《渗流力学理论与进展》课程教学大纲.docx

渗流力学理论与进展（2T）教学大纲一、课程基本信息课程名称渗流力学理论与进展（2-1）Theory and Progress of Fluid flow in Porous Media (2-1)课程编码SPE129012100开课院部石油工程学院课程团队渗流力学教学团队学分3.0课内学时48讲授48实验0上机0实践0课外学时B/后 半学 期适用专业本研一体化班（石油工程类）授课语言中文先修课程认识实习、工程流体力学理论与进展（2T）、油层物理、油田开发地质学、工程流体力学理论与进展（2-2）课程简介 （必修）本课程为本研一体化班（石油工程类）专业的专业基础课程。该课程主要讲授油气渗流的基本概念、数学模型、单相液体的稳定渗流 及不稳定渗流理论、气体的渗流理论、油水两相渗流理论、油气两相渗流理论、复杂条件下的渗流理论等。旨在让学生掌握油、气、水渗 流的基本规律以及应用它解决各种渗流问题的基本思路和方法；具备认识、分析和解决渗流问题的基本能力；掌握油气渗流领域理论发展 现状及前沿动态，为后续课程及以后应用渗流理论解决油田生产实践中各种复杂油气渗流问题奠定理论基础。This course is a specialized basic course for the integrated class (petroleum engineering). This course mainly teaches the basic concepts and mathematical models of oil and gas flow in porous media, the theory of steady/unsteady state flow of single-phase liquid in porous media, theory of gas flow in porous media, oil-water two-phase flow in porous media, oi1-gas two-phase flow in porous media, and theory of fluid flow in complex conditions. It is designed to help students master the basic law of oil, gas and water flow in porous media and the basic ideas and methods to solve various problems of fluid flow in porous media, to help students have the basic ability to understand, analyze and solve the problems of fluid flow in porous media, to master the research status and development trend of oil and gas flow in porous media, and to lay the theoretical basis for students to solve various complex oil and gas flow problems in oil and gas field production.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1Ml目标1 ：掌握渗流力学的基本概念和理论，能够分析油气渗流问题，建立典型的渗流数学模型。同时 传承弘扬爱岗敬业和“我为祖国献石油”的家国情怀。是2M2目标2 ：掌握求解渗流问题基本方法、油气渗流的基本规律，并结合具体地质特征，能在油气开发领 域熟练应用。是3M3目标3 ：掌握油气渗流领域理论发展现状及前沿动态，能够分析油气开发过程中的复杂渗流问题，并 获得到有效解决。是4M4目标4 ：能够基于渗流力学的原理和方法对油气开发领域内的复杂渗流和新兴领域渗流问题进行研 究，对实验、计算结果进行分析、解释。是三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课 程目标课内 学时教学方式课外 学时课外环节1绪论绪论介绍渗流力学的概念、特点、分类、发展历程、研究热点，弘 扬敬岗爱业和“为祖国加油、为民族争气”的情怀。Ml, M21讲授1自学2第一章第一章渗流的基 本概念和基本规律本章重点及难点：重点是达西渗流公式的应用及其各参数的单 位；难点是：连续介质场、折算压力概念、达西公式在倾斜地 层中的应用、非线性渗流的影响因素及多相流体对渗流影响的 内在本质。/31. 1L1油气藏及其简 化本节为地质学与渗流力学的衔接，根据油气渗流的特点和渗流 力学研究的需要，将地质上非常复杂的油气藏进行简化。Ml, M20.5讲授0.5自学、作 业41.21.2多孔介质及连 续介质场本节为油层物理学与渗流力学的衔接，从渗流力学的角度介绍 多孔介质的特点，以及渗流力学研究的基本假设：连续流体、 连续多孔介质、连续介质场的概念。Ml, M20.5讲授0.5自学、作 业51.31.3渗流过程中的 力学分析及驱动类 型介绍油气渗流过程中受到哪些力的作用，分析动力和阻力；各 种压力及其相关的概念；驱动油气渗流的能量来源，各种驱动 方式的形成条件及特点。通过异常高压，介绍铁人事迹。Ml, M21讲授1自学、作 业61.41.4渗流的基本规在油层物理学的基础上介绍达西定律；介绍三种基本的渗流方Ml, M21讲授1自学、作律及渗流方式式及其组合。业71.51.5非线性渗流规 律介绍非线性渗流的概念、形成的原因、判断方法及表达方式。M3, M40.5讲授0. 5自学、作 业81.61.6低速下的渗流 规律介绍低速条件下吸附膜、水化膜以及其他滑动效应对渗流的影 响，不同条件下运动方程的表达方式、特点。M3, M41讲授1自学、作 业91.71.7两相渗流规律在油层物理学的基础上，介绍两相渗流过程中的附加阻力，使 学生理解两相（多相）渗流的复杂性。M3, M40.5讲授0.5作业、研 讨报告10第二章第二章油气渗流 的数学模型本章重点及难点：重点内容是运动方程、状态方程、连续性方 程及弹性渗流数学模型的推导；难点是连续性方程的推导。/112. 12.1建立油气渗流 数学模型的原则介绍油气渗流数学模型的一般结构，建立模型的基础及步骤。Ml, M21讲授1自学、作 业122.22.2运动方程、状 态方程和连续性方 程（质量守恒方 程）介绍流体运动方程、流体及岩石的状态方程，推导油气单相渗 流、油水两相及油气两相渗流的连续性方程。Ml, M21讲授1自学、作 业132.32. 3典型油气渗流 微分方程的推导根据建立渗流数学模型的方法和步骤，推导建立单相不可压缩 液体稳定渗流、弹性多孔介质单相微可压缩液体不稳定渗流、 油水两相渗流（考虑重力及毛管力等）、油气两相渗流的综合微 分方程。Ml, M21讲授1自学、作 业142.42. 4数学模型的边 界条件和初始条件介绍求解微分方程必需的初始条件和边界条件，结合实例介绍 不同类型的初边值条件。Ml, M21讲授1自学、作 业15第三章第三章单相液体 稳定渗流理论本章重点及难点：重点是渗流基本方程及其解、井间干扰的内 在本质、势的叠加原理的应用条件、渗流速度、压力梯度和势 函数、流函数及复势之间的相互联系，应用势的叠加、镜像反 映、复势叠加、等值渗流阻力等方法求解多井、边界效应等渗 流问题的原理和步骤；难点是叠加原理的运用和复势、保角变 换求解方法。/163. 13.1单相液体稳定 渗流基本方程的解 及其应用从单相液体渗流的数学模型出发，对单向流、平面径向流、球 面向心流等渗流问题进行求解，明确各渗流问题的压力、压力 梯度分布、渗流速度、产量的计算及特征，介绍变渗透率问题 的求解。M2, M31讲授1自学、作 业173.23. 2井的不允吾性 对渗流的影响介绍井的不完善类型及其适用条件、井的不完善性弓1起产量变 化的原因以及估计不完善性对渗流影响的方法。M2, M31讲授1自学、作 业183.33.3油井的稳定试 井介绍稳定试井的概念、原理及用途。M2, M31讲授1自学、作 业193.43.4势的叠加原理 与多井干扰理论分析井的干扰现象及实质；从势的基本概念入手，举例说明势 的理论在渗流力学中的应用，介绍势的叠加原理及求解多井干 扰渗流问题的方法和步骤；并介绍渗流速度的合成方法。M2, M32讲授2自学、作 业203.53.5势的叠加原理 的典型应用分别介绍等产量一源一汇、等产量两汇渗流问题的求解，明确 其渗流场特点，并针对其中的特殊渗流现象，引导学生探讨油 田高效开发的策略。M3, M42讲授2自学、作 业213.63. 6考虑边界效应 的镜像反映法边界效应的概念，直线供给边缘附近一口生产井的汇源反映 法、直线不渗透边界附近一口生产井的汇点反映法、复杂边界 的反映、圆形供给边界偏心井的反映。引导学生探讨该类方法 的适用条件。M2, M3, M43讲授3自学、作 业223.73.7复势理论在平 面渗流问题中的应 用势函数、流函数和复势的概念、特征及相互关系，复势叠加原 理及其在解决多井工作问题中的应用。M3, M43讲授3自学、作 业233.83.8用保角变换法 求解平面渗流问题保角变换（映射）的概念，变换前后相关参数的关系，保角变 换在平面渗流场中的应用。M3, M41讲授1自学、作 业243.93.9等值渗流阻力 法水电相似原理，渗流阻力法在多排井上的应用以及等值渗流阻 力的计算方法。M3, M42讲授、讨 论2作业、研 讨报告25第四章第四章弹性微可 压缩液体的不稳定 渗流本章重点及难点：重点是不稳定渗流物理过程、无限大地层线 源解及其应用、叠加原理在不稳定渗流问题尤其是变产量叠加 问题的应用；难点是无限大地层线源解的求解方法和过程，变/产量生产时压降叠加的实质内涵。264. 14.1不稳定渗流的 物理过程不同内外边界条件下不稳定渗流的物理过程、特点，从驱动能 量的角度分析压力变化的实质。Ml, M21讲授1自学、作 业274.24. 2弹性不稳定渗 流无限大地层线源 解求解无限大地层弹性不稳定渗流的数学模型，分析典型解的特 点，近似解的适用条件。Ml, M22讲授2自学、作 业284.34. 3弹性不稳定渗 流有界地层典型解介绍求解有界地层弹性不稳定渗流问题的思路及解的形式。M3, M41讲授1自学、作 业294.44. 4弹性不稳定渗 流的叠加与映射多井同时工作时的压降叠加原理，井以阶梯状变产量生产时的 压降计算，镜像反映理论的应用。M3, M41讲授1自学、作 业304.54. 5圆形封闭地层 中心一口井拟稳态 时的近似解介绍求解圆形封闭地层中心一口井拟稳态渗流问题的近似方法 及过程。M2, 41讲授1自学、作 业314.64. 6带时间变量边 界条件的不稳定渗 流一一杜哈美原理简介Duhamel原理求解渗流问题的步骤。M3, M41讲授、讨 论1自学、作 业324.74. 7油井的不稳定 试井不稳定试井的概念、分类及能解决的问题；压力降落、压力恢 复试井的基本原理及在不同条件下的应用。M3, M41讲授、讨 论1作业、研 讨报告33第五章第五章气体渗流 理论本章重点及难点：重点是气体稳定渗流与不稳定渗流的基本 解；难点是气体渗流中压力函数的定义及应用。/345. 15. 1气体稳定渗 流服从线性渗流定律的气体单向、平面径向稳定渗流的求解，服 从非线性渗流定律的气体平面径向稳定渗流的求解，各种条件 下的渗流特征。Ml, M20.5讲授0.5自学、作 业355.25. 2气井的稳定试 井气井的稳定试井的原理及应用。Ml, M20.5讲授0.5自学、作 业365.35. 3气体不稳定渗 流微分方程的典型介绍不同内外边界条件下气体不稳定渗流的数学模型及典型 解。30.5讲授0.5自学、作 业解375.45. 4气井的不稳定 试井气井压力降落、压力恢复试井的原理、分析方法及应用。30.5讲授0. 5自学、作 业38A-/v- > -vS- 弟八早第六章两相渗流 理论本章重点及难点：重点是活塞式水驱油过程中产量与油水粘度 的关系、分流量方程以及非活塞式水驱油的影响因素、饱和度 分布及变化规律，等饱和度面移动方程、前缘含水饱和度、平 均含水饱和度方程，见水时间及采出程度计算，油气两相稳定 渗流与不稳定渗流的分析；难点是Buckley-Leverett水驱油理 论，油气两相不稳定渗流的求解。/396. 16.1两相渗流的基 本特点介绍两相界面、气体压缩性、溶解等特点，油气两相渗流的过 程。Ml, M22讲授2自学、作 业406.26.2活塞式水驱油考虑油水粘度差异的单向渗流、水平径向渗流的产量、见水时 间求解方法及其与油水粘度的关系。M2, M31讲授1自学、作 业416.36. 3非活塞式水驱 油水驱油的非活塞性特点及其影响因素、油水两相渗流的 Buckley-Leverett水驱油理论、油水两相渗流区的渗流阻力及 产量变化规律。M3, M44讲授、讨 论4作业、研 讨报告426.46. 4油气两相稳定 渗流油气两相渗流的生产气油比，油气两相平面径向稳定渗流的求 解。M3, M40.5讲授、讨 论0. 5自学、研 讨436.56. 5油气两相不稳 定渗流介绍含油饱和度、平均地层压力的变化规律，应用稳定状态逐 次替换法求解油气两相不稳定渗流问题。M3, M40.5讲授、讨 论0.5作业44第七章第七章复杂渗流 理论选讲本章重点及难点：重点是水平井渗流、双重介质渗流理论，难 点是多分支井、压裂水平井渗流理论及应用。/457. 17.1水平井渗流理 论介绍水平井近井渗流规律描述、多分支井渗流理论、压裂水平 井渗流理论、水平并非稳态流动。M3, M40.5讲授、讨 论0.5自学、研 讨467.27. 2双重介质渗流 理论介绍双重介质渗流模型、求解及应用进展。M3, M40.5讲授、讨 论0.5自学、研 讨477.37. 3非常规储层渗介绍页岩气、致密油、页岩油、煤层气、天然气水合物、地热M3, M40.5讲授、讨0. 5自学、研流理论储层、水溶气等非常规储层渗流进展。论讨487.47. 4其他复杂渗流 理论介绍非牛顿流体渗流、物理化学渗流等的研究进展。M3, M40.5讲授、讨 论0. 5自学、研 讨四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1MOOC学习1、中国大学MOOC平台学习，完成各章节及期末考试题。2、成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交评分。单元测验占40鼠课程讨论占10%,结课考试占50%。3、考核学生自主学习效果，考核学生对油气渗流力学基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问 题的能力，题型主要有单选、多选、判断等题型。20%2课堂测试 及研讨1、课堂测试题目紧扣学习内容，结合油田矿场实际问题，拓展应用；教学进度时间安排，建议课堂测试为6次以上， 研讨每章至少开展一次。2、采用百分制，根据完整性、准确性等进行评分。3、考核学生对知识的理解、对生产实际问题的思考、分析、解决的能力，题型不限。10%3平时作业1、每周布置23道题目，平均每次课1道题以上。2、成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3、考核学生对油气渗流力学基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决复杂问题的能力，题型主要 有作图、分析和计算题。20%4研究性学习（大作业）1、本课程要求针对油气渗流领域热点问题，建立研究对象的渗流模型，利用Matlab等现代工具设计出解决油气渗流问 题的求解、实验方案。2、根据模型建立情况和解决方案的准确性评分。10%5期末考试1、闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分10。分。2、主要考核学生对渗流力学知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有简答 题、作图题、分析题、计算题等。40%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1MlM00C学习30%（见MOOC在线学习评分标准）2M2M00C学习30%（见M00C在线学习评分标准）3Ml课堂测试 及研讨10%（见课堂测试评分标准）4M2课堂测试 及研讨10%（见课堂测试评分标准）5M3课堂测试 及研讨10%（见课堂测试评分标准）6Ml平时作业20%A-独立思考、按时完成，作图标准，解题思路清晰、步骤完整、格式规范、答案准确。B-独立思考、按时完成，作图比较标准，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式规范、答案准确。C-独立思考、按时完成，作图比较标准，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较规范、答案准确。D-作业抄袭，未能按时完成，作图不标准，解题思路混乱。7M2平时作业20%A-独立思考、按时完成，作图标准，解题思路清晰、步骤完整、格式规范、答案准确。独立思考、按时完成，作图比较标准，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式规范、答案准确。c-独立思考、按时完成，作图比较标准，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较规范、答案准确。 D-作业抄袭，未能按时完成，作图小标准，解题思路混乱。8M3平时作业30%A-独立思考、按时完成，作图标准，解题思路清晰、步骤完整、格式规范、答案准确。B-独立思考、按时完成，作图比较标准，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式规范、答案准确。c-独立思考、按时完成，作图比较标准，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较规范、答案准确。D-作业抄袭，未能按时完成，作图不标准，解题思路混乱。9M4平时作业20%A-独立思考、按时完成，作图标准，解题思路清晰、步骤完整、格式规范、答案准确。B-独立思考、按时完成，作图比较标准，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式规范、答案准确。C-独立思考、按时完成，作图比较标准，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较规范、答案准确。D-作业抄袭，未能按时完成，作图小标准，解题思路混乱。10M3研究性学40%A-独立思考、按时完成；研究思路清晰、应用方法正确、过程完整、成果可靠。格式规范。习（大作 业）B-独立思考、按时完成；研究思路较清晰、应用方法合理、过程较完整、成果可靠；格式较规范。 c-独立思考、按时完成；研究思路较清晰、应用方法合理、过程较完整、成果较可靠；格式欠规范。 D-独立思考较少，未能按时完成，研究思路混乱，格式不规范。11M4研究性学习（大作业）70%A-独立思考、按时完成；研究思路清晰、应用方法正确、过程完整、成果可靠。格式规范。B-独立思考、按时完成；研究思路较清晰、应用方法合理、过程较完整、成果可靠；格式较规范。 c-独立思考、按时完成；研究思路较清晰、应用方法合理、过程较完整、成果较可靠；格式欠规范。 D-独立思考较少，未能按时完成，研究思路混乱，格式不规范。12Ml期末考试40%（见试卷评分标准）13M2期末考试40%（见试卷评分标准）14M3期末考试20%（见试卷评分标准）15M4期末考试10%（见试卷评分标准）评分等级说明：A, B, C, D = 90-100, 75-89, 60-74, 0-59;六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书1油气层渗流力学，张建国、侯健、雷光伦、，中国石油大学出版社，2009. （*主教材）2图书油气层渗流力学，葛家理，石油工业出版社，1982.3图书油气地下渗流力学，郎兆新，石油大学出版社，2001.4图书1渗流力学，翟云芳，石油工业出版社，2003.5图书1渗流力学，王晓冬，石油工业出版社，2006.6图书1油气层渗流力学，李治平，石油工业出版社，2001.