齐亚林
哈根-泊肃叶定律的油气运移意义
2025-1-15 08:55
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       关键词:模拟;渗流;运移;沿程阻力;哈根-泊肃叶定律

       油、气、水及其混合物在地层多孔介质中的流动形态和规律,是勘探和资源评价阶段油气运移过程研究的重要内容,也是开发与开采阶段渗流行为研究的焦点,其研究具有较强的理论和实践意义。 

       地层岩石的孔隙空间多由不规则的孔隙和喉道构成,常用毛管束模型理论将其简化为不等径的平行毛管束组成的理想岩石,并应用渗流力学研究其中流体的流动规律。该模型虽未考虑实际多孔介质中复杂的孔隙和喉道结构以及通道的迂曲度,但因便于理解而广泛采用。渗流力学主要关注流动的宏观效果,考虑到管流和渗流具有类似的规律,管流的控制因素更加简单和具体,实践上可通过管流理论来研究油气的宏观运移行为。

        流体在水平圆管中作层流时服从哈根-泊肃叶(Hagen-Poiseuille) 定律,是毛管束模型的理论基础,公式为Q=πr^4Δp/(8ηL)。其中:Δp为圆管两端压差(沿程阻力),Q为体积流量,r为圆管半径、L为圆管长度、η为流体黏滞系数。该定律对运移过程分析及其物理模拟具有较强的理论指导意义。

       圆管两端压差与流体黏滞系数、流速和圆管长度的1次方成正比,与圆管半径的4次方成正比。相同的沿程阻力:①圆管半径越大,体积流量或圆管长度或流体黏滞系数可以越大;②流体黏滞系数越大,要求圆管半径越大,或体积流量、圆管长度越小;③体积流量越大,要求圆管半径越大,或流体黏滞系数、圆管长度越小;④圆管长度越大,要求圆管半径越大,或流体黏滞系数、体积流量越小。低黏滞系数流体在大孔喉中运移具有速度快和距离远的特点,油气主要沿优势路径运移。

       运移物理模拟是了解油气运移形态和体积流量,深入认识油气藏形成过程,预测、追踪和定位油气藏的重要手段。流体在多孔介质中流动会附加沿程阻力,其分别与体积流量、流体黏滞系数的1次方成正比,而体积流量和黏滞系数具有极强的主观性。由于观测手段和模拟时间限制,或者无法准确把握地层条件下的体积流量和流体黏滞系数,模拟采用的体积流量和黏滞系数可能远大于实际,导致所附加的沿程阻力远大于实际。时间尺度的差异可能导致流体在模拟地层与实际地层的多孔介质中的流动形态和规律存在较大的差异。任何在多孔介质中流动的流体均涉及沿程阻力问题,忽视由体积流量、黏滞系数引起的沿程阻力可能会导致对运移或渗流行为的误判。

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