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李传亮
达西,全名亨利-菲利贝尔-加斯帕德.达西(Henry-Philibert-Gaspard Darcy,1803.6.10~1858.1.3),法国水利
工程师,渗流力学奠基人,他的实验成果开创了一门研究流体在多孔介质中流动的科学——渗流力学。Darcy生于第戎,卒于巴黎。
Darcy一生负责过运河、铁路、公路、桥梁、隧洞等各种土木工程的设计与建设工作。法国在1845年以后,由于工业迅速发展,用水量急增,开挖深井抽取地下水很盛行,促进了地下水的研究。
Darcy着重研究了地下水的流动机理,于1856年通过沙土渗流实验首先提出:通过试样的流量与试样横断面积及试样两端
测压管水头差成正比,与试样的高度成反比。国际上将此实验规律定名为达西定律,为以后流体在多孔介质中的流动规律研究奠定了基础。
Darcy在渗流力学中的地位,与Newton在物理学中的地位、Einstein在相对论中的地位完全一样,属于创始人和奠基人。渗流力学中的Darcy定律,与电学中的欧姆定律、扩散理论中的Fick定律、传热学中的傅里叶定律完全一样,都属于本构方程。
为了纪念Darcy对渗流力学的贡献,世界上把
渗透率的单位定义为Darcy(D),这与电阻的单位用欧姆(Ω)、力的单位用Newton(N)完全一样,都具有纪念意义。但是,中国1993年颁布的
标准把渗透率的单位改为μm^2,这就十分不妥了,μm^2只是孔隙横截面积的度量,远没有体现出渗透率的深刻含义。好在中国2004年又颁布了新标准,改正了过去的错误做法,又将渗透率的单位改回了D。
Darcy定律描述了低速条件下的渗流规律。若是高速渗流,多孔介质中将会出现湍流(紊流),这就需要采用1901年修正的Darcy方程,即Forchheimer方程。这就像Newton力学适合于低速运动的物体,而相对论适合于高速运动的物体一样。修正一次就够了。但
石油领域的科学家十分不满足,说低速条件下也不满足Darcy方程,还要再次进行修正。这就有点过分了,高速条件不满足Darcy方程,低速条件也不满足Darcy方程,这不就把Darcy定律给彻底否定了吗?这不就把Darcy的历史功绩给彻底抹掉了吗?
其实,Darcy定律本来就只适合于低速渗流,不能因为一些实验假象就动了否定Darcy定律的念头。迄今为止,Darcy定律成功解决了许多的油气开采问题和水资源利用问题。若没有Darcy定律,
石油工程和地下水工程都是难以想象的。因此,Darcy和Darcy定律的伟大,不是一般人所能撼动的。
我用油气运移来证明启动压力梯度的不存在,很多人说泥岩的渗透率太低,油气运移速度太慢,而油气开采的速度较快,二者不能相提并论。其实,这说明大家没有理解Darcy定律的深刻含义。根据Darcy定律,渗透率低,驱动压差小,油气流动的速度肯定慢。你若想提高油气的流动速度,可以增加驱动压差,也可以缩小注采井距;若还不满足,可以通过
压裂酸化提高渗透率,还可以通过加热降低
原油粘度。Darcy定律不是早就告诉我们该怎么做了吗?大家怎么还不满意Darcy定律呢?