10021009+李慶超+9+不可壓縮流體平面徑向穩(wěn)定滲流實(shí)驗(yàn)

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：2013.5.6 成績(jī)： 班級(jí)： 石工10-1學(xué)號(hào):10021009 姓名: 李慶超 教師: 張老師 同組者：張頏劉暢董紅巖 實(shí)驗(yàn)二 不可壓縮流體平面徑向穩(wěn)定滲流實(shí)驗(yàn) 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、 平面徑向滲流實(shí)驗(yàn)是達(dá)西定律在徑向滲流方式下的體現(xiàn)，通過本實(shí)驗(yàn)加深 對(duì)達(dá)西定律的理解； 2、 要求熟悉平面徑向滲流方式下的壓力降落規(guī)律，并深刻理解該滲流規(guī)律與 單向滲流規(guī)律的不同，進(jìn)而對(duì)滲透率突變地層、非均質(zhì)地層等復(fù)雜情況下的滲流 問題及其規(guī)律深入分析和理解。 二、 實(shí)驗(yàn)原理 平面徑向滲流實(shí)驗(yàn)以穩(wěn)定滲流理論為基礎(chǔ)，采用圓形填砂模型，以流體在模 型中的流動(dòng)模擬水平均質(zhì)地層中不可壓縮流體平面徑向穩(wěn)定滲流過程。保持填砂 模型內(nèi)、外邊緣壓力恒定，改變出口端流量，在穩(wěn)定條件下測(cè)量填砂模型不同位 置處的水頭高度，可繪制水頭高度或壓力隨位置的變化曲線（壓降漏斗曲線）；根 據(jù)平面徑向穩(wěn)定滲流方程的解計(jì)算填砂模型的流動(dòng)系數(shù)及滲透率。 三、 實(shí)驗(yàn)流程 實(shí)驗(yàn)流程見圖2-1，圓形填砂模型18上部均勻測(cè)壓管，供液筒內(nèi)通過溢流管 保持液面高度穩(wěn)定，以保持填砂模型外邊緣壓力穩(wěn)定。 1 —測(cè)壓管（模擬井）；2?16 —測(cè)壓管（共16根）；18—圓形邊界（填砂模型）； 19 —排液管（生產(chǎn)井筒）；20—量筒；21—進(jìn)水管線；22—供液筒；23 —溢流管; 24—排水閥；25—進(jìn)水閥；26—供水閥。 圖2-1平面徑向流實(shí)驗(yàn)流程圖 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、 記錄填砂模型半徑、填砂模型厚度，模擬井半徑、測(cè)壓管間距等數(shù)據(jù)。 2、 打開供水閥“26”，打開管道泵電源，向供液筒注水，通過溢流管使供液 筒內(nèi)液面保持恒定。 3、 關(guān)閉排水閥“24”，打開進(jìn)水閥“25”向填砂模型注水。 4、 當(dāng)液面平穩(wěn)后，打開排水閥“24”，控制一較小流量。 5、 待液面穩(wěn)定后，測(cè)試一段時(shí)間內(nèi)流入量筒的水量，重復(fù)三次。； 6、 記錄液面穩(wěn)定時(shí)各測(cè)壓管內(nèi)水柱高度。 7、 調(diào)節(jié)排水閥，適當(dāng)放大流量，重復(fù)步驟5、6；在不同流量下測(cè)量流量及各 測(cè)壓管高度，共測(cè)三組流量。 8、 關(guān)閉排水閥24、進(jìn)水閥25,結(jié)束實(shí)驗(yàn)。 注：待學(xué)生全部完成實(shí)驗(yàn)后，先關(guān)閉管道泵電源，再關(guān)閉供水閥26。 五、實(shí)驗(yàn)要求及數(shù)據(jù)處理 1、 實(shí)驗(yàn)要求 (1) 將原始數(shù)據(jù)記錄于測(cè)試數(shù)據(jù)表中，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)將每組的3個(gè)流量求平均 值，并計(jì)算測(cè)壓管高度；繪制三個(gè)流量下壓力隨位置的變化曲線(壓降漏斗曲線)， 說明曲線形狀及其原因。 (2) 根據(jù)平面徑向穩(wěn)定滲流方程，計(jì)算填砂模型平均滲透率、不同半徑范圍的 滲透率，評(píng)價(jià)砂體的均勻性。 (3) 寫出填砂模型流量與總壓差的關(guān)系表達(dá)式，并繪出流量與總壓差的關(guān)系曲 線。 2、 數(shù)據(jù)處理 流量與總壓差的關(guān)系表達(dá)式： 2 兀 Kh(P - P ) e w— R 卩In e (2-1) R 任意半徑范圍的滲透率計(jì)算公式: (2-2) 式中：Pe —模型外邊緣壓力，10-iMPa； Pw —模型出口端面壓力, 10-iMPa； Re —供給邊緣半徑，cm； Rw —井筒半徑，cm； h 一地層厚度，cm； 卩一流體粘度，mPa ■s ； Pi、P2 —任意半徑ri、r2處的壓力，10-1MPa。 3、平面徑向流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表 實(shí)驗(yàn)設(shè)備編號(hào)：徑2井 測(cè)壓管 編號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 測(cè)壓管 基準(zhǔn)讀 數(shù)，cm 0.7 0.2 0.0 0.1 0.3 0.3 0.1 0.1 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.1 0.8 0.1 0.1 表2-2測(cè)壓管液面讀數(shù)記錄表 序 號(hào) 測(cè)壓管液面讀數(shù)，cm 體積 cm3 時(shí)間 S 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1 43.2 68.3 68.2 68.2 68.2 68.9 68.9 68.9 68.9 67.8 69.2 69.3 69.1 69.1 70.0 69.5 69.4 120 19.85 174 29.78 206 35.34 2 31.5 66.7 66.7 66.6 66.6 67.5 67.5 67.6 67.5 67.9 68.0 67.8 67.9 68.2 68.8 68.3 68.3 144 20.03 183 25.50 210 30.00 3 21.7 65.2 65.2 65.2 66.2 66.2 66.2 66.2 66.2 66.6 66.8 66.5 66.5 67.0 67.6 67.1 67.1 172 20.94 204 25.10 234 29.03 填砂模型（內(nèi)）半徑=18.0cm, 填砂厚度=2.5cm, 中心孔（內(nèi)）半徑=0.3cm, 相鄰兩測(cè)壓管中心間距=4.44cm, 水的粘度=丄皿卩8 ? S。 （1）取流量一下1管為例計(jì)算： 測(cè)壓管水柱高度為：43.2-2.5三2-0.7=41.25, 同理可得其余各組數(shù)據(jù)，填入表2-3中。 序 號(hào) 測(cè)壓管水柱高度，cm 流量 cm3/s 平均 流量 cm3/s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 6.04 1 41. 25 66. 85 66. 95 66. 85 66. 65 67. 35 67. 55 67. 55 67. 45 66. 35 67. 75 67. 85 67. 65 67. 75 67. 95 68. 15 68. 05 5.84 5.91 5.82 7.18 2 29. 55 65. 25 65. 45 65. 25 65. 05 65. 95 66. 15 66. 25 66. 05 66. 45 66. 55 66. 35 66. 45 66. 85 66. 75 66. 95 66. 95 7.17 7.12 7.00 8.21 3 19. 75 63. 75 63. 95 63. 85 64. 65 64. 65 64. 85 64. 85 64. 75 65. 15 65. 35 65. 05 65. 05 65. 65 65. 55 65. 75 65. 75 8.12 8.13 8.06 R =18.0cm； R =0.3cm； h=2.5cm；測(cè)壓管距中心：r,=4.44cm： r,,=4.44cm： e w 1 2 r3=444cm； 水的粘度 a=1 mPa s。 根據(jù)表2-3,由P= pgh，計(jì)算得下表。 表2-4流量一下壓力隨位置的變化數(shù)據(jù)表 測(cè)壓管標(biāo)號(hào) 17 13 9 5 1 3 7 11 15 測(cè)壓管水柱高度/cm 68.05 67.65 67.45 66.65 41.25 66.95 67.55 67.75 67.95 流動(dòng)距離/cm -17.76 -13.32 -8. 88 -4.44 0 4.44 8.88 13.32 17.76 測(cè)壓管壓力/Pa 6668.9 6629.7 6610.1 6531.7 4042.5 6561.1 6619.9 6639.5 6659.1 同理可得其余兩個(gè)流量下的相關(guān)數(shù)據(jù)，繪制三個(gè)流量下壓力隨位置的變化曲 線圖，如圖2-2所示。 圖曠2壓降漏斗曲線 一 」O £-R出»出那-2 10 -10 20 T-流量1測(cè)壓管壓力/Pa -■-流量戈測(cè)壓管壓力/P且 流量3測(cè)壓管壓力/Pa 分析：由壓力公式P = P -二工In乞，壓力是表示能量大小的物理量。 e R r ln —i R w 由壓力分布可知，當(dāng)距離r成等比級(jí)數(shù)變化時(shí)，壓力p成等差級(jí)數(shù)變化。因此, 壓 力在供給邊緣附近下降緩慢，而在井底附近變陡，說明液體從邊緣流到井底 其能 量大部分消耗在井底附近。這是因?yàn)槠矫鎻较驖B流時(shí)，從邊緣到井底滲流 斷面逐漸減小。由于穩(wěn)定滲流時(shí)從邊緣到井底各斷面通過的流量相等，所以斷面 越小滲 流速度越大，滲流阻力越大，因此能量大部分消耗在井底附近，所以曲 線大體呈中間低，周圍高的漏斗形狀。 (2)例如 T]=17.76cm 時(shí)， 八 1 r 4.44 Q]P In f 5.91 x 1 x ln K = 2 = 03 = 56.19 um2 ii 2兀h(P — P ) 2k x 2.5 x (6668.9 — 4042.5)/100000 1 2 K 12 r Q U ln 1 2 r r 2 2兀 h (P — P ) 1 2 4 44 7.12x1x ln 0.3 2k x 2.5 x (6561.1 — 2895.9)/100000 =48.48 Um 2 c 1 r 4 44 Q3 u ln 1 8.13 x 1 x ln . 3 r 0 3 K = 2 = 0^— = 45.0 Um2 13 2Kh(P — P ) 2k x 2.5 x (6443 .5 —1935.5)/100000 1 2 則平均滲透率為： 56.19 + 48.48 + 45 3 =49.89 u m2 同理可以求出r1=8.88cm,13.32cm,4.44cm時(shí)的滲透率，如表2-5所示。 表2-5不同半徑范圍的滲透率 不同半徑r/cm 4.44 8.88 13.32 17.76 滲透率K/ u m 2 50.77 49.72 49.24 49.89 由表2-5，砂體的均勻性良好。 (3)填砂模型流量與總壓差的關(guān)系表達(dá)式是: 答: 關(guān)系表達(dá)式為: 2KKh(P - P ) e w— R U ln - R 相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示: 表2-4滲透率與半徑關(guān)系統(tǒng)計(jì)表 總壓差P/10-iMPa 0.0263 0.0367 0.0451 流量 Q / cm3/s 5.91 7.12 8.13 繪制出流量與總壓差關(guān)系曲線如圖2-3： 總壓差/10—1 MPa 六、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 圖2-3流量與壓差關(guān)系曲線圖 0 8 6 4 2 0 1± 0. 01 0. 02 0. 03 0. 04 0. 05 通過做本實(shí)驗(yàn)，加深了我對(duì)達(dá)西定律的理解還認(rèn)識(shí)，真正理解了滲流規(guī)律與 單向滲流規(guī)律的不同熟悉了平面徑向滲流方式下的壓力降落規(guī)律，進(jìn)而對(duì)滲透率 突變地層、非均質(zhì)地層等復(fù)雜情況下的滲流問題及其規(guī)律有了深入的分析和理解。 謝謝老師和同學(xué)的幫助！！