中國(guó)石油大學(xué) 水電模擬滲流實(shí)驗(yàn)講義

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1、實(shí)驗(yàn)三水電模擬滲流實(shí)驗(yàn)一、水電模擬原理1、水電相似原理利用電場(chǎng)模擬地層流體的滲流規(guī)律，機(jī)理在于流體通過(guò)多孔介質(zhì)流動(dòng)的微分方程與電荷通過(guò)導(dǎo)體材料流動(dòng)的微分方程之間的相似性，即水-電相似原理。多孔介質(zhì)中流體的流動(dòng)遵守達(dá)西定律：(3-1)式中，v—流速，m/s；q—流量，cm3/s；A—滲流截面積，cm2；K—滲透率，；—流體粘度，；P—壓力，0.1MPa。通過(guò)導(dǎo)體的電流遵守歐姆定律：(3-2)式中，為電導(dǎo)率，是電阻率的倒數(shù)，西門(mén)子/cm；U—電壓，伏；-電流密度，安培/cm2；I-電流，安培，S-導(dǎo)體截面積，cm2。均質(zhì)地層不可壓縮流體通過(guò)多孔介質(zhì)穩(wěn)定滲流連續(xù)性方

2、程：(3-3)均勻?qū)w中電壓分布方程：(3-4)對(duì)比方程上述方程可以看出：電場(chǎng)與滲流場(chǎng)可用相同的微分方程進(jìn)行描述，因此，不可壓縮流體的穩(wěn)定滲流問(wèn)題可用穩(wěn)定電場(chǎng)進(jìn)行模擬。于是可以用電位分布來(lái)描述滲流場(chǎng)的壓力分布，用電流來(lái)描述流量或流速，電阻描述滲流阻力。2、水電相似準(zhǔn)則物理模擬模型各參數(shù)與油層原型相應(yīng)參數(shù)之間存在比例關(guān)系，稱(chēng)為相似系數(shù)。各相似系數(shù)之間滿足一定的約束條件，稱(chēng)為相似準(zhǔn)則。水電模擬各相似系數(shù)定義如下：1）幾何相似系數(shù)模型的幾何參數(shù)與油層的相應(yīng)幾何參數(shù)的比值。即：(3-5)任意點(diǎn)的幾何相似系數(shù)必須相同。2）壓力相似系數(shù)模型中兩點(diǎn)之間的電位差與地層中兩相應(yīng)

3、點(diǎn)之間的壓差的比值。即：(3-6)3）阻力相似系數(shù)模型中的電阻與油層中相應(yīng)位置滲流阻力的比值。即：(3-7)4）流動(dòng)相似系數(shù)模型中電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率與地層流體流度的比值。即：(3-8)5）流量相似系數(shù)電流與井產(chǎn)量（或注入量）的比值。即：(3-9)式中，下標(biāo)m表示模型中的參數(shù)，o表示地層中的參數(shù)；L—地層（模型）或井的幾何尺寸；I—模型中的電流；Q—井產(chǎn)量（或注入量）；—電解質(zhì)溶液的電阻；—地層流體的滲流阻力；—模型中的電位差；—油層中的壓力差；—壓力相似系數(shù)；—流量相似系數(shù)；—阻力相似系數(shù)；—幾何相似系數(shù)；Cρ—流動(dòng)相似系數(shù)。6）相似準(zhǔn)則各相似系數(shù)之間滿足一定

4、的約束條件，下面從基本的歐姆定律和達(dá)西定律出發(fā)，推導(dǎo)出它們之間的關(guān)系。歐姆定律：(3-10)達(dá)西定律：(3-11)式(3-10)除以式(3-11)并引入相似系數(shù)得：(3-12)(3-12)式為模型必須滿足的相似準(zhǔn)則。公式(3-12)中有兩個(gè)參數(shù)可以自由確定，第三個(gè)參數(shù)必須由相似準(zhǔn)則導(dǎo)出。3、相似系數(shù)的確定1）的確定實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，人體不可避免地與裸露的電解質(zhì)溶液、電極直接接觸，因此，保證人體安全是最關(guān)鍵的因素。人體安全電壓為36伏，因此實(shí)驗(yàn)電壓必須低于36伏。另一方面，電壓太大，通電后電解質(zhì)溶液產(chǎn)生較多的熱量，溶液溫度升高，造成溶液電導(dǎo)率發(fā)生變化，從而影響實(shí)驗(yàn)

5、精度；若電壓或電流過(guò)小，讀數(shù)誤差增大，也會(huì)降低實(shí)驗(yàn)精度。綜合考慮各方面因素，實(shí)驗(yàn)電壓一般取20～30伏。實(shí)驗(yàn)電壓確定后，便可計(jì)算出壓力相似系數(shù)。2）的確定一維滲流達(dá)西公式中的滲流阻力公式為：(3-13)一維導(dǎo)體的電阻計(jì)算公式為：(3-14)（3-14）式除以（3-13）式得：(3-15)根據(jù)公式（3-15），由流動(dòng)相似系數(shù)和幾何相似系數(shù)，可計(jì)算出阻力相似系數(shù)。（1）幾何相似系數(shù)的確定幾何相似系數(shù)根據(jù)油層的幾何尺寸和模型的幾何尺寸很容易確定。（2）流動(dòng)相似系數(shù)的確定變化范圍較大的參數(shù)為電導(dǎo)率，電導(dǎo)率的確定也要考慮到電流和電壓的變化。若電導(dǎo)率太大，在一定的壓差下就

6、會(huì)產(chǎn)生很大的電流，從而產(chǎn)生較多熱量。電導(dǎo)率太小，在一定電壓下產(chǎn)生的電流太小，增加人為讀數(shù)誤差。一般要求電流不大于0.1安培。電壓低于36伏。根據(jù)上述要求配制電解質(zhì)溶液，可測(cè)出溶液電導(dǎo)率。實(shí)際地層的流度可以確定，因此，可計(jì)算出流動(dòng)相似系數(shù)，從而可計(jì)算出阻力相似系數(shù)。3）的確定、確定以后，根據(jù)相似準(zhǔn)則(3-12)式，就可以計(jì)算出值。二、水電模擬實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)試原理水電模擬實(shí)驗(yàn)裝置如圖3-1所示。主要由三部分組成：油藏模擬系統(tǒng)、低壓電路系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)（圖3-2）。銅帶變壓器測(cè)量系統(tǒng)NaCl溶液油藏系統(tǒng)圖3-1水電模擬實(shí)驗(yàn)裝置（整套裝置）1、油藏模擬系統(tǒng)材料油藏模擬系統(tǒng)

7、包括油層、邊界和井。1）油層模擬系統(tǒng)材料的要求及配制模擬油層的溶液要求具有下列特性：a.通電后性質(zhì)不發(fā)生變化；b.液體電阻率均勻；c.與電極不起化學(xué)反應(yīng)；d.在空氣中蒸發(fā)速度??；e.價(jià)格便宜。根據(jù)要求，選擇溶液模擬油層。溶液的配制：首先作出不同溫度下溶液濃度與電導(dǎo)率的關(guān)系曲線（如圖3-2），橫坐標(biāo)為溶液濃度，縱坐標(biāo)為電導(dǎo)率。根據(jù)所需溶液電導(dǎo)率值，從圖3-2查出對(duì)應(yīng)的溶液濃度，進(jìn)行溶液的配制。圖3-2溶液濃度與電導(dǎo)率的關(guān)系曲線2）模擬井及油藏邊界材料的選擇模擬井（電極）和供給邊界的選擇要求具有下列特性：a.電阻率很?。姌O電阻率與電解液電阻率相比，可忽略不計(jì)）；

8、b.不與電解質(zhì)溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；c.在