水電模擬滲流實(shí)驗(yàn)7#

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1、中國石油大學(xué)滲流力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)日期：2013/5/24成績(jī)：班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：教師：同組者：-實(shí)驗(yàn)三水電模擬滲流實(shí)驗(yàn)水電模擬實(shí)驗(yàn)是根據(jù)水-電相似原理而研制的一種模擬實(shí)驗(yàn)裝置。它最早應(yīng)用于油氣藏滲流力學(xué)問題的實(shí)驗(yàn)研究是1933年。二十世紀(jì)三十年代至五十年代，數(shù)值模擬還沒有發(fā)展起來，研究油氣藏滲流力學(xué)問題主要采用數(shù)學(xué)方法和物理模擬方法。由于水電模擬實(shí)驗(yàn)儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、價(jià)格便宜，而且能夠直觀真實(shí)的反映地下流體滲流規(guī)律，因此，當(dāng)時(shí)應(yīng)用得非常廣泛。后來由于計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，數(shù)值模擬方法快速發(fā)展起來，電模擬實(shí)驗(yàn)開

2、展得越來越少。近幾年，出現(xiàn)了水平井、分枝井、多底井、魚骨刺井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井，以及多種三次采油技術(shù)，這些新的技術(shù)和方法的滲流機(jī)理十分復(fù)雜，僅僅依靠數(shù)學(xué)解析的方法和數(shù)值模擬方法很難準(zhǔn)確描述地下流體的滲流規(guī)律。另外，目前已有的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井等滲流問題的研究結(jié)果也都是在對(duì)地層條件進(jìn)行了一定程度的簡(jiǎn)化后得到的，跟實(shí)際滲流規(guī)律存在一定偏差，甚至與實(shí)際情況偏差較大。因此，水電模擬實(shí)驗(yàn)重新受到人們的重視。采用水電模擬實(shí)驗(yàn)可以很容易地模擬各種復(fù)雜的邊界條件，可以直接觀察流體的流動(dòng)情況，并且很容易測(cè)試油水井產(chǎn)量（注入量）、等勢(shì)線分布、流線分布

3、等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可用來檢驗(yàn)數(shù)值模擬和解析解的準(zhǔn)確性。因此，水電模擬實(shí)驗(yàn)再次得到發(fā)展和利用。由于水電模擬實(shí)驗(yàn)所用的電解質(zhì)溶液是均勻穩(wěn)定的，因此它可用來研究均質(zhì)地層剛性流體的穩(wěn)定滲流問題。本實(shí)驗(yàn)在介紹水電模擬原理、實(shí)驗(yàn)裝置、測(cè)試原理的基礎(chǔ)上，介紹平面徑向滲流模擬實(shí)驗(yàn)、直井五點(diǎn)法井網(wǎng)滲流模擬實(shí)驗(yàn)。該類實(shí)驗(yàn)具有很大的靈活性和延展性，通過本實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以擴(kuò)展思路、發(fā)揮想象力及創(chuàng)造能力，并能設(shè)計(jì)出更多、更好的模擬裝置，發(fā)展擴(kuò)充完善滲流實(shí)驗(yàn)。（本部分內(nèi)容參考了石油大學(xué)北京的滲流力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容）一、水電模擬原理1、水電相似原理利用電場(chǎng)模擬

4、地層流體的滲流規(guī)律，機(jī)理在于流體通過多孔介質(zhì)流動(dòng)的微分方程與電荷通過導(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多孔介質(zhì)穩(wěn)定滲流連續(xù)性方程：(3-3)均勻?qū)w

5、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)定滲流問題可用穩(wěn)定電場(chǎng)進(jìn)行模擬。于是可以用電位分布來描述滲流場(chǎng)的壓力分布，用電流來描述流量或流速，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，稱為相似系數(shù)。各相似系數(shù)之間滿足一定的約束條件，稱為相似準(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

6、的電位差與地層中兩相應(yīng)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

7、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

8、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)精度；若電壓或電流過小，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：(3-1