[科学探索]动边界是个什么东东？ [复制链接]

●李传亮

在传统的试井模型中没有（移）动边界的概念，油井开井后，数学上压力波瞬间传遍整个地层，即整个地层都有压力降落，当然，也都有流体流动。

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自从有了启动压力梯度这个幽灵之后，渗流力学专家们也待不住了，急着把它引入了试井理论，他们提出了动边界的概念，即压力梯度小于启动压力梯度的地方流体不流动，压力梯度大于启动压力梯度的地方流体才能够流动，根据这个思想，地下流体分成了流动区和非流动区，其分界线即为流动区的外边界。由于油井不断生产，压力梯度不断变化，因此，这个外边界是不断移动的，因而被称作动边界。

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若动边界真的存在，动边界外面的地层压力是如何分布的呢？若是曲线1，则压力梯度甚高，流体肯定会流动；若是曲线2，压力梯度小，流体肯定不流动，既然流体不流动，动边界外面的压力又是如何降低的呢？这不成了动边界悖论了吗？

若是做压力恢复试井，井底附近的压力梯度较小，流体不流动；远离井底的区域，压力梯度也较小，流体也不流动；中间区域的压力梯度较大，流体流动；地层中出现了两个动边界，就是不知道中间区域的流体会往哪个方向流动？

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如此矛盾的东西，出现在科学性极强的渗流力学理论中，实属不应该，可是它却出现了，而且还很普遍，这都是启动压力梯度惹的祸，启动压力梯度这个幽灵一日不除，石油科学永无宁日也，^_^

动边界其实是假想的，因为岩层中的原油当稀薄到一定程度后，在岩石吸附力等因素的影响下，将不会流动，原有的空隙中压力达到平衡，这些就是在自然压降和当前技术手段下无法采出的油。所以动边界是为了考虑自然压降产生的一个意识形态参数。

现在都是跟风，专心做学问的人太少了

第一次听到动边界的概念，感觉挺新鲜，李老师从另外一个视角证明动边界不存在，有图有真相。
个人感觉，地下流体场的分布，是一个复杂的力学平衡过程，有泄压点，就有压力补充范围，压力补充范围能够扩展到多大，与地层的原始地层压力、孔隙度、渗透率、地下流体的粘度密度、孔喉结构特征等都有关系，同时，时间是一个重要的因素，因为，随着时间的变化，对泄压点能量补充所波及的范围就越大。就像一个沙漏，刚开始漏失所波及的范围只有渗漏点上方很小的区域，但随着时间的流逝，周边的沙子也会慢慢被波及到，所以，个人认为，动边界存在，而且是随时间变化而变化的存在

李老师直接颠覆传统了。

边界层概念是1904年德国学者L.普朗特在海德堡举行的第三届国际数学家大会上提出的。他在《具有很小摩擦的流体流动》一文中指出：“沿固体壁面的流动,可分成两个区域,在表面附近的薄层部分，流体中的内摩擦即粘性起重要作用；在该层以外的其余部分，粘性可以忽略。”也就是说，在边界层以内的流体是粘性流体,可用纳维-斯托克斯方程（见运动方程）描述；在边界层以外的流体，可视为理想流体,用欧拉方程描述。自此以后,在流体力学研究中长期存在的两条基本途径，即从经验角度研究有粘性的实际流体和从理论角度研究无粘性理想流体，得到了统一。普朗特的这篇论文是创立边界层理论的起点。边界层理论是研究边界层中粘性流体运动规律的理论，既适用于处理流体沿固体壁面的流动，也用于研究无壁面的自由湍流（如射流）。它是研究粘性流体流动的动量传递、热量传递和质量传递的理论基础。

流体力学上有边界层的概念，与动边界类似，只要是黏性流体，就存在边界层，也就是黏性层，自从普朗特提出边界层理论到现在，边界层理论一直是流体力学为数不多的难题之一！
速度越大，速度梯度越大，剪切应力越强（牛顿内摩擦力越大），边界层越薄！

呆头呆脑:外行没有搞清楚，但是我想起了几个定理供李老师参考。
1.牛顿定律和相对论。当物体的速度较低时，牛顿定律能够很好的解释、预示物体的运动。但当物体的速度接近光速的时候，牛顿定律就不适应了，要用相对论。也就是说：牛顿定律是相对论在低速条件下的近视，牛顿定律就是没有考虑 .. (2015-10-03 08:53) 

有压力梯度就有流动的趋势，只因阻力而不能流动。
没有流动就没有阻力，因阻力而不能流动。怎么向先有鸡还是先有蛋的问题。

另：从李老师的动边界问题，联想到我近期的一个问题，请教一下李老师：
煤层，因其密度和强度远小于顶底板的密度和强度，类似于三明治或肉夹馍。
那么，在煤层气井中煤层中部某一位置施加一个点源的冲击，会不会引起上下顶底板的共振？
问题是：一个确定边界、并且边界被束缚（类似于桥梁，两端被固定），这样的结构其共振频率我会算，但无边界束缚的圆盘形物体，如何计算器共振频率？可不可以借用启动压力的概念？
煤层气井对部分煤层、顶底板已经泄压，相当于泄压区的顶底板是一块自由区，而压力几乎没有卸载的区域为固定区。以这个边界作为计算顶底板自有共振频率的依据呢？

外行没有搞清楚，但是我想起了几个定理供李老师参考。
1.牛顿定律和相对论。当物体的速度较低时，牛顿定律能够很好的解释、预示物体的运动。但当物体的速度接近光速的时候，牛顿定律就不适应了，要用相对论。也就是说：牛顿定律是相对论在低速条件下的近视，牛顿定律就是没有考虑物体速度相对论的问题。
2.达西定律。在渗透率足够高（孔隙足够大）是非常成功，但是，在孔隙足够小小时，就需要非达西流来处理渗流问题。达西流就是没有考虑孔隙表面对液体的摩擦阻力和液体的各种张力。
3.如果岩石中（储层中）孔隙中的压力梯度小于孔隙对流体的摩擦阻力，那流体时不能流动的。这个摩擦阻力可不可以定义为启动压力？
4.当然，没有人定义什么速度下一定要采用相对论，而牛顿定律失效了，这个速度一般是根据误差要求而定的，如果采用牛顿定律所得的误差不能满足要求时，就采用相对论来解释。