《滲流力學》—緒論

1、滲流力學程林松1滲流力學滲流力學專專 業(yè)業(yè): :石油工程石油工程年年 級級: 2005 : 2005 級級主講人：程林松主講人：程林松滲流力學程林松2一、教師介紹一、教師介紹主講：主講：程林松程林松 工程東樓工程東樓304304，8973459289734592、1370101410313701014103 輔講：輔講：黃世軍黃世軍實驗：實驗：李春蘭李春蘭: : 南樓南樓,89734811(,89734811(辦辦) )、1352068288013520682880 黃世軍黃世軍: : 工程東樓工程東樓,89733218,8973321813717852119 滲流力

2、學程林松3二、課程的基本要求二、課程的基本要求 上課、作業(yè)、實驗、考試上課、作業(yè)、實驗、考試 成績：考試成績：考試 + + 作業(yè)作業(yè) + + 實驗實驗 答疑：周五下午答疑：周五下午- -無最后集體答疑無最后集體答疑滲流力學程林松4三、參考書目三、參考書目各書特點各書特點 1 1、“滲流力學滲流力學”，程林松，中國石油大學（北京），講義，程林松，中國石油大學（北京），講義+PPT+PPT+習題集習題集 2 2、“滲流力學實驗講義滲流力學實驗講義”， 李春蘭，中國石油大學（北京）李春蘭，中國石油大學（北京） 3 3、“滲流力學基礎滲流力學基礎”， 劉尉寧，劉尉寧，19851985，石油工業(yè)出版社，

3、石油工業(yè)出版社 4 4、“現(xiàn)代滲流力學原理現(xiàn)代滲流力學原理”, , 葛家理，葛家理， 20022002，石油工業(yè)出版社，石油工業(yè)出版社 5 5、“地下水氣動力學地下水氣動力學”， 蘇蘇N.AN.A恰爾內(nèi)，恰爾內(nèi)，19821982，石油工業(yè)出版社，石油工業(yè)出版社 6 6、“滲流力學滲流力學”, ,大慶石油學院教材大慶石油學院教材 ，19921992 7 7、“油氣層滲流油氣層滲流”，西南石油學院教材，西南石油學院教材，19911991 8 8、”The Flow of Homogenous Fluids Through Porous Media”The Flow of Homogenous Fl

4、uids Through Porous Media”，19371937，M.Muskak.M.Muskak. 9 9、”Phyical Principles of Oil Production”,1949, Phyical Principles of Oil Production”,1949, 原油物理原理，原油物理原理，M.Muskak.M.Muskak. 10 10、”Dynamics of Fluids in Porous Media”“Dynamics of Fluids in Porous Media”“多孔介質(zhì)流體動多孔介質(zhì)流體動力學力學”, ,李亮生譯，李亮生譯，J J貝爾貝爾

5、以色列以色列 ，19721972特點：特點：1 1，2 2，33基礎基礎教材；教材；4 4，55研究生；研究生；6 6，77參考；參考；8 8，9 9，1010經(jīng)典著作經(jīng)典著作滲流力學程林松5四、講課內(nèi)容及學時分配四、講課內(nèi)容及學時分配（一）（一） 前言（前言（2 2）- - 程林松程林松 第一章第一章 滲流規(guī)律和滲流數(shù)學模型滲流規(guī)律和滲流數(shù)學模型(6) (6) 黃世軍黃世軍 第二章第二章 單相不可壓液體穩(wěn)定滲流規(guī)律（單相不可壓液體穩(wěn)定滲流規(guī)律（6 6） 黃世軍黃世軍 第三章第三章 多井干擾理論（多井干擾理論（1212） - - 程林松程林松 第四章第四章 彈性不穩(wěn)定滲流規(guī)律（彈性不穩(wěn)定滲流規(guī)

6、律（8 8） - - 程林松程林松 第五章第五章 油水兩相滲流規(guī)律（油水兩相滲流規(guī)律（8 8） - - 程林松程林松 第六章第六章 油氣兩相滲流規(guī)律（油氣兩相滲流規(guī)律（2 2） - - 程林松程林松 第七章第七章 天然氣滲流規(guī)律（天然氣滲流規(guī)律（2 2） - - 程林松程林松 機動（機動（2 2） - - 程林松程林松滲流力學程林松6四、講課內(nèi)容及學時分配四、講課內(nèi)容及學時分配（二）（二）三個重點三個重點：剛性穩(wěn)定滲流理論：剛性穩(wěn)定滲流理論 彈性不穩(wěn)定滲流理論彈性不穩(wěn)定滲流理論 水驅(qū)油理論水驅(qū)油理論三個工具三個工具：映射、疊加、阻力、（保角）：映射、疊加、阻力、（保角）四個基本公式四個基本公式

7、：滲流力學程林松7 1 1、石油工程專業(yè)學生（工作人員）、石油工程專業(yè)學生（工作人員）主要任務之一開發(fā)好主要任務之一開發(fā)好油氣藏（較高采收率）油氣藏（較高采收率）認識油藏（流體和巖石）認識油藏（流體和巖石） 基礎基礎: :流流體在油藏中的流動規(guī)律。體在油藏中的流動規(guī)律。 2 2、油井投產(chǎn)后、油井投產(chǎn)后壓力下降壓力下降油氣水向井流動。滲流力學任油氣水向井流動。滲流力學任務之一務之一認識油層，合理開發(fā)油田，改造油田工具，高產(chǎn)、穩(wěn)認識油層，合理開發(fā)油田，改造油田工具，高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、提高油氣采收率，反求地層參數(shù)的理論基礎。產(chǎn)、提高油氣采收率，反求地層參數(shù)的理論基礎。 滲流力學滲流力學緒論緒論一、本課程一

8、、本課程目的和意義目的和意義滲流力學程林松8一、本課程一、本課程目的和意義目的和意義 3 3、開發(fā)設計，動態(tài)分析，油氣井開采，增產(chǎn)工藝，反求、開發(fā)設計，動態(tài)分析，油氣井開采，增產(chǎn)工藝，反求地層參數(shù)，提高油氣采收率地層參數(shù)，提高油氣采收率后續(xù)課的理論基礎。后續(xù)課的理論基礎。 4 4、認識油氣水在巖層中流動的客觀規(guī)律，形成油氣層滲、認識油氣水在巖層中流動的客觀規(guī)律，形成油氣層滲流力學，已深入到油氣田開發(fā)工作的各個環(huán)節(jié)。流力學，已深入到油氣田開發(fā)工作的各個環(huán)節(jié)。 5 5、是現(xiàn)代流體力學分支、是現(xiàn)代流體力學分支流體力學和多孔介質(zhì)理論，表流體力學和多孔介質(zhì)理論，表面物理，物理化學，固體力學，生物學交叉滲

9、透的一個邊緣面物理，物理化學，固體力學，生物學交叉滲透的一個邊緣學科。學科。滲流力學滲流力學緒論緒論滲流力學程林松9二、前課程要求：二、前課程要求： 流體力學（水力學）流體力學（水力學） 石油地質(zhì)學石油地質(zhì)學 油層滲流物理油層滲流物理 高等數(shù)學高等數(shù)學 計算方法和計算機技術計算方法和計算機技術 反變函數(shù)反變函數(shù) 數(shù)理方程（法）數(shù)理方程（法） 物理化學物理化學 表面和膠體化學等表面和膠體化學等滲流力學滲流力學緒論緒論滲流力學程林松10 1 1、地下滲流力學：開發(fā)地下流體資源的理論基礎，多孔介、地下滲流力學：開發(fā)地下流體資源的理論基礎，多孔介質(zhì)中石油、天然氣、煤層氣、地下水、地熱、城市沉降等。質(zhì)中

10、石油、天然氣、煤層氣、地下水、地熱、城市沉降等。 2 2、工程滲流：冶金、化工、機械。利用多孔技術的基礎：、工程滲流：冶金、化工、機械。利用多孔技術的基礎： 冶金工業(yè)用氧氣通過耐火磚進行鋼液脫氣。冶金工業(yè)用氧氣通過耐火磚進行鋼液脫氣。 化學工業(yè)的催化塔利用多孔滲流改造工藝技術?；瘜W工業(yè)的催化塔利用多孔滲流改造工藝技術。 3 3、生物滲流：研究對認識生命活動規(guī)律及其控制，動植物、生物滲流：研究對認識生命活動規(guī)律及其控制，動植物體內(nèi)體內(nèi)大量毛管及微細孔隙，其間有流體流動，動物血液流動。大量毛管及微細孔隙，其間有流體流動，動物血液流動。礦物質(zhì)輸送等都是滲流問題。礦物質(zhì)輸送等都是滲流問題。三、滲流力學

11、三、滲流力學研究范圍研究范圍：重要武器、范圍很廣重要武器、范圍很廣滲流力學滲流力學緒論緒論滲流力學程林松11四、滲流力學四、滲流力學研究方法研究方法 發(fā)現(xiàn)問題；分析問題；解決問題。發(fā)現(xiàn)問題；分析問題；解決問題。 滲流的宏觀問題；滲流的宏觀問題； 滲流的微觀問題；滲流的微觀問題； 多孔介質(zhì)微觀運動。多孔介質(zhì)微觀運動。 結(jié)構(gòu)及流體的微觀運動結(jié)構(gòu)及流體的微觀運動滲流力學滲流力學緒論緒論滲流力學程林松12由工程問題：由工程問題：1.1.建立地質(zhì)模型（地質(zhì)條件，幾何，孔隙結(jié)構(gòu)，油層物理實建立地質(zhì)模型（地質(zhì)條件，幾何，孔隙結(jié)構(gòu)，油層物理實驗，參數(shù)的靜態(tài)描述，物理特征驗，參數(shù)的靜態(tài)描述，物理特征建立物理模型

12、）；建立物理模型）；2.2.力學模型：力學和物理規(guī)律力學模型：力學和物理規(guī)律3.3.數(shù)學描述：數(shù)學模型數(shù)學描述：數(shù)學模型分析解釋簡化概括；分析解釋簡化概括；4.4.求解求解分析解釋應用回到工程中去；分析解釋應用回到工程中去；本課程本課程：動手推導，實驗，理解（概念），體會，特別學：動手推導，實驗，理解（概念），體會，特別學 會與工程問題聯(lián)系起來，解決工程問題。會與工程問題聯(lián)系起來，解決工程問題。滲流力學滲流力學緒論緒論四、滲流力學四、滲流力學研究方法研究方法滲流力學程林松13五、滲流力學五、滲流力學發(fā)展歷史發(fā)展歷史 1 1、18561856年，法國工程師達西，用砂土層、滲水試驗年，法國工程師達

13、西，用砂土層、滲水試驗滲流滲流基本規(guī)律基本規(guī)律達西規(guī)律。達西規(guī)律。2 2、二十年代后，石油，天然氣工業(yè)發(fā)展、二十年代后，石油，天然氣工業(yè)發(fā)展形成石油天然氣形成石油天然氣滲流理論；滲流理論； 19231923年，列賓親年，列賓親氣體在多孔介質(zhì)里滲流理論；氣體在多孔介質(zhì)里滲流理論； 19371937年，麥斯蓋特年，麥斯蓋特均質(zhì)液體滲流，油氣滲流的各種水動力均質(zhì)液體滲流，油氣滲流的各種水動力學問題（不可壓縮，均質(zhì)，滲流問題）；學問題（不可壓縮，均質(zhì)，滲流問題）； 3030年代初，研究液體彈性和巖石壓縮性影響各種布井方式下年代初，研究液體彈性和巖石壓縮性影響各種布井方式下油井產(chǎn)量計算方法；油井產(chǎn)量計算

14、方法； 19481948年，蘇：射爾加喬夫年，蘇：射爾加喬夫彈性滲流理論；彈性滲流理論； 19561956年，溶解氣驅(qū)，氣頂驅(qū)滲流理論年，溶解氣驅(qū)，氣頂驅(qū)滲流理論滲流力學滲流力學緒論緒論滲流力學程林松14五、滲流力學五、滲流力學發(fā)展歷史發(fā)展歷史 3 3、五十年代，提高采收率、五十年代，提高采收率廣泛采用水驅(qū)油方法，油水兩廣泛采用水驅(qū)油方法，油水兩相理論。相理論。19421942年，貝克萊年，貝克萊列維萊特。列維萊特。4 4、六十年代，蘇巴林布拉特，列維滲流，灰?guī)r油田問題。、六十年代，蘇巴林布拉特，列維滲流，灰?guī)r油田問題。5 5、目前（近二十年），新技術，新方法、目前（近二十年），新技術，新方法

15、形成新滲流理論，形成新滲流理論，混相驅(qū)、熱力采油、三次采油、化學驅(qū)、水平井的物理化學滲混相驅(qū)、熱力采油、三次采油、化學驅(qū)、水平井的物理化學滲流理論。流理論。 滲流力學滲流力學緒論緒論滲流力學程林松15六、滲流力學六、滲流力學發(fā)展方向特點發(fā)展方向特點 1 1、廣泛應用計算機等先進的數(shù)學手段和現(xiàn)代數(shù)學方法來改造、廣泛應用計算機等先進的數(shù)學手段和現(xiàn)代數(shù)學方法來改造滲流力學的研究：滲流力學的研究：解析解解析解數(shù)值解數(shù)值解結(jié)合解；結(jié)合解；簡單簡單復雜；復雜；一維單相一維單相三維三相，多組份；三維三相，多組份；單純介質(zhì)單純介質(zhì)多孔介質(zhì)中的滲流問題；多孔介質(zhì)中的滲流問題；數(shù)值模擬，最優(yōu)化理論數(shù)值模擬，最優(yōu)化

16、理論 聯(lián)合應用；聯(lián)合應用；積分變換，自模解，特征線理論，泛函分析等。積分變換，自模解，特征線理論，泛函分析等。滲流力學滲流力學緒論緒論滲流力學程林松162 2、油氣滲流理論研究更加深入和廣泛、油氣滲流理論研究更加深入和廣泛 縱深方向發(fā)展，多相，縱深方向發(fā)展，多相，多組分，傳質(zhì)，傳熱，擴散，非牛頓等；多組分，傳質(zhì)，傳熱，擴散，非牛頓等； 物理化學滲流理論物理化學滲流理論：提高采收率方法，熱力采油，混相，聚合：提高采收率方法，熱力采油，混相，聚合物驅(qū)，裂縫雙重：三重介質(zhì)滲流理論。變形介質(zhì)，滲流物驅(qū)，裂縫雙重：三重介質(zhì)滲流理論。變形介質(zhì)，滲流+ +固體力學結(jié)固體力學結(jié)合。固體變形多孔介質(zhì)滲流力學和滲

17、流力學結(jié)合理論（城市下降）。合。固體變形多孔介質(zhì)滲流力學和滲流力學結(jié)合理論（城市下降）。新三論新三論：信息論；控制論；系統(tǒng)論；優(yōu)化和系統(tǒng)工程方法。：信息論；控制論；系統(tǒng)論；優(yōu)化和系統(tǒng)工程方法。 深度深度：從宏觀進入微觀尺度，：從宏觀進入微觀尺度，CTCT掃描研究微觀機理掃描研究微觀機理 廣度廣度：多孔介質(zhì)理論，表面物理固體力學等：多孔介質(zhì)理論，表面物理固體力學等 六、滲流力學六、滲流力學發(fā)展方向特點發(fā)展方向特點 滲流力學滲流力學緒論緒論滲流力學程林松173 3、研究滲流力學帶有根本性變化的新方向，油氣層、研究滲流力學帶有根本性變化的新方向，油氣層 連續(xù)介質(zhì)場變連續(xù)介質(zhì)場變?yōu)殡S機變量場，概率滲流

18、力學，隨機場滲流力學：為隨機變量場，概率滲流力學，隨機場滲流力學： A A：微擾法：微擾法地層參數(shù)分成有規(guī)律和隨機部分地層參數(shù)分成有規(guī)律和隨機部分 B B：斯克天爾左右法：斯克天爾左右法隨機的隨機的 C C：實用計算機：實用計算機正態(tài)分布顯示正態(tài)分布顯示 油田開發(fā)信息處理：滲流過程與自動控制理論結(jié)合，對油氣田油田開發(fā)信息處理：滲流過程與自動控制理論結(jié)合，對油氣田開發(fā)過程進行控制，分析，調(diào)整，進行自動處理。控制油田開采過開發(fā)過程進行控制，分析，調(diào)整，進行自動處理?？刂朴吞镩_采過程的信息量，處理開發(fā)信息，定量估計開發(fā)狀況，評價開發(fā)方案的程的信息量，處理開發(fā)信息，定量估計開發(fā)狀況，評價開發(fā)方案的效果

19、。建立起描述開采過程的統(tǒng)計模型，對油氣田開發(fā)進行自動調(diào)效果。建立起描述開采過程的統(tǒng)計模型，對油氣田開發(fā)進行自動調(diào)整和預報。用數(shù)模和最優(yōu)化理論制定合理的油氣井工作制度，把滲整和預報。用數(shù)模和最優(yōu)化理論制定合理的油氣井工作制度，把滲流過程的研究與自動化管理油氣田生產(chǎn)結(jié)合起來。流過程的研究與自動化管理油氣田生產(chǎn)結(jié)合起來。 六、滲流力學六、滲流力學發(fā)展方向特點發(fā)展方向特點 滲流力學滲流力學緒論緒論滲流力學程林松18七、現(xiàn)代滲流力學研究的七、現(xiàn)代滲流力學研究的進展及有待解決問題進展及有待解決問題目的：目的：研究流體和多孔介質(zhì)研究流體和多孔介質(zhì)狀態(tài)及流動規(guī)律狀態(tài)及流動規(guī)律經(jīng)典滲流力學：經(jīng)典滲流力學：均質(zhì)（

20、勻）孔隙性介質(zhì)（單重介質(zhì)）均質(zhì)（勻）孔隙性介質(zhì)（單重介質(zhì)） 1 1、不可壓縮液體、不可壓縮液體穩(wěn)定滲流理論穩(wěn)定滲流理論; ; 2 2、微可壓縮液體、微可壓縮液體彈性不穩(wěn)定流理論（應用試井）；彈性不穩(wěn)定流理論（應用試井）； 3 3、氣體滲流理論；、氣體滲流理論； 4 4、油氣、油水兩項流理論、油氣、油水兩項流理論 數(shù)學上體現(xiàn)：求解數(shù)學上體現(xiàn)：求解LaplaceLaplace和熱傳導方程；和熱傳導方程； 成熟，廣泛應用成熟，廣泛應用基礎基礎滲流力學滲流力學緒論緒論滲流力學程林松19現(xiàn)代滲流力學：現(xiàn)代滲流力學：介質(zhì)：介質(zhì)： 均質(zhì)孔隙性介質(zhì)均質(zhì)孔隙性介質(zhì)純裂縫介質(zhì)（裂縫油藏）純裂縫介質(zhì)（裂縫油藏）19

21、591959年以年以后雙孔隙介質(zhì)（裂縫后雙孔隙介質(zhì)（裂縫+ +孔隙）（大量油田屬于這種特征），孔隙）（大量油田屬于這種特征），目前發(fā)展主流，物模，數(shù)模較多目前發(fā)展主流，物模，數(shù)模較多雙滲透率（多層）介質(zhì)雙滲透率（多層）介質(zhì)（目前國內(nèi)多見，主要）（目前國內(nèi)多見，主要）多重介質(zhì)（裂縫多重介質(zhì)（裂縫+ +孔隙孔隙+ +溶洞）溶洞）multiplemultiple開頭開頭中東地區(qū)，灰?guī)r油藏模擬方法。中東地區(qū)，灰?guī)r油藏模擬方法。流體：流體： 不可壓縮液體不可壓縮液體微可壓縮液體（美）或彈性液體（蘇）微可壓縮液體（美）或彈性液體（蘇）油氣、油水、油氣水（多相流）油氣、油水、油氣水（多相流）多相多組分多相多

22、組分非牛頓液非牛頓液（聚合物）含蠟，焦質(zhì)，（蘇）巴庫油田等（聚合物）含蠟，焦質(zhì)，（蘇）巴庫油田等三采技術。三采技術。七、現(xiàn)代滲流力學研究的七、現(xiàn)代滲流力學研究的進展及有待解決問題進展及有待解決問題滲流力學滲流力學緒論緒論滲流力學程林松20滲流模式：滲流模式： 一維（解析解）一維（解析解）二維二維三維（各向異性）三維（各向異性）力學發(fā)展：力學發(fā)展： 力學力學物理，物理化學多學科。物理，物理化學多學科。求解方法：求解方法： 解析解解析解數(shù)值解（計算機）數(shù)值解（計算機）兩者結(jié)合。兩者結(jié)合。 精確解精確解近似解近似解七、現(xiàn)代滲流力學研究的七、現(xiàn)代滲流力學研究的進展及有待解決問題進展及有待解決問題滲流力學滲流力學緒論緒論滲流力學程林松21八、幾個八、幾個基本概念基本概念 1 1、滲流、滲濾、滲流力學、滲流、滲濾、滲流力學2 2、流體、單相、兩相、多相、流體、單相、兩相、多相3 3、孔隙結(jié)構(gòu)、多孔