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| 石油非达西渗流新的运动模式理论及应用研究 |
| 姚约东 |
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| STUDY ON NEW NON-DARCY PATTERN OF OIL FLOW IN POROUS MEDIA AND ITS APPLICATION |
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摘要 油气田开发工业已进入特殊阶段，其典型标志是地下渗流规律越来越复杂。本文适应现代石油工业的发展需要，为解决基本渗流理论面临的问题而进行了探索性研究——提出了石油非达西渗流新的运动模式，并对该理论在油田开发中的应用作了详细研究。
本文运用无因次分析法对岩芯渗流实验数据进行了研究与分析，发现石油渗流除了人们熟知的线性达西流和高速紊流外，还有3种新的运动形态(亚高速、低速及超低速流动)，在无因次关系曲线上确定了各种流态相互转化的临界判据系数。从物理和力学角度进一步研究了这些特殊运动形态，结果与渗流实验完全一致。通过对5种渗流形态的分析，建立了描述石油渗流规律的统一数学模型——指数式非达西运动方程。建立的新非达西渗流模型不仅适用于常规油藏的开发，而且，可以解决低渗及裂隙等特殊油藏的开发问题。
在以上理论研究的基础上，运用新的非达西渗流方程，分别建立了单相和多相流体以及复杂多孔介质（具有分形特征）中的稳定和不稳定渗流模型，形成了相对完整的新非达西渗流力学研究体系。最后，应用本文研究成果对2个油田4口生产井的矿藏资料进行了计算与分析，结果与实际符合较好。因此，本文提出的新的非达西渗流理论可以用来指导油田开发。
本文通过新的非达西渗流理论及应用研究，取得了如下主要结论和成果：
(1) 石油在多孔介质中渗流的基本运动形态有5种：超低速、低速、达西、亚高速及高速流动，本文在无因次关系曲线上划分出各种流态的范围，确定出临界无因次判据系数，推导出了5种流态所对应的运动微分方程，并分析了各种流态的力学特征。
(2) 低速非达西渗流确实存在，并且其是否出现是由无因次临界判据系数决定的。即由流体、多孔介质和外界动力3个方面决定，而并非以渗透率的高低来确定是否出现非达西流。
(3) 根据实验数据的曲线特征，推出计算低速非达西渗流模型中启动压力梯度的数学表达式。附加压力梯度正比于流体粘度的平方，反比于渗透率的3/2次方。
(4) 建立了无限大、封闭及定压边界3种情形下的非达西渗流模型，并利用拉氏变换进行了求解，同时，通过数值反演，绘出了无因次压力和压力导数曲线图版。
(5) 非达西渗流模型的特征为：与达西流相比，无因次压力曲线斜率增大，而对于无穷大地层，压力导数曲线不再是0.5的水平线，而是一条斜线。即试井曲线后期段上翘，径向流特征消失。
(6) 运用活塞式及非活塞式水驱油渗流理论，对单井和面积井网的非达西渗流进行了研究，提出各种开发指标的计算公式。
(7) 非达西渗流水驱油效果受油水相渗曲线、粘度比、密度比、地层参数及重力的影响；对于倾斜地层，低井位注水有利于降低含水率。
(8) 讨论了分形油藏稳定渗流时的压力分布、产量公式及速度分布；利用拉氏变换对分形油藏不稳定渗流模型进行了求解，分析出渗流指数和油藏分形几何特征对渗流曲线的影响。
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| 关键词 ：
非达西,
渗流,
岩芯实验,
流态,
启动压力梯度,
数学模型,
试井分析
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收稿日期: 2003-05-30
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