《油气层渗流力学》教案王怒涛.docx
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《油气层渗流力学》教案王怒涛
西南石油大学
教案
课程名称油气层渗流力学
任课教师王怒涛
院(系)石油工程学院
教研室石油工程教研室
2010年11月18日
课程表
课程名称
油气层渗流力学
专业年级
石油工程2010级
学时
48
行课时间
2.25-7.13
节次
星期教室
1—2节
3—4-5节
6—7节
8—9节
9—10节
星期一
C303
星期二
C303
星期三
星期四
C303
星期五
星期六
星期日
《油气层渗流力学》教学大纲
一、课程基本信息
1、课程英文名称:
TheoilandGasFlowthroughPorousMedia
2、课程类别:
专业课程基础
3、课程学时:
总学时46,实验学时2。
4、学分:
3
5、先修课程:
大学数学、数学物理方程、油气田开发地质、油层物理
6、适用专业:
石油工程、资源勘查工程
7、大纲执笔:
石油工程教研室(李晓平)
8、大纲审批:
石油工程学院学术委员会
9、制定(修订)时间:
2005.11
二、课程的目的与任务
《油气层渗流力学》课程是石油工程专业的主干课程,是地质勘探专业的专业基础课。
学习该课程的目的,是要把它作为认识油气藏、改造油气藏的工具,作为油气田开发设计、动态分析、油气井开采、增产工艺、反求地层参数、提高采收率等的理论基础。
因此,它是石油工程专业的主干专业基础课程之一,是学好石油工程其它专业课如《油藏工程》、《油藏数值模拟》、《采油工程》、《试井分析》的关键课程之一,该门课的目的是让学生了解油气在储层中的渗流基本规律以及研究油气在储层中渗流的基本方法。
其任务是,掌握油气渗流的基本概念,认识油气储层的渗流规律,学会研究油气在储层中渗流的方法,为学好其它专业课程打好理论基础。
三、课程的基本要求
该课程在学习之前,要先学习有关石油地质、油层物理以及工程数学和微分方程等方面的知识理论。
学习该课程后,要求掌握油气层渗流的基本概念、基本规律和基本方法与技巧,学会研究油气在储层中渗流的方法。
重点是单相流体的流动,掌握单相稳定渗流时,各种情况下的水动力学场,井间干扰及叠加原理,单相不稳定渗流的压力传播规律、动态特征等,掌握气体渗流理论的特点及研究方法,掌握双重介质渗流的特点及研究方法。
在多相流部分,重点掌握油水两相流、非活塞式水驱油的理论和方法。
了解复杂介质的渗流特点及研究方法。
四、教学内容、要求及学时分配
油气层渗流力学是石油工程的专业基础课,其主要内容共分十章。
第一章油气渗流研究需要的基础,主要包括油气藏类型,油气藏类型的简化,多孔介质,连续介质场,渗流,渗流形态的简化。
第二章油气渗流的基本规律,主要油气渗流中的力学现象,达西渗流规律、非达西渗流规律及其应用范围,两相渗流规律。
第三章单相液体渗流数学模型,主要包括建立渗流数学模型的基础,渗流数学模型的结构,建立渗流数学模型的步骤,渗流数学模型的微分方程,渗流数学模型的定解条件。
第四章单相液体稳定渗流理论,主要单相液体稳定渗流理论(一维及平面径向流下的压力、产量、渗流速度、渗流场等),油井的不完善性及其对渗流的影响,压力叠加原理、汇源反映法、汇点反映法的基本原理和研究方法,等值渗流阻力方法。
第五章单相液体不稳定渗流理论,主要包括不稳定渗流的物理过程,不稳定渗流的数学模型及解的物理意义,不稳定渗流中的井间干扰及叠加原理。
第六章气体渗流理论,主要包括气体渗流的特点,气体渗流的微分方程,拟压力,气体稳定渗流理论,气体不稳定渗流理论。
第七章油水两相渗流理论,主要包括油水两相渗流的特点,渗流微分方程及其解,分流方程,等饱和度平面移动方程及应用。
第八章油气两相渗流理论,主要包括油气两相渗流的特点,渗流微分方程及其解,稳定渗流理论,不稳定渗流理论。
第九章双重介质油藏渗流理论,主要包括双重介质渗流特征,不稳定渗流数学模型,数学模型解及物理意义。
第十章复杂渗流理论,简要介绍复杂渗流概念,传质扩散渗流特点,非牛顿流体渗流特点。
本课程前续课程是油气田开发地质、油层物理、数学物理方程。
通过学习要求学生掌握该门课程的基本理论、基本方法和基本技能,理解基本概念、物理现象、解的物理意义以及渗流场等。
(一)理论教学
第一章油气渗流力学基础(4学时)
知识点:
油气藏类型,油气藏类型的简化,多孔介质,连续介质场,渗流,渗流形态的简化。
重点:
油气藏类型的简化,渗流形态的简化。
难点:
连续介质场。
第二章油气渗流的基本规律(4学时)
知识点:
油气层渗流中的力学现象,达西渗流规律、非达西渗流规律及其应用范围,两相渗流规律。
重点:
达西渗流规律。
难点:
非达西渗流规律。
第三章单相液体渗流数学模型(2学时)
知识点:
建立渗流数学模型的基础,渗流数学模型的结构,建立渗流数学模型的步骤,渗流数学模型的微分方程,渗流数学模型的定解条件。
重点:
渗流数学模型的微分方程。
难点:
渗流数学模型的微分方程。
第四章单相液体稳定渗流理论(12学时)
知识点:
单相液体稳定渗流理论(一维及平面径向流下的压力、产量、渗流速度、渗流场等),井的不完善性及其对渗流的影响,压力叠加原理、汇源反映法、汇点反映法的基本原理和研究方法,等值渗流阻力法。
重点:
平面径向流理论,叠加原理,井间干扰理论。
难点:
渗流场,井间干扰理论,叠加原理,汇源反映法,汇点反映法。
第五章单相液体不稳定渗流理论(8学时)
知识点:
不稳定渗流的物理过程,不稳定渗流的数学模型及解的物理意义,不稳定渗流中的井间干扰及叠加原理。
重点:
不稳定渗流的物理过程,数学模型解的物理意义。
难点:
弹性不稳定渗流微分方程的求解方法。
第六章气体渗流理论(6学时)
知识点:
气体渗流的特点,气体渗流的微分方程,拟压力,气体稳定渗流理论,气体不稳定渗流理论。
重点:
气体稳定渗流理论。
难点:
气体不稳定渗流理论。
第七章油水两相渗流理论(4学时)
知识点:
油水两相渗流的特点,渗流微分方程及其解,分流方程,等饱和度平面移动方程及应用。
重点:
油水两相非活塞式驱替理论。
难点:
油水两相非活塞式驱替理论。
第八章油气两相渗流理论(2学时)
知识点:
油气两相渗流的特点,渗流微分方程及其解,稳定渗流理论,不稳定渗流理论。
重点:
油气两相渗流的特点。
难点:
稳定及不稳定渗流理论。
第九章双重介质渗流理论(3学时)
知识点:
双重介质渗流特征,不稳定渗流数学模型,数学模型解及物理意义。
重点:
双重介质渗流特征,数学模型解的物理意义。
难点:
数学模型解的物理意义。
第十章复杂渗流理论(1学时)
知识点:
复杂渗流概念,传质扩散渗流特点,非牛顿流体渗流特点,渗流数学模型及解。
重点:
非牛顿流体渗流。
难点:
传质扩散渗流理论,非牛顿流体渗流。
(二)实验教学(2学时)
1、实验课的目的和要求
开设实验课有助于学生理解课堂所学基本知识和基础理论,增强学生的思维和动手能力。
本实验课为演示实验,要求学生在实验老师的指导下,验证课堂教学理论,写出实验报告。
2、实验内容和占用学时的具体分配
压降漏头实验:
学时2(选演示、验证、综合和设计等)。
实验目的:
了解和掌握压降漏头形成的原因和原理;由实验数据确定出口端的压力分布。
实验设备:
压降漏斗实验模型。
3、实验课的考核办法
学生分组在实验教师的指导下完成实验,提交实验报告,进行考核。
4、实验教材及参考书
五、考试考核办法
1、每次课后布置习题或思考题,计入平时成绩。
2、上课提问,计入平时成绩。
3、不定期在课堂测验,计入平时成绩。
4、半期考试,计入平时成绩。
5、实验课成绩,计入平时成绩。
6、期末闭卷考试。
六、教材及参考书
(一)教材
李晓平主编.地下油气渗流力学.北京:
石油工业出版社,2007
(二)参考书
1、翟云方主编.渗流力学(第二版).北京:
石油工业出版社,2003
2、葛家理主编.现代油藏渗流力学基础.北京:
石油工业出版社,2001
3、葛家理同登科编著.复杂渗流系统的非线性流体力学.东营:
石油大学出版社,1998
4、孔祥言编著.高等渗流力学.合肥:
中国科学技术大学出版社,1999
教书育人计划
承担本科生教学任务是教师的主要工作,本学期为石油工程2005级7班(154人)主讲“油气层渗流力学”课程。
为了上好本门课程,同时使学生学好本门课程,做到教学相长,特制定如下教书育人计划。
1)严格按照教学大纲要求,精心准备每一堂课。
2)严格按照课表安排的时间、地点进行课堂教学,不随意增减学时和任意调课,按时在固定地点答疑,做到细致耐心。
3)在教学过程中,多与同行探讨,虚心学习同行的教学方法,进一步提高教学业务水平。
4)不断改进教学方法,理论联系实际,使学生既掌握所学知识,又能用于解决具体实际问题。
着重培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。
5)将科学研究中的一些思想方法及最新进展融入教学过程,以科研促进本科教学水平和质量的提高。
6)严谨治学,为人师表,教书育人,培养学生学石油、爱石油、献身石油的良好风尚。
7)对学生的课堂学习严格要求,严格课堂考勤制度,对迟到的学生严格批评教育,杜绝旷课现象。
加大平时成绩的考核力度,使学生形成良好的学习风气。
《油气层渗流力学》课时分配
(总学时:
48)
第一章油气层渗流力学基础(4学时)
第二章油气层渗流的基本规律(4学时)
第三章单相液体渗流数学模型(2学时)
第四章单相液体稳定渗流理论(12学时)
第五章单相液体不稳定渗流理论(8学时)
第六章气体渗流理论(6学时)
第七章油水两相渗流理论(4学时)
第八章油气两相渗流理论(2学时)
第九章双重介质渗流理论(4学时)
第十章复杂渗流理论(2学时)
授课日历
周次
课次
授课时间
授课内容
重点、难点
作业、实验
课后记录
1
1
08.2.25
星期一.第7、8节
绪论:
学科概述、课程主要内容、安排及要求
第一章油气渗流力学基础
第一节油气藏类型及其外部形态的简化
第二节油气藏内部储集空间结构的简化
知识点:
油气藏类型,油气藏类型的简化。
重点:
油气藏类型
难点:
油气藏类型的简化
p19,思考题1、2题。
2
08.2.27
星期三第3、4节
第一章油气渗流力学基础
第三节多孔介质及连续介质场
第四节渗流过程中的概念及渗流形态的简化
知识点:
多孔介质,连续介质场,渗流,渗流形态的简化。
重点:
多孔介质的主要特征,渗流速度与真实速度,折算压力及计算。
难点:
连续介质场
p19,思考题4、5、7、8、9题。
p19,习题1、2、3题。
3
08.2.29
星期五第1、2节
第二章油气渗流的基本规律
第一节油气渗流的力学基础
第二节油气渗流的达西定律
知识点:
渗流中的力学现象,达西渗流。
重点:
达西定律
难点:
达西定律的导出
p33,思考题1、3题。
p33,习题1、2题。
2
4
08.3.3
星期一第7、8节
第三节油气渗流的非达西定律
第四节两相渗流规律
知识点:
非达西渗流,两相渗流。
难点:
非达西渗流数学描述、物理意义
难点:
气体渗流Klinkenberg效应
p33,思考题6、7、9题。
5
08.3.5
星期三第3、4节
第三章单相液体渗流数学模型
第一节渗流数学模型的建立原则
第二节渗流数学模型的微分方程
第三节渗流数学模型的定解条件
知识点:
建立渗流数学模型的基础,渗流数学模型的结构,建立渗流数学模型的步骤,渗流数学模型的微分方程,渗流数学模型的定解条件。
重点:
渗流数学模型建立原则
难点:
渗流微分方程的建立
p49,思考题1、2、3、5、6、7、8。
6
08.3.7
星期五第1、2节
第四章单相液体稳定渗流理论
第一节单相液体稳定渗流理论
1、单相不可压缩液体的单向流
2、单相不可压缩液体的平面径向流
知识点:
一维及平面径向流下的压力、产量、渗流速度、渗流场等。
重点:
数学模型求解,平面径向流理论
难点:
渗流场
p90,思考题2、3、4。
p90,习题1、2、5、6。
3
7
08.3.10
星期一第7、8节
第四章单相液体稳定渗流理论
第一节单相液体稳定渗流理论
3、单相不可压缩液体的球面向心流
第二节井的不完善性对渗流的影响
知识点:
球面向心流概念,井的不完善性类型,不完善性对渗流的影响。
重点:
不完善性对渗流的影响、不完善井产量计算。
难点:
球面径向流数学模型及模型求解
p90,思考题5。
p91,习题4、7、8、9、11、12。
8
08.3.12
星期三第3、4节
第四章单相液体稳定渗流理论
第三节多井干扰与势的叠加理论
1、压降叠加原则
2、势的叠加原则
3、渗流速度的合成
知识点:
压降及势的叠加原理、渗流速度合成
重点:
叠加原则、井间干扰
难点:
井间干扰理论
p90,思考题6、7、8。
p92,习题17。
9
08.3.14
星期五第1、2节
第四章单相液体稳定渗流理论
第三节多井干扰与势的叠加理论
4、镜像反映法和边界效应——汇源反映法
知识点:
汇源反映法思想及应用
重点:
基本原理、直线供给边缘汇源反映法
难点:
圆形供给边界汇源反映法及渗流场
p90,思考题6、7、8。
p92,习题17、18、26、27、32。
4
10
08.3.17
星期一第7、8节
第四章单相液体稳定渗流理论
第三节多井干扰与势的叠加理论
4、镜像反映法和边界效应——汇点反映法
知识点:
汇点反映法思想及应用
重点:
基本原理、直线边界汇点反映法
p90,思考题9、10。
p93,习题19、20、24。
11
08.3.19
星期三第3、4节
第四章单相液体稳定渗流理论
第三节多井干扰与势的叠加理论
5、多井干扰时边界对渗流影响
第四节等值渗流阻力法
知识点:
等值渗流阻力法基本原理及应用
重点:
研究方法
难点:
等值渗流阻力法的求解方法
p90,思考题11、12。
12
08.3.21
星期五第1、2节
第五章单相液体不稳定渗流理论
第一节弹性不稳定渗流的物理过程
知识点:
不稳定渗流的物理过程
重点:
物理过程及物理意义
难点:
物理过程及物理意义
p108,思考题1、2。
5
13
08.3.24
星期一第7、8节
第五章单相液体不稳定渗流理论
第二节弹性液体不稳定渗流理论
1、无限大地层中一口井以定产量投产
2、径向封闭地层中心一口井以定产量投产
知识点:
无限大地层井以定产量投产的数学模型的建立
重点:
数学模型的求解
p108,思考题3、4、5。
p108,习题1、2。
14
08.3.26
星期三第3、4节
第五章单相液体不稳定渗流理论
第二节弹性液体不稳定渗流理论
3、径向定压地层中心一口井以定产量投产
知识点:
不稳定渗流的数学模型的求解方法及应用
重点:
数学模型解的物理意义
难点:
数学模型的求解
15
08.3.28
星期五第1、2节
第五章单相液体不稳定渗流理论
第三节不稳定渗流井间干扰
1、多井系统
2、变产量生产
3、压力恢复
4、断层系统
知识点:
四种情形下不稳定渗流井间干扰的研究方法
重点:
多井系统、变产量生产、断层系统
难点:
变产量问题求解
p108,思考题6。
p108,习题4、5、7、8、9、16、19。
6
16
08.3.31
星期一第7、8节
第六章气体渗流理论
第一节气体渗流微分方程
知识点:
气体渗流的特点,气体渗流的微分方程,拟压力。
重点:
气体渗流微分方程建立过程,拟压力。
难点:
气体渗流的微分方程建立过程
17
08.4.2
星期三第3、4节
第六章气体渗流理论
第二节气体稳定渗流理论
知识点:
气体稳定渗流研究方法及应用
重点:
平面径向气体渗流压力梯度、渗流速度与流量计算。
难点:
气体非达西渗流
p126,思考题1、2、3、4。
18
08.4.4
星期五第1、2节
第六章气体渗流理论
第三节气体不稳定渗流理论
知识点:
气体不稳定渗流研究方法及应用
重点:
气体不稳定渗流数学模型的解
难点:
气体不稳定渗流数学模型求解过程
p126,思考题5、6、7、8。
7
19
08.4.7
星期一第7、8节
第七章油水两相渗流理论
第一节影响水驱油非活塞性的因素
第二节油水两相渗流理论
知识点:
油水两相渗流的特点,渗流微分方程的建立及其解。
重点:
非活塞式驱替理论
难点:
非活塞式驱替理论
p138,思考题1、2。
20
08.4.9
星期三第3、4节
第七章油水两相渗流理论
第三节油水两相渗流理论的应用
知识点:
分流方程,等饱和度平面移动方程及应用。
重点:
等饱和度平面移动方程的应用
难点:
等饱和度平面移动方程的应用
p138,思考题3、5。
p138,第12.题。
21
08.4.11
星期五第1、2节
第八章油气两相渗流理论
第一节油气两相渗流的物理过程
第二节油气两相渗流微分方程
第三节油气两相稳定渗流理论
第四节油气两相不稳定渗流理论
知识点:
油气两相渗流的特点,稳定及不稳定渗流研究方法。
重点:
油气两相渗流的特点
难点:
油气两相渗流的研究方法及理论
p151,思考题1、2、3。
8
22
08.4.14
星期一第7、8节
第九章双重介质渗流理论
第一节双重介质油藏模型
第二节双重介质油藏渗流微分方程
知识点:
双重介质渗流特征
重点:
双重介质渗流特征
难点:
不稳定渗流数学模型建立思路
23
08.4.16
星期三第3、4节
第三节双重介质油藏渗流理论
知识点:
不稳定渗流理论
重点:
压降曲线及压力恢复曲线特征
难点:
压降曲线及压力恢复曲线特征分析
p159,思考题1、2、3、4。
24
08.4.18
星期五第1、2节
第十章复杂渗流理论
第一节传质扩散流体渗流理论
第二节非牛顿流体渗流理论
知识点:
复杂渗流概念,传质扩散渗流特点,非牛顿流体渗流特点,渗流数学模型及解。
重点:
非牛顿流体渗流理论
难点:
传质扩散渗流理论
p175,思考题1、2、3、5。
授课总结
第1次课
日期2008年2月25日周次1星期一学时2
教学内容:
绪论:
学科概述、课程主要内容、安排及要求
第一章油气渗流力学基础
第一节油气藏类型及其外部形态的简化
第二节油气藏内部储集空间结构的简化
内容提要:
1、油气藏流体分布;2、油气藏概念及分类;3、油气藏外部形态简化;4、储集层及储集空间类型;5、油气藏岩石孔隙结构的简化。
教学目的要求:
使学生了解渗流、渗流力学、简史、研究对象及目的、发展方向、应用前景、研究方法;要求掌握油气藏概念,油气藏类型,油气藏类型的简化。
重点:
油气藏概念
难点:
油气藏类型的简化
作业布置:
p19,思考题1、2题。
课后总结:
结合构造地质学,要求学生会根据构造图绘制油藏剖面图。
第2次课
日期2008年2月27日周次1星期三学时2
教学内容:
第一章油气渗流力学基础
第三节多孔介质及连续介质场
第四节渗流过程中的概念及渗流形态的简化
内容提要:
1、多孔介质的主要特征:
①储容性、②压缩性、③渗透性、④比表面性、⑤孔隙结构复杂;2、连续介质场;3、渗流及相关概念:
渗流,渗流基本特征;渗流速度与真实速度;4、各种压力的概念,折算压力;5、实际渗流形态的简化。
教学目的要求:
掌握多孔介质的主要特征,理解连续介质场,掌握渗流、渗流速度、折算压力;了解渗流形态的简化。
重点:
多孔介质的主要特征,渗流速度与真实速度,折算压力及计算。
难点:
连续介质场
作业布置:
p19,思考题4、5、7、8、9题。
p19,习题1、2、3题。
授课总结:
对折算压力的理解,可以通过实际例题加深学生对折算压力的理解,在以后的油藏渗流模型中都是以折算压力建立模型,不过在没有特别说明的情况下,看成水平流动,这是折算压力和实际压力相等。
第3次课
日期2008年2月29日周次1星期五学时2
教学内容:
第二章油气渗流的基本规律
第一节油气渗流的力学基础
第二节油气渗流的达西定律
内容提要:
1、力学分析;2、驱动能量;3、驱动方式;4、达西定律;5、达西定律的导出;6、Darcy定律的适用范围。
教学目的要求:
了解油气层渗流中的力学现象,驱动能量及驱动方式;掌握达西定律及其适用范围,理解达西定律的导出。
重点:
达西定律
难点:
达西定律的导出
作业布置:
p33,思考题1、3题。
p33,习题1、2题。
第4次课
日期2008年3月3日周次2星期一学时2
教学内容:
第二章油气渗流的基本规律
第三节油气渗流的非达西定律
第四节两相渗流规律
内容提要:
1、低速非达西渗流:
现象、数学描述;2、高速非达西渗流:
现象、数学描述、物理意义;3、气体渗流Klinkenberg效应;4、两相渗流阻力;5、两相渗流规律
教学目的要求:
理解非达西渗流现象及高速非达西渗流现象;掌握非达西渗流数学描述;理解非达西渗流数学描述的物理意义;了解气体渗流Klinkenberg效应;了解两相渗流阻力;掌握规律两相渗流规律
重点:
非达西渗流数学描述、物理意义
难点:
气体渗流Klinkenberg效应
作业布置:
p33,思考题6、7、9题。
总结:
结合学生以前学习油层物理知识分析产生Klinkenberg效应的主要因素有哪些。
第5次课
日期2008年3月5日周次2星期三学时2
教学内容:
第三章单相液体渗流数学模型
第一节渗流数学模型的建立原则
第二节渗流数学模型的微分方程
第三节渗流数学模型的定解条件
内容提要:
1、建立数学模型的基础;2、渗流数学模型的结构;3、建立渗流数学模型的步骤;4、运动方程;5、状态方程;6、质量守恒方程;7、典型渗流数学模型的微分方程;8、边界条件;9、初始条件;10、定解条件举例。
教学目的要求:
了解建立渗流数学模型的基础、渗流数学模型的结构及建立渗流数学模型的步骤;掌握渗流数学模型的微分方程的建立方法,理解渗流数学模型的定解条件。
重点:
渗流数学模型建立原则
难点:
渗流微分方程的建立
作业布置:
p49,思考题1、2、3、5、6、7、8。
第6次课
日期2008年3月7日周次2星期五学时2
教学内容:
第四章单相液体稳定渗流理论
第一节单相液体稳定渗流理论
内容提要:
1、单相不可压缩液体的单向流:
(1)物理模型,
(2)数学模型,(3)数学模型
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- 关 键 词:
- 油气层渗流力学 油气 渗流 力学 教案 怒涛