安石油大浮 渗流力学实验 指导书 西安石油大学石油工程实验室 00九年月日
实验一达西定律实验 实验目的】 1.观察单向不可压缩液体流过均质、等厚地层压力分布规律 2.验证达西定律,测定多孔介质渗透率K 【实验原理】 单相不可压缩液体在水平等厚均质地层中的单向滲流,其压力变化是随距离成线性关系 变化的。即p=2Px而液体在等直径的管路中流动的情况也是一样,压头线为一条沿 流向倾斜下降的直线,而其滲流阻力也都是随距离的增加成线性关系增加。所以可以以水平 等直径的管路流动来模拟均质等厚水平地层的单向渗流,以此观察研究此种情况下的压力变 化规律及渗流阻力的变化规律,以便近似确定介质的平均滲透率 【实验装置】 实验流程如图1所示 12345878910 图1-1.多孔介质渗透率测定仪 1~-10.测压刻度管11.供液阀12.供液筒13.溢流管14供液控制夹 15填砂模型a16.支架17填砂模型b18.出液控制夹19.量筒 【实验方法与步骤】 1.准备好秒表和量筒 2.检查测压刻度管的液面是否一致 3.打开出液控制夹,调整适当的流量 4.当流量稳定后,记录测压刻度管液面高度; 5.用秒表和量筒测量出液口的流量,重复三次取平均值; 6.从小到大改变出口流量三次,并记录测压管液面高度和流量; 7.关闭出液口开关,使液面恢复水平 【数据处理】 不可压缩液体在多孔介质中作稳定渗流时,是遵循达西定律的,即流量与压降成正比, 压降分布曲线呈一直线。知道己知数据,测出流量和压差,由达西定律即可求出多孔介质的 渗透率。 Q△A
式中:△p=△Hpg,g=9.81m/s;△H为压差(H1~压)或(H~H1),(m):Q为液体流 量(m/s);u为液体的粘度(ma·s);△L为测压管(1~1)或(H~H)间的距离(m); A为填砂模型的横截面积(m) 1.将实验基础数据填入以下空格,其它实验数据记录在数据表 填砂模型15的内径D1=0.0787m,其截面积A1= 填砂模型17的内径D2=0.0391m,其截面积A2= 液体温度T ℃,液体粘度μ H~H距离△L1 m,H6~H1。距离△L 2.用达西定律求出两种不同直径模型在不同流量下的平均渗透率 3.以液柱高H为纵坐标、长度L为横坐标,绘出三个流量下的压力分布曲线(两种渗透 面积) 【实验要求】 1.打开出液口之前,测压刻度管的液面必须保持一致; 2.供液筒内液面的高度必须保持在测压刻度管的上限 3.计量时,秒表和接水量筒配合协调,减少人为误差 【思考题】 1为什么要在每次调节流量之后,要等压头稳定后才能开始记量? 2.各测压管压头线理论上应成一条直线。但实际上并不完全符合直线,分析其原因,并 提出缩小差别的措施 3.计算出各段的渗透率是否相等,为什么?
实验二渗流场径向流模拟实验 【实验目的】 1.通过水电模拟实验研究,掌握水电模拟相似原理 2.掌握绘制径向流时等压线的方法。 【实验原理】 水电模拟实验装置是根据渗流场和电场的相似原理建立的滲流场和电玚具有相似的三 个条件 1.描述运动规律的方程相 单相稳定渗流的运动方程 稳压恒定电流的运动方程 a-v a-va-v 0 由此可见,描述不可压缩流体稳定渗流场中的压力分布与稳定电场的电位分布这两个运 动的数学方程都满足拉普拉斯方程 2.单值条件(几何、边界条件)相似 (1)几何条件相似。根据油藏的渗流场,可以设计岀一个单值条件与渗流场相似的电流 场。即根据泄油半径r,油井半径r,油层厚度h等可以设计出电模拟实验所需的几何尺寸 并使两者满足几何相似比 re/re=rw/rw=h/h=n (2)边界条件相似。在满足几何条件的基础上,根据边界条件可设计出与油藏边界条件 相似的电模拟边界条件 3.条件准则相等 当物理场的几何形状和边界条件相似时,其电位或电压分布也将与滲流压力的分布相 同,由此可见,电流场和渗流场冇着物理基础上的一一对应关系。因此,根据这种相似原理, 设想用电场来模拟硏究滲流场,依此来模拟观察平面滲流场的压力分布及变化规律。 渗流场 电流场 地层压力:P 电压:V 渗流量:Q 电流:I 流动系数:K/μ 电导系数:1/p 渗流速度: k a 欧姆定律: 几何尺寸:R 几何尺寸:R
I K 根据渗流达西定律微分式: 式中,A为滲流面积 电场中欧姆定律的微分式 a di 2 dR 式中,A′为导体横切面积 将上例关系代入这两个微分式为 再与达西定律分式比较,即可得两运动的相似准则 Q=2kx..中 当已知模拟的各比例后,测出模拟电场的电位差并计算出模拟电场的电子后,即可进行 油井产量模拟计算 【实验装置】 径向流水电模拟实验装置 23}2 图2-1.径向流水电模拟试验(井位于圆形地层中心) 1.电阻箱2.信号发生器3.稳压电源4.模拟井5探针 6.供给边界7,实验池8晶体管毫伏表
【实验步骤】 1.按实验内容分别连接好实验流程。 2.实验池为有机玻璃做成的长方形无顶盖容器,池子的底板下铺一张坐标纸,用以确定 池中任意一点的位置。油水井由正负电极表示(高电位为注入井,低电位为生产井),电极 釆用铜质材料做成。实验池加水后,放人适量CaCl2,并均匀搅动使CaCl均匀溶解于水中, 用万用表测量CaC1z溶液的电阻值,范围在5-10KΩ为佳,若阻值大于10KΩ应继续加入CaCl2, 使CaCl2,溶液的阻值变小,达到规定的范围内 3.开启晶体管毫伏表,低频信号发生器电源开关,指示灯亮,预热20min,调节低频信 号发生器的频率刻度盘,使低频信号发生器输出1800-1200Hz的信号,并调节相应旋钮,使 信号发生器输出端电压为20V 4.某点等位势的测试方法。①将带有探头的测线与毫伏表相连。②探头伸入水池溶液中, 并调节毫伏表的灵敏度。③探头在实验槽中测取电位势相等的点,并记录该点的位置(x,y) 和电位势U 5.将具有相同等位势的点相连即得等位势线。 6.实验完毕后,关闭各测试仪表,仪器设备,切断总电源,将连接电线、探测夹等整理 好.打扫实验室清洁,经老师检査许可后方能离开实验室。 【实验要求】 1.水电模拟要求测试四条等势线,每条等势线至少要测出8~10个等势点。 2.测量时,为防止损坏晶体管毫伏表,应从高电位向低电位进行测量。 3.实验过程中要保证两电极间的电位差一致,在测完一条等势线线后要检查,若发现电 位有变化,要立即进行调整。 4.要求边测边在方格坐标纸上标岀每个等势点的坐标,粗略地描绘出等势线,以便判断 测点分布是否合理,等势线是否合理,并可立即进行补测和修改。 根据实测值绘制等势线图,对出现的不合理现象进行分析 6.所交实验报告图纸上要注明实验名称、比例尺、同组人及做图日期。 【思考题】 1.实验中为什么不直接用220V电源的交流电,而要采用低频信号发生器的输出信号? 2.为什么能够用电场模拟渗流场? 3.径向流滲流场等势线形状与边界形状有关吗?请说明原因
实验三渗流场油井干扰模拟实验 【实验目的】 1通过水电模拟实验研究,掌握水电模拟相似原理; 2.掌握绘制径向流时等压线的方法。 【实验内容】 1.测定两口生产井和一口注水井共同作业时渗流场中各口井等压线的分布 2.此装置还可测定水平井水平段渗流场的等压线分布 【实验原理】 1水电相似原理 水电模拟实验装置是根据滲流场和电场的相似原理建立的,其相似原理如实验 2势的叠加原理 油气田开发时大量生产井、注入井同时工作,而且各井投产先后不同,已投产的井在工 作期间产量、压力等工作制度也经常变化,新投产井会使原来渗流场发生变化,井与井之间 工作制度改变也会影响邻近井的产量和压力分布,这种井间相互影响的现象称为井间干扰 多井同时工作时,地层中任一点的压降应等于各井以各自不变的产量单独工作时在该点造成 的压降的代数和。势的迭加原理就是若均质等厚不可压缩无限大地层上有许多个点源、点汇 同时工作,地层中任一点的势(势差)应该等于每个点源、点汇单独工作时在该点所引起的 势(势差)的代数和 根据水电相似理论,用电场模拟渗流场,电解质模拟地层的渗流阻力,在模型水槽中放 置两口负电位模拟两口生产井,一个正电位模拟一口注水,他们同时加电时,各井之间就形 成了电势干扰。 滲流场中势的叠加原理是解决油气藏儿口井同时作业时滲流场中各等势线的分布的基 本原理。 由于每口井的工作都会影响到地层内各点压力降低,当有多井工作时,地层中任一点M 的压降,应等于各井单独工作时对M点引起的压降的总和。对M点而言,形成的压降为 Pe-PM,相应的势差就等于①-9M。当有n口井同时工作时,地层中任一点的压降 应等于各井单独工作时对M点引起的压降的代数和,即 Φe-ΦM=∑ 式中:M—第i井单独工作时的M点的势。 势的迭加原理:若均质等厚不可压缩无限大地层上有许多个点源、点汇同时工作,地层 中任一点的势(势差)应该等于每个点源、点汇单独工作时在该点所引起的势(势差)的代 数和。设有m个点汇(点源),强度为q,地层中任一点M距各个点汇的距离为,则M 点的势(势差)为: dM“2ri=1 ∑±qlhn+c
或直接从平面上一点势的分布,写出 LS±nn+c dM"2江1 e-2πi ∑±q; In rei+c =W- ±q;ln qi 这里对于点汇q取正,对点源q取负值。 【实验装置】 1油井干扰水电模拟 1 图3-1.油井干扰水电模拟实验 1电阻箱2.信号发生器3.稳压电源4.晶体管毫伏表 5.生产井6,注入井7.生产井8.探针9实验池 2水平井水电模拟 图3-2.水平井水电模拟实验 1电阻箱2.信号发生器3.稳压电源4水平井段 5.探针6供给边界7实验池8晶体管亳伏表 【实验步骤】 1.按实验内容分别连接好实验流程 2.实验池为有机玻璃儆成的长方形无顶盖容器,池子的底板下铺一张坐标纸,用以确定
池中任意一点的位置.油水井由正负电极表示(高电位为注入井,低电位为生产井),电极 采用铜质材料做成.实验池加水后,放人适量CaCl2,并均匀搅动使CaCl均匀溶解于水中, 用万用表测量CaCl2,溶液的电阻值,范围在5-10KΩ为佳,若阻值大于10KΩ应继续加入 caCl2,使CaCl2,溶液的阻值变小,达到规定的范围内。 3.开启晶体管毫伏表,低频信号发生器电源开关,指示灯亮,预热20min,调节低频信 号发生器的频率刻度盘,使低频信号发生器输出1800-1200Hz的信号,并调节相应旋钮,使 信号发生器输出端电压为20V 4.某点等位势的测试方法。①将带有探头的测线与毫伏表相连。②探头伸入水池溶液中, 并调节毫伏表的灵敏度。③探头在实验槽中测取电位势相等的点,并记录该点的位置(x,y) 和电位势U。 5.将具有相同等位势的点相连即得等位势线 6.实验完毕后,关闭各测试仪表,仪器设备,切断总电源,将连接电线、探测夹等整理 好,打扫实验室清洁,经老师检査许可后方能离开实验室。 【实验要求】 1)水电模拟要求测试四条等势线,每条等势线至少要测出8~10个等势点 2)测量时,为防止损坏晶体管毫伏表,应从高电位向低电位进行测量。 3)实验过程中要保证两电极间的电位差一致,在测完一条等势线线后要检查,若发现电 位有变化,要立即进行调整。 4)要求边测边在方格坐标纸上标岀每个等势点的坐标,粗略地描绘出等势线,以便判断 测点分布是否合理,等势线是否合理,并可立即进行补测和修改 5)据实测值绘连等势线并加绘流线而绘制渗流网图。 6)对所绘制的妄图进行分析,对出现的不合理现象进行分析 ⑦)所交实验报告图纸上要注明实验名称、比例尺、同组人及做图日期。 【思考题】 1.输出信号的电压、频率的变化对测试结果有无影响 2.实验中有哪些因素影响实验精度? 3.实验中何处体现了势的叠加原理?
实验四弹性不稳定渗流压降与压复曲线测定 【实验目的】 1.通过压降曲线和关井后压力恢复曲线的测定以及数据处理,理解均质、等厚、无限大地 层中心井生产时,井底压力随时间变化的规律与压力恢复过程及其规律,并熟悉不稳定试井 方法以及求地层参数的方法 2.实时观测平面径向渗流过程中压降漏斗的形成,加深理解生产过程中地层流体压力的传 播规律,理解均质、等厚、无限大地层中一口生产井,两口注水井同时工作时,井下压力随 时间的变化规律 3.了解水力积分仪的结构、操作及模拟地层的基本原理。 4.加深对“镜象原理”的理解及其在滲流力学中的运用。 【实验原理】 1.弹性不稳定滲流压降曲线测试原理 均质、等厚、无限大地层中,油井以定产方式生产时,其压力随时间变化规律为: Po(t)=P In 2.25m 4kh r2 则无因次压力PD=n225D 利用相似条件 PD-HD tp=tD 公式改写为 Hn=-In 2.25tD 再将 △L H=2(1=〃a) O'R 其中,m=0.183QR;B=H1 通过测量直线段的斜率、纵向截距与利用以上公式计算的值向比较可检验水力积分仪的 误差,又可利用相似条件求得地层参数。 2.弹性不稳定滲流压力恢复曲线测试原理 Po(△r)=Po(0)+0.1832g 2.257△t 进行相似变换可得 Ho(△)=Ho()+0.8gg225(△L △r'=B+mlg△