《滲流力學1》課程教學大綱

《滲流力學1》教學大綱一、課程基本信息課程名稱滲流力學SeepageMechanics課程編碼SPE121811030開課院部石油工程學院課程團隊滲流力學教學團隊學分3.0課內(nèi)學時48講授48實驗0上機0實踐0課外學時48適用專業(yè)石油工程授課語言中文先修課程認識實習、工程流體力學、油田開發(fā)地質(zhì)學、油層物理課程簡介（必修）本課程為石油工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程主要講授油氣滲流的基本概念、數(shù)學模型、單相液體的穩(wěn)定滲流及不穩(wěn)定滲流理論、氣體的滲流理論、油水兩相滲流理論、油氣兩相滲流理論、復(fù)雜條件下的滲流理論等。旨在讓學生掌握油、氣、水滲流的基本規(guī)律以及應(yīng)用它解決各種滲流問題的基本思路和方法；具備認識、分析和解決滲流問題的基本能力；掌握油氣滲流領(lǐng)域理論發(fā)展現(xiàn)狀及前沿動態(tài)，為后續(xù)課程及以后應(yīng)用滲流理論解決油田生產(chǎn)實踐中各種復(fù)雜油氣滲流問題奠定理論基礎(chǔ)。ThiscourseisaspecializedbasiccourseforPetroleumEngineeringMajor.Thiscoursemainlyteachesthebasicconceptsandmathematicalmodelsofoilandgasflowinporousmedia,thetheoryofsteady/unsteadystateflowofsingle-phaseliquidinporousmedia,theoryofgasflowinporousmedia,oil-watertwo-phaseflowinporousmedia,oil-gastwo-phaseflowinporousmedia,andtheoryoffluidflowincomplexconditions.Itisdesignedtohelpstudentsmasterthebasiclawofoil,gasandwaterflowinporousmediaandthebasicideasandmethodstosolvevariousproblemsoffluidflowinporousmedia,tohelpstudentshavethebasicabilitytounderstand,analyzeandsolvetheproblemsoffluidflowinporousmedia,tomastertheresearchstatusanddevelopmenttrendofoilandgasflowinporousmedia,andtolaythetheoreticalbasisforstudentstosolvevariouscomplexoilandgasflowproblemsinoilandgasfieldproduction.負責人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標序號代號課程目標OBE畢業(yè)要求指標點任務(wù)自選1M1目標1：掌握滲流力學的基本概念和理論，能夠分析油氣滲流問題，并建立典型的滲流數(shù)學模型。是1.12M2目標2：掌握求解滲流問題基本方法、油氣滲流的基本規(guī)律，并結(jié)合具體地質(zhì)特征，能在油氣開發(fā)領(lǐng)域熟練應(yīng)用。是1.33M3目標3：掌握油氣滲流領(lǐng)域理論發(fā)展現(xiàn)狀及前沿動態(tài)，能夠分析油氣開發(fā)過程中的復(fù)雜滲流問題，并獲得到有效解決。是2.24M4目標4：能夠基于滲流力學的原理和方法對油氣開發(fā)領(lǐng)域內(nèi)的復(fù)雜滲流問題進行研究，對實驗、計算結(jié)果進行分析、解釋。是4.24.2三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標課內(nèi)學時教學方式課外學時課外環(huán)節(jié)1緒論緒論介紹滲流力學的概念、特點、分類、發(fā)展歷程、研究熱點，弘揚敬崗愛業(yè)和“為祖國加油、為民族爭氣”的情懷。M1,M21講授1自學2第一章第一章滲流的基本概念和基本規(guī)律本章重點及難點：重點是達西滲流公式的應(yīng)用及其各參數(shù)的單位；難點是：連續(xù)介質(zhì)場、折算壓力概念、達西公式在傾斜地層中的應(yīng)用、非線性滲流的影響因素及多相流體對滲流影響的內(nèi)在本質(zhì)。/////31.11.1油氣藏及其簡化本節(jié)為地質(zhì)學與滲流力學的銜接，根據(jù)油氣滲流的特點和滲流力學研究的需要，將地質(zhì)上非常復(fù)雜的油氣藏進行簡化。M1,M20.5講授0.5自學、作業(yè)41.21.2多孔介質(zhì)及連續(xù)介質(zhì)場本節(jié)為油層物理學與滲流力學的銜接，從滲流力學的角度介紹多孔介質(zhì)的特點，以及滲流力學研究的基本假設(shè)：連續(xù)流體、連續(xù)多孔介質(zhì)、連續(xù)介質(zhì)場的概念。M1,M20.5講授0.5自學、作業(yè)51.31.3滲流過程中的力學分析及驅(qū)動類型介紹油氣滲流過程中受到哪些力的作用，分析動力和阻力；各種壓力及其相關(guān)的概念；驅(qū)動油氣滲流的能量來源，各種驅(qū)動方式的形成條件及特點。通過異常高壓，介紹鐵人事跡。M1,M21講授1自學、作業(yè)61.41.4滲流的基本規(guī)律及滲流方式在油層物理學的基礎(chǔ)上介紹達西定律；介紹三種基本的滲流方式及其組合。M1,M21講授1自學、作業(yè)71.51.5非線性滲流規(guī)律介紹非線性滲流的概念、形成的原因、判斷方法及表達方式。M3,M40.5講授0.5自學、作業(yè)81.61.6低速下的滲流規(guī)律介紹低速條件下吸附膜、水化膜以及其他滑動效應(yīng)對滲流的影響，不同條件下運動方程的表達方式、特點。M3,M41講授1自學、作業(yè)91.71.7兩相滲流規(guī)律在油層物理學的基礎(chǔ)上，介紹兩相滲流過程中的附加阻力，使學生理解兩相（多相）滲流的復(fù)雜性。M3,M40.5講授0.5作業(yè)、研討報告10第二章第二章油氣滲流的數(shù)學模型本章重點及難點：重點內(nèi)容是運動方程、狀態(tài)方程、連續(xù)性方程及彈性滲流數(shù)學模型的推導(dǎo)；難點是連續(xù)性方程的推導(dǎo)。/////112.12.1建立油氣滲流數(shù)學模型的原則介紹油氣滲流數(shù)學模型的一般結(jié)構(gòu)，建立模型的基礎(chǔ)及步驟。M1,M21講授1自學、作業(yè)122.22.2運動方程、狀態(tài)方程和連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒方程）介紹流體運動方程、流體及巖石的狀態(tài)方程，推導(dǎo)油氣單相滲流、油水兩相及油氣兩相滲流的連續(xù)性方程。M1,M21講授1自學、作業(yè)132.32.3典型油氣滲流微分方程的推導(dǎo)根據(jù)建立滲流數(shù)學模型的方法和步驟，推導(dǎo)建立單相不可壓縮液體穩(wěn)定滲流、彈性多孔介質(zhì)單相微可壓縮液體不穩(wěn)定滲流、油水兩相滲流（考慮重力及毛管力等）、油氣兩相滲流的綜合微分方程。M1,M21講授1自學、作業(yè)142.42.4數(shù)學模型的邊界條件和初始條件介紹求解微分方程必需的初始條件和邊界條件，結(jié)合實例介紹不同類型的初邊值條件。M1,M21講授1自學、作業(yè)15第三章第三章單相液體穩(wěn)定滲流理論本章重點及難點：重點是滲流基本方程及其解、井間干擾的內(nèi)在本質(zhì)、勢的疊加原理的應(yīng)用條件、滲流速度、壓力梯度和勢函數(shù)、流函數(shù)及復(fù)勢之間的相互聯(lián)系，應(yīng)用勢的疊加、鏡像反映、復(fù)勢疊加、等值滲流阻力等方法求解多井、邊界效應(yīng)等滲流問題的原理和步驟；難點是疊加原理的運用和復(fù)勢、保角變換求解方法。/////163.13.1單相液體穩(wěn)定滲流基本方程的解及其應(yīng)用從單相液體滲流的數(shù)學模型出發(fā)，對單向流、平面徑向流、球面向心流等滲流問題進行求解，明確各滲流問題的壓力、壓力梯度分布、滲流速度、產(chǎn)量的計算及特征，介紹變滲透率問題的求解。M2,M31講授1自學、作業(yè)173.23.2井的不完善性對滲流的影響介紹井的不完善類型及其適用條件、井的不完善性引起產(chǎn)量變化的原因以及估計不完善性對滲流影響的方法。M2,M31講授1自學、作業(yè)183.33.3油井的穩(wěn)定試井介紹穩(wěn)定試井的概念、原理及用途。M2,M31講授1自學、作業(yè)193.43.4勢的疊加原理與多井干擾理論分析井的干擾現(xiàn)象及實質(zhì)；從勢的基本概念入手，舉例說明勢的理論在滲流力學中的應(yīng)用，介紹勢的疊加原理及求解多井干擾滲流問題的方法和步驟；并介紹滲流速度的合成方法。M2,M32講授2自學、作業(yè)203.53.5勢的疊加原理的典型應(yīng)用分別介紹等產(chǎn)量一源一匯、等產(chǎn)量兩匯滲流問題的求解，明確其滲流場特點，并針對其中的特殊滲流現(xiàn)象，引導(dǎo)學生探討油田高效開發(fā)的策略。M3,M42講授2自學、作業(yè)213.63.6考慮邊界效應(yīng)的鏡像反映法邊界效應(yīng)的概念，直線供給邊緣附近一口生產(chǎn)井的匯源反映法、直線不滲透邊界附近一口生產(chǎn)井的匯點反映法、復(fù)雜邊界的反映、圓形供給邊界偏心井的反映。引導(dǎo)學生探討該類方法的適用條件。M2,M3,M43講授3自學、作業(yè)223.73.7復(fù)勢理論在平面滲流問題中的應(yīng)用勢函數(shù)、流函數(shù)和復(fù)勢的概念、特征及相互關(guān)系，復(fù)勢疊加原理及其在解決多井工作問題中的應(yīng)用。M3,M43講授3自學、作業(yè)233.83.8用保角變換法求解平面滲流問題保角變換（映射）的概念，變換前后相關(guān)參數(shù)的關(guān)系，保角變換在平面滲流場中的應(yīng)用。M3,M41講授1自學、作業(yè)243.93.9等值滲流阻力法水電相似原理，滲流阻力法在多排井上的應(yīng)用以及等值滲流阻力的計算方法。M3,M42講授、討論2作業(yè)、研討報告25第四章第四章彈性微可壓縮液體的不穩(wěn)定滲流本章重點及難點：重點是不穩(wěn)定滲流物理過程、無限大地層線源解及其應(yīng)用、疊加原理在不穩(wěn)定滲流問題尤其是變產(chǎn)量疊加問題的應(yīng)用；難點是無限大地層線源解的求解方法和過程，變產(chǎn)量生產(chǎn)時壓降疊加的實質(zhì)內(nèi)涵。/////264.14.1不穩(wěn)定滲流的物理過程不同內(nèi)外邊界條件下不穩(wěn)定滲流的物理過程、特點，從驅(qū)動能量的角度分析壓力變化的實質(zhì)。M1,M21講授1自學、作業(yè)274.24.2彈性不穩(wěn)定滲流無限大地層線源解求解無限大地層彈性不穩(wěn)定滲流的數(shù)學模型，分析典型解的特點，近似解的適用條件。M1,M22講授2自學、作業(yè)284.34.3彈性不穩(wěn)定滲流有界地層典型解介紹求解有界地層彈性不穩(wěn)定滲流問題的思路及解的形式。M3,M41講授1自學、作業(yè)294.44.4彈性不穩(wěn)定滲流的疊加與映射多井同時工作時的壓降疊加原理，井以階梯狀變產(chǎn)量生產(chǎn)時的壓降計算，鏡像反映理論的應(yīng)用。M3,M41講授1自學、作業(yè)304.54.5圓形封閉地層中心一口井擬穩(wěn)態(tài)時的近似解介紹求解圓形封閉地層中心一口井擬穩(wěn)態(tài)滲流問題的近似方法及過程。M2,M41講授1自學、作業(yè)314.64.6帶時間變量邊界條件的不穩(wěn)定滲流——杜哈美原理簡介Duhamel原理求解滲流問題的步驟。M3,M41講授、討論1自學、作業(yè)324.74.7油井的不穩(wěn)定試井不穩(wěn)定試井的概念、分類及能解決的問題；壓力降落、壓力恢復(fù)試井的基本原理及在不同條件下的應(yīng)用。M3,M41講授、討論1作業(yè)、研討報告33第五章第五章氣體滲流理論本章重點及難點：重點是氣體穩(wěn)定滲流與不穩(wěn)定滲流的基本解；難點是氣體滲流中壓力函數(shù)的定義及應(yīng)用。/////345.15.1氣體穩(wěn)定滲流服從線性滲流定律的氣體單向、平面徑向穩(wěn)定滲流的求解，服從非線性滲流定律的氣體平面徑向穩(wěn)定滲流的求解，各種條件下的滲流特征。M1,M20.5講授0.5自學、作業(yè)355.25.2氣井的穩(wěn)定試井氣井的穩(wěn)定試井的原理及應(yīng)用。M1,M20.5講授0.5自學、作業(yè)365.35.3氣體不穩(wěn)定滲流微分方程的典型解介紹不同內(nèi)外邊界條件下氣體不穩(wěn)定滲流的數(shù)學模型及典型解。M1,M2,M30.5講授0.5自學、作業(yè)375.45.4氣井的不穩(wěn)定試井氣井壓力降落、壓力恢復(fù)試井的原理、分析方法及應(yīng)用。M1,M2,M30.5講授0.5自學、作業(yè)38第六章第六章兩相滲流理論本章重點及難點：重點是活塞式水驅(qū)油過程中產(chǎn)量與油水粘度的關(guān)系、分流量方程以及非活塞式水驅(qū)油的影響因素、飽和度分布及變化規(guī)律，等飽和度面移動方程、前緣含水飽和度、平均含水飽和度方程，見水時間及采出程度計算，油氣兩相穩(wěn)定滲流與不穩(wěn)定滲流的分析；難點是Buckley-Leverett水驅(qū)油理論，油氣兩相不穩(wěn)定滲流的求解。/////396.16.1兩相滲流的基本特點介紹兩相界面、氣體壓縮性、溶解等特點，油氣兩相滲流的過程。M1,M22講授2自學、作業(yè)406.26.2活塞式水驅(qū)油考慮油水粘度差異的單向滲流、水平徑向滲流的產(chǎn)量、見水時間求解方法及其與油水粘度的關(guān)系。M2,M31講授1自學、作業(yè)416.36.3非活塞式水驅(qū)油水驅(qū)油的非活塞性特點及其影響因素、油水兩相滲流的Buckley-Leverett水驅(qū)油理論、油水兩相滲流區(qū)的滲流阻力及產(chǎn)量變化規(guī)律。M3,M44講授、討論4作業(yè)、研討報告426.46.4油氣兩相穩(wěn)定滲流油氣兩相滲流的生產(chǎn)氣油比，油氣兩相平面徑向穩(wěn)定滲流的求解。M3,M40.5講授、討論0.5自學、研討436.56.5油氣兩相不穩(wěn)定滲流介紹含油飽和度、平均地層壓力的變化規(guī)律，應(yīng)用穩(wěn)定狀態(tài)逐次替換法求解油氣兩相不穩(wěn)定滲流問題。M3,M40.5講授、討論0.5作業(yè)44第七章第七章復(fù)雜滲流理論選講本章重點及難點：重點是水平井滲流、雙重介質(zhì)滲流理論，難點是多分支井、壓裂水平井滲流理論及應(yīng)用。/////457.17.1水平井滲流理論介紹水平井近井滲流規(guī)律描述、多分支井滲流理論、壓裂水平井滲流理論、水平井非穩(wěn)態(tài)流動。M3,M40.5講授、討論0.5自學、研討467.27.2雙重介質(zhì)滲流理論介紹雙重介質(zhì)滲流模型、求解及應(yīng)用進展。M3,M40.5講授、討論0.5自學、研討477.37.3非常規(guī)儲層滲流理論介紹頁巖氣、致密油、頁巖油、煤層氣、天然氣水合物、地熱儲層、水溶氣等非常規(guī)儲層滲流進展。M3,M40.5講授、討論0.5自學、研討487.47.4其他復(fù)雜滲流理論介紹非牛頓流體滲流、物理化學滲流等的研究進展。M3,M40.5講授、討論0.5自學、研討四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細節(jié)總評占比1MOOC學習1、中國大學MOOC平臺學習，完成各章節(jié)及期末考試題。2、成績采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準確性、是否按時上交評分。單元測驗占40%,課程討論占10%，結(jié)課考試占50%。3、考核學生自主學習效果，考核學生對油氣滲流力學基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有單選、多選、判斷等題型。20%2課堂測試及研討1、課堂測試題目緊扣學習內(nèi)容，結(jié)合油田礦場實際問題，拓展應(yīng)用；教學進度時間安排，建議課堂測試為6次以上，研討每章至少開展一次。2、采用百分制，根據(jù)完整性、準確性等進行評分。3、考核學生對知識的理解、對生產(chǎn)實際問題的思考、分析、解決的能力，題型不限。10%3平時作業(yè)1、每周布置2~3道題目，平均每次課1道題以上。2、成績采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準確性、是否按時上交、是否獨立完成評分。3、考核學生對油氣滲流力學基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決復(fù)雜問題的能力，題型主要有作圖、分析和計算題。20%4研究性學習（大作業(yè)）1、本課程要求針對油氣滲流領(lǐng)域熱點問題，建立研究對象的滲流模型，利用Matlab等現(xiàn)代工具設(shè)計出解決油氣滲流問題的求解、實驗方案。2、根據(jù)模型建立情況和解決方案的準確性評分。10%5期末考試1、閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2、主要考核學生對滲流力學知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有簡答題、作圖題、分析題、計算題等。40%五、評分細則序號課程目標考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1MOOC學習30%（見MOOC在線學習評分標準）2M2MOOC學習30%（見MOOC在線學習評分標準）3M1課堂測試及研討10%（見課堂測試評分標準）4M2課堂測試及研討10%（見課堂測試評分標準）5M3課堂測試及研討10%（見課堂測試評分標準）6M1平時作業(yè)20%A-獨立思考、按時完成，作圖標準，解題思路清晰、步驟完整、格式規(guī)范、答案準確。B-獨立思考、按時完成，作圖比較標準，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式規(guī)范、答案準確。C-獨立思考、按時完成，作圖比較標準，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較規(guī)范、答案準確。D-作業(yè)抄襲，未能按時完成，作圖不標準，解題思路混亂。7M2平時作業(yè)20%A-獨立思考、按時完成，作圖標準，解題思路清晰、步驟完整、格式規(guī)范、答案準確。B-獨立思考、按時完成，作圖比較標準，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式規(guī)范、答案準確。C-獨立思考、按時完成，作圖比較標準，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較規(guī)范、答案準確。D-作業(yè)抄襲，未能按時完成，作圖不標準，解題思路混亂。8M3平時作業(yè)30%A-獨立思考、按時完成，作圖標準，解題思路清晰、步驟完整、格式規(guī)范、答案準確。B-獨立思考、按時完成，作圖比較標準，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式規(guī)范、答案準確。C-獨立思考、按時完成，作圖比較標準，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較規(guī)范、答案準確。D-作業(yè)抄襲，未能按時完成，作圖不標準，解題思路混亂。9M4平時作業(yè)20%A-獨立思考、按時完成，作圖標準，解題思路清晰、步驟完整、格式規(guī)范、答案準確。B-獨立思考、按時完成，作圖比較標準，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格