Подземная гидромеханика: Практическое пособие к лабораторным занятиям, страница 2


Лабораторная работа №2

Определение коэффициента филы рации и коэффициента

проницаемости пористого слоя.

Цель работы

Исследовать режим движения жидкости (воды) при фильтрации
через слой зернистого материала. Определить коэффициент фильтрации
и проницаемости пористого слоя.

Общие сведения

Фильтрацией называется движение жидкостей газов и их смесей в
пористых и трещинноватых средах, т. е. в твердых телах, пронизанных
системой сообщающихся между собой пор и микротрещин.

Основное соотношение теории фильтрации - закон фильтрации -
устанавливает связь между скоростью фильтрации (расходом) и распределением напоров (давлений), которое вызывает фильтрационное течение.

Простейшим законом фильтрации является закон фильтрации Дарси который устанавливает линейную зависимость между объемным рас-
ходом Q (скоростью фильтрации со) несжимаемой жидкости и потерей
напора, приходящейся на единицу длины:

  (1)

или

 (2)

H1 и Н2 - полные напоры в начальном и конечном сечениях пористого слоя;
S - площадь поперечного сечения пористого слоя;
КФ - коэффициент фильтрации, зависящий как от свойств пористой

среды, так и от свойств (вязкости) фильтрующейся жидкости;

ф]=м/с .


В подземной гидромеханике фильтрационные свойства пористой
среды характеризуются коэффициентом проницаемости К, связанным с
коэффициентом фильтрации КФ соотношением:

 или   (3)

где µ - динамический коэффициент вязкости флюида.

Коэффициент проницаемости К зависит только от свойств пористой
среды и не зависит от свойств фильтрующегося флюида:

[К]=м2.

Проницаемость нефтяных и газовых пластов измеряется специальными единицами, называемыми дарси (Д):

1Д= 1.02·10-12 м2
     С учетом коэффициента проницаемости закон фильтрации Дарси в
дифференциальной форме записывается в виде:

(4)

Линейный закон фильтрации Дарси удовлетворительно описывает
фильтрационные течения нефти, газа, грунтовых вод при ламинарном
режиме фильтрации. При неламинарной фильтрации, а также очень ма-
лых скоростях фильтрации обнаруживается существенное отклонение
реальных фильтрационных течений от линейного закона Дарси. -

Описание опытной установки

Принципиальная схема опытной установки приведена на рис.2.
Вертикальный прозрачный цилиндр 1 заполнен зернистым материалом
(песком) определенной крупности.
Через слой зернистого материала
фильтруется вода, поступающая в
цилиндр из напорного резервуара 2
по гибкому шлангу 3 с краном 4.
Высота напорного резервуара может
изменяться с помощью трубчатой
опоры 5. Высота (напор) И
измеряется с помощью линейки 6.
Расход фильтрующейся жидкости
измеряется объемным методом с
помощью мерного стакана и
секундомера.

                                                                                                      Рис.2.


 Порядок выполнения работы

1. Подготовить лабораторную установку к работе. Для этого заполнить напорный резервуар 2 водой до отметки, открыть кран 4 и дожи-
даться, когда жидкость начнет стекать в стакан. Затем закрыть кран 4.

2. Установить максимальный напор Н, дополнить напорный резервуар 2 до отметки, подставить чистый мерный стакан под цилиндр 1, от-
крыть кран 4 и включить секундомер. Наполнить мерный стакан до от-
метки, засекая время по секундомеру, закрыть кран 4. Воду из мерного
стакана вылить в напорный резервуар 2. Записать показания термометра в
напорном резервуаре.

3. Провести 5 ÷ 6 опытов, меняя величину напора Н до минимального
уровня.

4. Данные измерений и вычислений представить в виде таблицы:

Диаметр цилиндра                                                     D=30 мм

Высота зернистого материала                                          L=76 мм

Температура воды                                                     T=… 0С

Кинематический коэффициент вязкости воды                          ν=…. см2

Напор

H

см

Объем воды в мерном стакане

W

см3

Время наполнения мерного стакана

T

с

Расход воды через пористый слой

Q

см3

Коэффициент фильтрации

Kф

см/с

Коэффициент проницаемости

K

см2

 ;  ;