证性径向流模拟，数据处理3多井干扰的电模拟2综合性相像原理，相像原则，多井干扰模拟总计4六、推举教材、参考资料1. 推举教材李治平主编.油气层渗流力学.石油工业出版社.2023 年。2. 推举参考书张建国等编.油气层渗流力学.石油工业出版社.1996 年。冯文光编.油气层渗流力学根底.石油工
10、业出版社.2023 年。七、执行大纲说明1. 本课程的争辩方法主要以数学力学为主，数学推导多，较抽象，为了到达良好的教学效果，教学过程中应留意轻过程、重结论的教学方法，并留意结合工程实际。2. 大纲教学内容中不包含复势理论和保角变换，对拟考争辩生的同学，可另外辅导。执笔人：何行范审核人：唐洪俊渗流力学试验室学生试验守则一、严格遵守试验室的规章制度及治理措施，执行试验纪律，听从试验教师的安排、指导。二、进入试验室内必需保持安静、干净。不准高声谈笑，不准吸烟，不准随地吐谈，不准乱抛纸屑杂物等。三、严防事故发生，确保试验室的安全。疼惜试验设备，不得动用与本次试验无关的仪器设备，不得将室内物品带出室外
11、。四、试验前必需认真预习试验指导书及有关内容。严格遵守仪器设备的操作规程，设备发生故障应马上停顿试验，报指导教师和试验员处理，不得擅自拆卸。五、因违反规章制度及操作规程造成仪器设备损坏者，应写出书面检查，并按有关规定进展赔偿。试验过程中，要严峻认真，具体记录试验数据和结果，经指导教师签字认可后，方可完毕试验。六、试验后要按时写好试验报告，交指导教师批阅，数据和报告要真实，不得抄袭、伪造，否则按不合格处理。试验不及格的课程，不得参与该门课程的理论课考核。七、试验完毕应请试验教师清点仪器，检查试验结果，经允许前方可离开。八、本方法自公布之日起执行，由教务处负责解释。试验一 单向稳定渗流模拟试验一、
12、 试验目的和内容1. 验证流体沿渗流方向的压力分布呈直线关系作图。2. 验证流量Q 与压差D P 呈直线变化作图。3. 绘制v D P / D L 关系曲线作图。4. 测定并计算模型的渗透率。二、试验原理用试验模型将单向流的状况再现，称单向稳定渗流模拟，利用模型可观看和测定出单向流的特征和一系列参数。渗流速度v 为：流量Q 为： kD Pv =10 mD L三、试验仪器及流程图kQ =10 mD P AD L1. 试验仪器：单向流测定仪、10ml 的量杯一个、游标卡尺、秒表等。2. 试验流程图：四、试验步骤图 1 单向流流程图1. 测定出砂模型的直径和各测压管之间的距离d 、D L 。2. 将
13、仪器安装连接好。3. 翻开供水阀，供水入水箱，水量大小以溢流管中有少量水流出为宜。4. 排解模型中的气泡，使每根测压管的高度都与水箱溢流面相平。5. 翻开模型出水阀，当测压管中的水位稳定不变后，读出每根测压管中水的高度，并测出此时的流量。6. 依次调整出水阀的大小，每次调整后测压管中水位均不变化后，读出测压管中水的高度和对应的流量大小5 组。7. 测试完毕，关出水阀，关进水阀，将仪器仪表归位。五、数据处理1. 试验数据记录表含初值。2. 数据处理过程及结果留意单位须统一。3. 误差分析。六、留意事项1. 试验时，如觉察每根测压管高度不相等，可能是气泡堵塞，此时应将气泡排出，另一种可能是测压管本
14、身刻度不一样，此时应将试验前的读数记录下来，供数据处理用。2. 每次转变流量后，不能马上测定数据，稳定后才能进展。3. 供水阀不能开得过大或过小，整个试验过程中，保证有少量的水从溢流管中流出。4. 留意单位换算。七、思考题为什么要等测压管水位稳定后才测流量和测压管中水的高度。八、试验报告要求1. 简述试验目的及原理。2. 绘出试验流程图。3. 简述试验的主要仪器设备。4. 写出试验步骤。5. 记录试验测试数据，写出计算过程和计算结果，并对结果进展分析。6. 用坐标纸绘制压力分布图、流量Q 与压差D P 关系曲线、v D P / D L 关系曲线。7. 写出本试验完成后的结论与体会。试验二 平面
15、径向流模拟试验一、试验目的和内容1. 验证生产井井底四周压力分布呈“压降漏斗” 形作图。2. 验证流量Q 与压差D P 呈线性变化作图。3. 测定并计算模型的渗透率。二、试验原理用试验模型物理来模拟圆形地层中心一口井生产时沿径向流淌的渗流规律20 p kh ( P- P)Q m ln( R/ R)Q =ewm ln( R/ R)ew k =ew20 p h ( P- P)ew三、试验仪器及流程图1. 试验仪器：径向流测定仪、10ml 的量杯一个、游标卡尺、秒表等。2. 试验流程图：图 2 径向流流程图四、试验步骤1. 测定出模拟油层的厚度、供给半径、井半径。2. 将仪器安装连接好。3. 翻开供
16、水阀，供水入水箱，待水位稳定溢流面相等时，读出初值的大小。4. 翻开模拟井中心，待流量稳定后，测出此时的流量和每根管中水的高度。5. 依次转变模拟井的产量，稳定后测出模拟井的产量和对应的井底压力和个测压管的高度5组数据 。6. 测试完毕，关模拟井，关供水阀。7. 清理好试验用具并归位。五、数据处理1. 试验数据记录表含初值。2. 数据处理过程及结果留意单位须统一。3. 误差分析。六、留意事项1试验时，如觉察每根测压管高度不相等，可能是气泡堵塞，此时应将气泡排出，另一种可能是测压管本身刻度不一样，此时应将试验前的读数记录下来，供数据处理用。 2每次转变流量后，不能马上测定数据，稳定后才能进展。3
17、. 供水阀开得过大或过小，整个试验过程中，保证有少量的水从溢流管中流出。4. 留意单位换算。七、思考题通过试验观看，会觉察中间的那根管子水位下降程度最大，思考为什么会有这种现象。八、试验报告要求1. 简述试验目的及原理。2. 绘出试验流程图。3. 简述试验的主要仪器设备。4. 写出试验步骤。5. 记录试验测试数据，写出计算过程和计算结果，并对结果进展分析。6. 用坐标纸绘制压力分布图、流量Q 与压差 P 关系曲线。7. 写出本试验完成后的结论与体会。试验三 多井同产渗流场的测绘试验一、试验目的和内容1. 了解水电模拟的试验原理、试验方法。2. 理解多井干扰的物理实质是渗流场的重分布；理解叠加原
18、理。3. 把握测量等势线的一种方法，测绘多井同产的渗流场图。二、试验原理利用水-电相像原理，将渗流场中的多井干扰转换到电场中来争辩。在电场中，将欧姆定律中的电流密度 i 在 x,y,z 坐标上的投影方程代入克希荷夫电流连续流淌方程，可得出电场中的拉布拉斯方程为：式中U -电位D 2 U= 01在渗流场中，将达西定律中的渗流速度在 x,y,z 坐标上的投影方程代入不行压缩液体连续流淌方程，可得渗流场中的拉氏方程为：式中 P -渗流压力D 2 P = 02比较12两式，可知在肯定的条件下，电场与渗流场之间存在一一对应的相像关系。三、试验装置及接线图1. 试验仪器：试验池、电模拟试验仪。电模拟试验仪
19、使用面板如图 3 所示。图 3电模拟试验仪面板图2. 试验接线图：图4 多井同产渗流场的试验接线图1 为固定接线2 自己接线 3 直流电源接线柱4、5 铜丝模拟生产井6 铜丝模拟注水井 7 检流计8-测针 9 -电解槽四、试验步骤1、按图4所示连接好电路，检查无误后，将电模拟试验仪电源线插入单相电源。2、由于电压波动，直接测量电场中各点的电位无法获得正确的等压线分布。为消退电压波动的影响，利用电桥原理，如图5所示。当电桥平衡时，检流计为0，a、b两点电位相等。将两个电阻箱串联起来，然后跟注水井与生产井之间的电阻并联。固定两电阻箱的阻值R 和R ，在电场中移动测针查找电桥电流为零的点。这些点即为
20、等压点。连接各等压点，得12到等压线。等压线的电压为：RU= U+1D UdR+ R12U为油井电位， D U 为供给边界与井之间的电位差本试验中使用电源电压为5V。d转变阻值之比，可得到不同的等压线。WW3、将电模拟试验仪电阻箱R 的电阻值设在3000600间的某肯定值，转变电阻箱R 的值，12使R R ，在电场中移动测针查找检流计为“0”的点。记录点坐标，这些点即为等压点。21连接各等压点，得到等压线；再转变电阻箱R 的值，可测出不同的等压线。24、将每次测得的点画在坐标纸上，绘制等压线，并画上流线，即为渗流场图。五、数据记录及数据处理1、 记录电压D U 值，R1 的值，R2 的值，绘出不同阻值比下的等压线至少5 组。2、 依据公式计算各等压线的电压。3、 绘制渗流场图六、思考题测等压线为什么用电桥，而不直接测电压？七、试验报告要求1. 简述试验目的及原理。2. 绘出试验原理图。3. 简述试验的主要仪器设备。4. 写出试验步骤。5. 记录试验测试数据，写出计算过程和计算结果，并对结果进展分析。6. 用坐标纸绘制渗流场图包括等压线、流线以及标注流线的方向。7. 写出本试验完成后的结论与体会。