·:·,· 石油教材出版基金资助项目 石油高等院校特色教材 油气渗流力学 李璗陈军斌编著 石油工业出版社
前言 本书的前身是1991年在吴向红、叶继根同志协助下编印成的内部教材。 2001年8月经陈军斌教授全面整理补充,定名《油气渗流力学基础》正式岀版。 一直作为教材在西安石油大学使用。遗憾的是在使用过程中发现各种重要错误 近30处,小的错误就更多了,使我深感内疚,对不起读者:趁着这次重新岀版 的杋会作了认真的修订·反复校对,删去了一些过时内容:补充了连续介质、 低渗透非达西定律、多裂缝直井和多分支水平井、底水油藏直井和水平井产量 的近似公式和运动与动力相似等内容。力求适合油气田开发工程发展的需要。 我国石油院校笫一次开设渗流力学课程是在195-1956·年间·当时叫做地 下水力学,用的教材是苏联B·H·谢尔加切夫教授和b·b·拉普克教授合著 的《地下水力学》的中译木,译者就是已作古的在石油院校第∽次讲授渗流力 学的林平一教授·当时我为他担任助教。直到196年·我国除了上述教材外 没有岀版过任何一渗流力学教科书。198年,葛家理教授主编的教材《油气 层渗流力学》问世;同年,陈钟闬、郎兆新教授翻译出版了作为苏联石油院校 教学参考书的Ⅵ·A·洽尔内教授的《地下水—气动力学》。接着刘濶宁教授、 猩云芳教授、赵必华教授相继岀版了他们编写的教材。2001年,郎兆新教授出 版了专供硏究生使用的《油气地下渗流力学》·渗流力学教学领域呈现岀百花争 艳的局面。 欧美有关渗流力学的教材更少·到今夭为止,灺们还把我们所说的¨渗流 力学”叫做“流体(油、气、於)通过多孔介质的流动”。我知道的第一本工程 师培训教材是R·E·科林斯亍1961年著的《流体通过多孔介质的流动》一书 但是直到1981年本书才有中译木。这本书虽先后被译成饿文、日文·但作为大 学教科书是太深了。至于M. Muskat教授1939年著的《 Flow of homogeneous luid Through porous media》确是渗流力学开山之作,但不适合作为教材。他 的另一精典之作《 Physical Prirciple of oil production》出版于1919年也不适 合作为教材。前者迄今未有中译本·后者虽有中译本·但却是从俄文本转译过 来的,俄译者在翻译成俄文时做了刪芇。西方写得最好·中译本译文最精彩的 印刷岀版质量最高,错误最少的教材当屬J.Bear教授著的《多孔介质流体动力 学》一书,泽者是李竟生等·中译本岀版于1983年。这本书作为本科生的教科
书是太深、太难了·似乎作为力学专业的教材更合适。此外它的內容几乎包含 了渗流力学的各个方面,有关石油的内容只是其中的一部分 编写一适合石油工程专业大学生需要的渗流力学教材,既要结合石油勘 深开发的需要·又要遵循渗流力学的科学烋系;既不能使用超岀石油专业教学 大纲范围的教学工具,又不失严谨性,留有进一步提高的余地。最关键的是: 要冇符合渗流力学规律的严密伓系·不是材料的胡乱垍砌:对理论穊念、方法 的解释既准确、科学·又有木人独到之处:内容既要简明扼要,又要符合大学 生的认识规律,不仅照顾到科学体系的严整,还要说眀其实用价值;既注重讲 清楚有重大实用价值的公式、方法·更注意渗流力茡一般硏究方法的灌输:既 照顾眼前的后续课程的需妥·又指岀将来选一步提高的方向。当然文字应尽量 生动简洁,这是我们的努力目标,自知由于学识和文字水平所限,这书离这 个目标距离不小,还望广大读者批评指正 我们愿意把这一內作者多年从事渗流力学教学与硏究的心血结晶和青年学 者辛勤劳作的成果献給从事采油工程和油藏工程工作的大学生们·也希望它能 作为现场采油工裎师、油藏工程师的进修备忘参考读物。 渗流力学是研究流体在多孔介质中运动规律的科学。只有掌握了油气水在 油层中的运动规律,才能科学合理地开发好油气田。渗流力茡是油藏工程、油 藏管理、采油工裎、试并和油藏欻值模拟的基础·只有掌握了渗流力学才有可 能学会学好上述课程 渗流力学除硏究油气层中的渗流以外·还广泛硏究坝底渗流、土壞改良、 化工、冶金、陶瓷等匚业中的渗流问题。本书除了基本理论外·只涉及油气渗 流,所以与石油无关的渗流力学问题本书都未做介绍 感谢西安石油大学和石油工业岀版社的支持,使得本书能在石油界岀版 发行。 吴鄂同志为本书提供了部分习题,薛中天、承剂教授给我们提供了宝贵 意见,在此一并致谢! 李梁 2009年9月
日 录 第一章渗流的基本规律……… 1 第一节油气藏中的静态状况…………… …1 第二节油气藏中的驱动力和驱动方式· ……………3 第三节渗流的基本规律达西定律…………………………… 第四节达西定律的局限性与非达西渗流…………⑨ 习题 ………………12 第二章单相不可压缩液体的稳定渗流 …………………13 第一节三种基本渗流方式 …………13 第二节单相不可压缩液体的平面一维稳定渗流… …………………14 第三节单相不可压缩液体的平面径向稳定渗流 …………18 第四节 油井的不完善性 ……………………22 第五节 稳定试井 ………………………24 第六节 单相流体渗流的微分方程 ………25 习题 ……………32 第三章刚性水压驱动下的油井干扰理论 ………………34 第一节 井间干扰现象 ………………34 第二节 势的叠加原理 ………35 第三节 镜像反映法 …………38 第四节 复变函数理论在平面渗流场中的应用 ………………53 习题 ………70 第四章微可压缩液体的不稳定渗流 ……72 第一节弹性液体向井渗流的物理过程 …………………72 第二节半无限大地层平面一维不稳定渗流……… ………73 第三节 弹性液体向一口井稳定渗流的压力传导规律 ……………76 第四节 有限封闭弹性地层内液体向井渗流压力变化的近似解…………80 第五节 弹性不稳定渗流的多井干扰 ……83 第六节 不稳定试井分析 习题 ……92 第五章天然气的渗流规律 …………94 第·节天然气的性质及其渗流的基本微分方程………………94 第二节气体的稳定渗流 … …………99 第三节气体的不稳定渗流…103 习题 ………105 第六章水驱油理论基础…………………… ………107 第一节活塞式水驱油……………… ………………107 —
第二节底水锥进 112 第三节非活塞式水驱油理论基础 ………………126 习题 ………………136 第七章油气两相渗流理论（溶解气驱） ………138 第一节油气两相渗流的基本微分方程 ……………138 第二节油气两相稳定渗流… …………140 第三节混气液体的不稳定渗流…………………… ……………145 习题… ………………148 第八章双重介质中的渗流 …149 第一节双重介质中的渗流特征……… ……………149 第二节双重介质中单相微可压缩液体的基本渗流方程…………………150 第三节 无限大双重介质地层中的压力分布…… ……………152 第四节 双重介质中的油水两相渗流…… ………………154 第五节 在纯裂缝地层中液体的渗流 ………………158 习题 ………160 第九章非牛顿液体的渗流………11 第一节非牛顿液体的力学特性与类型… ……………………………161 第二节非牛顿幂律液体的渗流 ……………164 习题 …………………170 第十章相似理论………… ……………171 第一节相似性的概念… …………171 第二节 运动和动力相似……………… ………171 第三节 标配模型和相似定律……… ………………173 第四节 已知物理系统方程时的量纲分析举例…… ……………174 第五节 比拟模型的举例 …………178 第六节 标配模型中的部分相似性 …………180 第七节 多孔介质模型标配的特殊方面… ………………181 习题 ………182 附录…… ………………183 附录一柱坐标形式的渗流方程… …………183 附录二用拉氏变换求液体作平面一维不稳定渗流的解 ………………185 附录三误差函数er(x)计算程序 ………186 附录四 指数积分函数一E(一x)计算程序 ………………187 附录五 (x)函数计算程序 …188 附录六 油气藏工程常用单位之间的换算关系… ………189 附录七油气藏工程常用计量单位的中、英文名称对照表……………………………192 附录八· ……………193 参考文献…… …194 2