不可壓縮流體平面徑向穩(wěn)定滲流實(shí)驗(yàn)

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1、中國(guó)石油大學(xué)不可壓縮流體平面徑向穩(wěn)定滲流實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)日期： 成績(jī)：— 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名: 教師： 同組者： 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(guò)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(wèn)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

2、過(guò)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(xiàn)（壓降漏斗曲線(xiàn)）；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(jiàn)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(guò)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。 圖2-1平面徑向流實(shí)驗(yàn)流程圖 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(xiàn)；22—供液筒；23 —溢流管；24—排水閥；25—進(jìn)水閥；

3、26—供水閥。 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(kāi)供水閥“26”，打開(kāi)管道泵電源，向供液筒注水，通過(guò)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(kāi)進(jìn)水閥“25”向填砂模型注水。 4、 當(dāng)液面平穩(wěn)后，打開(kāi)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

4、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(xiàn)（壓降漏斗曲 線(xiàn)），說(shuō)明曲線(xiàn)形狀及其原因。 答：根據(jù)表2-3，首先計(jì)算得下表。 三個(gè)流量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 67.65 67.22 66.8 65.9 40.13 65.74 66.8 67.1 66.55 流動(dòng)距離/cm -17.76

5、-13.32 -8. 88 -4.44 0 4.44 8.88 13.32 17.76 測(cè)壓管壓力/Pa 6629.7 6587.6 6546.4 6458.2 3932.7 6442.5 6546.4 6575.8 6521.9 表2-3 定壓邊界測(cè)試數(shù)據(jù)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 41.58 67.45 67.19 67.68 67.25 68.49 68.15 68.

6、28 68.45 68.40 68.55 68.60 68.87 69.17 68.90 69.00 69.00 335 55.8 349 54.5 428 67.8 2 27.45 65.10 65.30 65.38 66.40 66.21 66.00 66.15 66.36 66.25 66.51 66.60 66.81 67.22 67.00 67.10 67.12 450 54.2 413 49.7 415 50.2 3 16.60 63.10 63.50 63.38 63.45 64.40

7、64.15 64.30 64.50 64.95 64.76 64..80 65.15 65.52 65.30 65.45 65.48 350 35.8 388 40.0 440 45.1 繪制三個(gè)流量下壓降漏斗曲線(xiàn)如圖。 分析：由壓力公式 ，壓力是表示能量大小的物理量。由 In亍 尸 %腳 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(shuō)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

8、通過(guò)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(xiàn)大體呈 中間低，周?chē)叩穆┒沸螤睢? (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。 答：①計(jì)算模型平均滲透率 已知 R =18.0 cm； R =0.3 cm； h= 2.5cm； e w 測(cè)壓管距中心：T]= 4.44 cm； r2= 8.88 cm； r3= 13.32 cm； 水的粘度1 mPa - s ； 計(jì)算有 Pe i 1000 X 9.8 X (67.72 + 67.55 + 67.55 + 67.65)

9、x 10-2 4 x 105 =0.066 x 10-1 MPa Pw = 1000 x 9.8 x 40.13 x 10-5 二 0.039 x 10-1 MPa 1 同理得 Pe 二 0.064 x 10-1 MPa Pe = 0.063x 10-1 MPa 2 3 Pw 二 0.025 x 10-1 MPa 2 Pw 二 0.015 x 10-1 MPa 3 636 x 1 x ln0.3 2nh(Pe - 1 Pw ) 1 2 x兀 x 2.5 x (0.066 — 0.039) Re 18 Q y in 8.

10、29 x 1 x ln 2 Rw 0.3 Q Mn Re 1 Rw 2Kh(Pe — Pw ) 2 x兀 x 2.5 x (0.064 — 0.025) 2 2 =61.43um 2 —55 43u^m2 Q yin竺 9.75x 1 xln^8 3 Rw = 03 = 52 97um2 2Kh(Pe — Pw ) 2 x兀 x 2.5 x (0.063 — 0.015) 3 3 所以 K + K + K 61.43 + 55.43 + 52.97 “廠 K — —i 2 — — 56.61um 2 3 3 ②計(jì)算不同半徑范圍的滲透率

11、 半徑為勺時(shí)： 廠 1000 x 9.8 x (66.10 + 65.74 + 66.23 + 65.90) x 10-2 P — — 0.065 x 10-1 MPa 11 4 x 105 同理有 P — 0.0629x 10-1 MPa，P — 0.061 x 10-1 MPa 12 13 所以 K Rw Q1 p in —— = 1 = = 41.98um 2 2Kh(Pw — P ) 2 X兀 X 2.5 x (0.039 — 0.065) 1 11 6.36 x 1 xln^03 4.44 所以 K 12 K 13 Rw Q2 p in

12、= + = = 37.44um 2 2Kh(Pw — P ) 2 X 兀 X 2.5 x (0.025 — 0.063) 2 12 8.29 x 1 x In-03 4.44 Rw Q pin - 3 r = 1 2Kh(Pw 一 P ) 3 13 9.75 x 1 x 1口竺 4.44 —2 xkx 2.5 x (0.015 — 0.061) — 36.38um 二 41.98 + 卸.44 + 3&38 二 38.60um2 半徑為§時(shí)：求解方法同上，有 P = 0.0655 x 10-1 MPa 21 P = 0.0634 x 10-1 MPa 2

13、2 P = 0.0616 x 10-1 MPa 23 K 21 r Q p in 1 1 r 2 6.36 x 1 x in 4.44 8.88 — =280.79um 2 2Kh(P — P ) 2 x兀 x 2.5 x (0.065 — 0.066) 11 21 K 22 r Q pin 1 2 r 2 =2Kh(P — P ) 12 22 8.29 x 1 x in 444 8.88 =2 xkx 2.5 x (0.0629 — 0.0634) = 732.00um K 23 r Q pin 1 3 r 2 2Kh(

14、P — P 13 23 4.44 9.75 x 1 x in 8.88 = 430.46um 2 2 x 冗 x 2.5 x (0.061 — 0.062) 所以K 2 K + K + K 21 22 23 二 280.79 + 732.00 + 430.46 二 481.08um2 半徑為r3時(shí)：求解方法同上，有 P = 0.0658 x 10-1 MPa , 31  P = 0.0637 x 10-1 MPa, 32  P = 0.0621 x 10-1 MPa 33 K = 31 r Q pin 2 1 r

15、 3 6.36 x 1 x ln^888 13.32 —547 51u^m 2 2Kh(P — P ) 2 X兀 X 2.5 x (0.0655 — 0.0658) 21 31 K r Q pin 2 2 r 3 8.88 8.29 x 1 x in = 13.32 = 356.83um 2 2Kh(P — P ) 2 x 兀 x 2.5 x (0.0634 — 0.064) 22 32 K 33 r Q pin 2 3 = = 503.60um 2 2nh( — P ) 2 x兀 x 2.5 x (0.0616 — 0.0621

16、) 23 33 9.75 x 1 x in 8.88 13.32 所以K K + K + K 547.51 + 356.83 + 503.60 =—31 32 33 3 =469.31um 2 半徑為R時(shí)：求解方法同上，有 e Pe = 0.066 x 10-1 MPa， Pe = 0.0644 x 10-1 MPa， 1 2 Pe 3 二 0.063 x 10-i MPa 所以 K 41 K 42 K 33 r Qip lnRe 13 32 6.36 x 1 x in 18 =609.88um 2 2Kh(P — Pe ) 2 x 兀

17、x 2.5 x (0.0658 — 0.066) 31 1 r Q2P lnR3e 8.29 x 1 x in13.32 18 227 13u^m 2 2皿(P — Pe )_ 2 x兀 x 2.5 x (0.0637 — 0.0643) — * 32 2 r Q3 % 13.32 9.75 x 1 x in = 18 = 207.77um 2 2兀h(P — Pe ) 2 x兀 x 2.5 x (0.0621 — 0.063) 33 3 K + K + K 609.88 + 227.13 + 207.77 “ = ―41 42 43 = = 348.2

18、6um 2 3 綜上，可以發(fā)現(xiàn)，在模型中部滲透率比較低，越往外側(cè)，滲透率會(huì)變大很 多，所以砂體的均勻性不是很好。 (3)寫(xiě)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(xiàn)。 答：關(guān)系表達(dá)式為Q = 2兀川WRPw)； p in e R w 總壓差/10-1MPa 0.027 0.039 0.048 流量/ cm3/s 6.36 8.29 9.75

19、 六、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)我熟悉了平面徑向滲流方式下的壓力降落規(guī)律，理解了該滲流 規(guī)律與單向滲流規(guī)律的不同。本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較多，必須細(xì)心耐心。在實(shí)驗(yàn)中鍛煉 了我的實(shí)驗(yàn)操作能力，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 附錄：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8井 表2-1 測(cè)壓管液面基準(zhǔn)讀數(shù)記錄表 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 0.2 0.1 0.2 0.2 0.1 0.2 0.1 0.3 0.4 0.2 0.2 0.2 0.4

20、 0.2 0.1 0.2 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 41.58 67.45 67.19 67.68 67.25 68.49 68.15 68.28 68.45 68.40 68.55 68.60 68.87 69.17 68.90 69.00 69.00 335 55.8 349 54.5 428 67.8 2 27.45 6

21、5.10 65.30 65.38 66.40 66.21 66.00 66.15 66.36 66.25 66.51 66.60 66.81 67.22 67.00 67.10 67.12 450 54.2 中心孔（內(nèi)）半徑= 0.3 cm，相鄰兩測(cè)壓管中心間距= 4.44 cm, 水的粘度=1 mPa ? s。 表2-3 定壓邊界測(cè)試數(shù)據(jù)表 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 1

22、7 1 40.13 66.10 65.74 66.23 65.90 67.04 66.80 66.73 66.80 66.95 67.10 67.15 67.22 67.72 67.55 67.55 67.65 6.36 6.36 6.40 6.31 2 26.00 63.75 63.85 63.93 65.05 64.76 64.65 64.60 64.71 64.80 65.06 65.15 65.16 65.77 65.65 65.65 65.77 8.30 8.29 8.31 8.27 3 15.15 61.75 62.05 61.93 62.10 62.95 62.80 62.75 62.85 63.50 63.31 63.35 63.50 64.07 63.95 64.00 64.13 9.78 9.75 9.70 9.76 R = 18.0 cm； R = 0.3 cm； h= 2.5 cm；測(cè)壓管距中心：r = 4.44 cm； r = e w 1 2