渗流的非线性规律

发布网友发布时间：2023-10-07 03:26

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热心网友时间：2024-11-22 19:33

稀油和水在孔隙中流动时一般被看成是牛顿流体，其特征是在整个孔隙系统中流变性保持恒定，具体地说就是在整个孔隙系统的渗流过程中，流体的黏度保持恒定常数，没有结构黏度，没有屈服值。一般的油田开发理论认为，在常规油田开发中，油水在渗流过程中呈现牛顿流体的特性，并在整个孔隙系统中保持恒定。在渗流过程中，整个孔隙系统中的流体黏度保持恒定常数，因而其渗流规律符合达西定律。

但是，随着研究的深入，人们注意到液体与固体界面之间的相互作用。许多研究资料特别是刘延章的研究表明，由于固体与液体的界面作用，在油层岩石孔隙的内表面，存在一个原油的边界层，其中的原油属边界流体。在边界层内的原油存在组分的有序变化、结构黏度特征及屈服值等，原油在组成和性质方面，有别于体相原油。这个边界层的厚度除了原油本身性质以外，还与孔道大小有关，与驱动压力梯度有关。

研究表明：不管属于哪种流体流动，渗流规律除了与流体本身性质有关外，还与地层因素有关。哪怕是人们普遍认可的是牛顿流体的水，当它在很细小的孔道中流动时也呈现出非线性渗流特征，具有启动压力梯度。原油更是如此，具有启动压力梯度，在低渗透油层中渗流时，也呈现出非线性渗流特征。

因此，储层中的原油原则上并不是牛顿流体，更不能在整个孔隙系统中保持其恒定的特征。但是，在油藏工程应用中，对高渗透性稀油层来说，由于原油边界层不太厚，边界层中的原油占总原油量的比例不太大，边界层原油的非牛顿性对线性渗流规律影响不明显，在一定的误差范围内，可以把它们当作牛顿流体看待；然而，对特低渗透油藏和稠油油藏来说，这个边界层的影响则是不可忽视的，它会使渗流规律发生明显的变化，乃至偏离达西定律。

在油层流动时，渗透率也不是一成不变的，渗透率的大小与围压及驱动压力有关。

储层的渗透率是许许多多大小不等、贡献值不一样的喉道构成的，它是一个平均的统计参数。对于高渗透层来说，其孔隙系统主要由大孔道组成，稀油或水在其中流动时，不易监测到启动压力，即使有部分小孔道，因其所占的比例很小，也不易测到其对流量的影响。因此，用高渗透岩心做流动实验时，在流量与压力梯度的直角坐标系中呈现为一条直线，可以认为渗透率是一个常数；但是对于低渗和特低渗地层来说，情况就不同了。由于低渗透岩心的孔隙系统基本上是由小孔道组成的，在油、水流动时，每个孔道都有自己的启动压力梯度。只有驱动压力梯度大于某孔道的启动压力梯度时，该孔道中的油、水才开始流动，这时它可以使整个岩心的渗透率有所增加。随着驱动压力梯度的不断提高，就会有更多的孔道加入到油、水能流动的行列，岩心的渗透性能也随之增强，渗透率变大。由于低渗岩心的泥质含量较大，在岩心的围压增加或驱动压力降低时，渗透率将以指数关系下降；在驱动压力再上升时，渗透率将会以同样的规律上升，但不能完全恢复到原始数值。应该指出，在渗透率变化的绝对值相同的情况下，由于低渗透率的绝对值本来就很小，所以，其变化的相对值就非常显著。

另外，流体渗流时的横截面积也不是固定的。流体渗流时的横截面积与驱动压力梯度有关，驱动压力小，流体只沿着大喉道流动；当驱动压力增大时，小喉道也参与流体的渗流。过去，人们通常从统计的角度来看，把多孔介质断面上的透明度视为多孔介质的孔隙度，由于岩石的可压缩性很小，所以，可认为透明度、孔隙度是一个常数。

在多孔介质内可供流体流动的横截面积远远不是透明度范围内所显示的孔隙面积。因为，首先流体通过多孔介质的横截面积与压力梯度有关，当压力梯度很小时，流体仅只是沿较大孔道的*部位流动，而较小孔道中的流体和较大孔道中边部的流体并不流动；其次，由于边界原油层的存在，实际上可供流动的横截面积小于孔道的横截面积，即小于透明度的范围。只有压力梯度升高到一定程度时，才有更多的小孔道中的流体开始运动，大孔道中也有更多的流体参与流动。因此，称流体实际流动的体积与岩心总体积之比为流动孔隙度；称实际流动的流体占总流体的份额为流动饱和度。流动孔隙度和流动饱和度都不是一个常数，它们都是压力梯度的函数。

当较稀的普通原油在中高渗透性油层内流动时，随着压力梯度的增加，流动孔隙度可以很快达到一个稳定值。但是，对于低渗透油藏或稠油油藏，情况就变得复杂得多，流体流动将不遵循常规的渗流理论，发生偏离原有规律的某些变化。