低滲透砂巖油藏水鎖損害影響因素研究

刁紅霞 王彥興 熊超

摘 要：綜合研究各類因素對水鎖損害的影響程度，對低滲透砂巖油藏的水驅開發(fā)極為重要。以輪古7井區(qū)為例，在定性分析水鎖損害影響因素的基礎上，確定水鎖損害的主要影響因素。然后用灰色關聯(lián)分析法和相關分析法定量地分析各影響因素，并求出各因素的關聯(lián)度和權重系數(shù)，最后通過室內評價實驗對理論結果進行驗證。研究表明：兩種定量分析方法得到的結果一致，并通過室內評價實驗驗證了研究結果的正確性。

關 鍵 詞：低滲透砂巖油藏；水鎖影響因素；灰色關聯(lián)分析法；相對比較法；實驗驗證

中圖分類號：TE 122 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）08-1817-04

Abstract： Comprehensive study of various influencing factors of water block damage is very important for water flooding development of low-permeability sandstone reservoirs. In this paper， taking Lungu-7 well block as an example， influencing factors of water block damage were qualitatively analyzed， the main reasons of water block damage were determined. Then quantitative analysis of these factors was carried out by grey relational analysis and relative comparison method to determine the degree of association and weight of every factors. Finally， the theoretical results were verified through laboratory experiments. The results show that the two quantitative evaluation results are consistent with laboratory experiment results.

Key words： low-permeability sandstone reservoir； water block damage factors； grey relational analysis； relative comparison method； experiment verification

油氣藏開發(fā)過程中，由于外來流體侵入儲層后難以完全排除，致使儲層的含水飽和度增加，油、氣相滲透率降低的現(xiàn)象稱之為水鎖損害，研究表明，水鎖損害是低滲油藏最主要、最嚴重的損害類型 [1，2]。通常認為地層中外來流體的毛細管力越低，水鎖損害越弱，油氣產量便越高[3]。低滲透砂巖油藏由于供流體自由流動的孔喉較小，表皮壓降通常會很大，因此發(fā)生水鎖的可能性更大[4，5]。目前，國內外學者主要側重于水鎖損害室內實驗研究及預測方法研究，但針對低滲透砂巖油藏水鎖損害影響因素的研究較少。文章以典型低滲透砂巖油藏——塔里木油田輪古7井區(qū)為例，在定性分析影響水鎖損害程度因素的基礎上，采用灰色關聯(lián)分析法及相關分析法定量分析水鎖損害影響因素的關聯(lián)度和權重系數(shù)，確定水鎖損害的主要影響因素，對制定經濟有效的“解鎖”方案、提高低滲透砂巖油藏的開發(fā)效益具有重要意義。

1 水鎖損害影響因素

從熱力學和動力學的角度分析水鎖損害影響因素，可將其分為內因和外因兩方面，其中內因包括：儲層孔滲性、孔喉半徑及分布、地層壓力、含水飽和度、粘土礦物種類及含量等；外因包括：外來流體的界面張力、潤濕性、外來流體的粘度、液相侵入深度及橫截面積、驅替壓差等[6]。

2 定性分析影響水鎖損害程度的因素

針對水鎖損害的內因和外因，結合研究區(qū)地質特征，選取儲層孔滲性、含水飽和度、界面張力、潤濕性、液相侵入深度及橫截面積、驅替壓差等作為水鎖損害的影響因素，定性分析上述因素對水鎖損害的影響程度。

（1）儲層孔滲性。滲透率越大，返排水量越多，水鎖傷害越小[7]；但水鎖損害程度與孔隙度相關性不大，總體趨勢為孔隙度越大，排除水越多。由輪古7井區(qū)20塊巖樣的孔滲性相關情況（圖1～圖2）可知，水鎖損害程度與孔隙度相關性并不大。

（2）含水飽和度。水鎖損害程度隨著注入水的不斷增加先呈減小的趨勢，但當達到一定含水飽和度后其損害程度保持不變[8]（圖3）。圖3中，滲透率損害值為各含水飽和度下油相滲透率與絕對滲透率的比值。

（3）界面張力。隨著界面張力的增大，水鎖損害程度增大[12]（圖4）。

（4）潤濕性。外來水的侵入，對于親水巖石一般造成的水鎖傷害不嚴重，而對于親油巖石，則往往會造嚴重水鎖傷害。研究井區(qū)均屬于親水性砂巖，水鎖損害程度較輕。

（5）液相侵入深度和橫截面積。液相侵入深度越深，滯留水越難排除，損害程度相應越嚴重。橫截面積越大，其可容納水量越大，產生滯留水的可能性就越大[8]。

（6）驅替壓差。水鎖損害程度隨作業(yè)的時間和其壓力增加而變大，而返排水量隨著驅替壓差的增高呈增大趨勢，但當排水量增大到一定程度時，即使壓力增加也不再有水排除[8]（圖5）。

從上述定性分析結果可知，儲層滲透率、含水飽和度、界面張力、液相侵入深度及橫截面積、驅替壓差均會在一定程度上影響水鎖損害程度，且各因素對水鎖損害的影響程度不同。但是，仍然不能確定各因素對水鎖損害的關聯(lián)度及影響權重，因此，分別采用灰色關聯(lián)法和相對比較法來定量分析上述水鎖損害影響因素。

3 定量分析水鎖損害影響因素的關聯(lián)度及權重

3.1 灰色關聯(lián)法確定水鎖損害影響因素的關聯(lián)度

灰色關聯(lián)分析就是確定系統(tǒng)之間或因素之間的關聯(lián)程度，用關聯(lián)度大小來定量描述的。它可在信息不完全的情況下對需要分析的各因素進行特定的數(shù)據(jù)處理，然后找出其在隨機因素序列間的關聯(lián)性，從而確定主要特征和主要影響因素。關聯(lián)度分析通常包括下列計算與步驟：原始數(shù)據(jù)之間的變換，計算各因素的關聯(lián)系數(shù)，求各因素的關聯(lián)度，排關聯(lián)序，列出關聯(lián)矩陣[9]。

選擇輪古7-11、7-12、7-15和輪南104四口井已有的水鎖效應作為研究對象，根據(jù)定性分析結果，選取水鎖損害率Rs為母序列，選擇儲層滲透率K（10-3μm2）、含水飽和度Swi、界面張力σ（mN/m）、液相侵入深度L（cm）、橫截面積A（cm2）、驅替壓差ΔP（MPa）作為子數(shù)列，原始數(shù)據(jù)見表1。

依據(jù)灰色關聯(lián)分析法，依次對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理、計算諸子因素與母因素的相關系數(shù)、計算關聯(lián)度并排關聯(lián)序，得到各影響因素與水鎖損害的關聯(lián)度（表2）。

將關聯(lián)度從大到小進行排序，得到關聯(lián)序。從表2可知，驅替壓差和儲層滲透率的關聯(lián)度最大，其次是含水飽和度、液相侵入深度和界面張力。

3.2 相對比較法確定水鎖損害影響因素的權重

目前確定權重的方法[8]很多，常用確定權重的方法有最小平方和法、逼近理想法、AHP法、專家咨詢法、熵值法、特征值法等。本文采用相對比較賦權法來確定權重。

通過灰色關聯(lián)分析可知，損害程度影響因素的權重會存在差異，以輪古7-11井為例確定各因素的權重系數(shù)，記為：W水鎖={K，L，ΔP，Swi，σ，A}。按照相對比較賦權法[9]確定水鎖損害諸影響因素的權重系數(shù)，計算得W水鎖={0.25，0.11，0.30，0.19，0.11，0.03}。

顯然，橫截面積A對水鎖損害的影響權重最小，故選權重系數(shù)在0.1以上的五個因素作為評價水鎖損害的因子[11]，即：驅替壓差、儲層滲透率、含水飽和度、液相侵入深度、界面張力。

通過比較灰色關聯(lián)法和相對比較法的評價結果可知，兩種定量分析方法得到的評價結果趨勢相同——驅替壓差和儲層滲透率對水鎖損害的關聯(lián)度最大、權重系數(shù)最大。故從理論上可得，驅替壓差和儲層滲透率對水鎖損害的影響最大。

4 室內評價實驗驗證

下面，通過室內評價實驗來驗證上述理論評價結論。研究水鎖效應造成的儲集層損害，必須保證沒有其它因素的干擾，因此在選取實驗巖心時需選取“五敏”弱的巖心進行實驗；并且基于水鎖的產生原理，一般易發(fā)生在滲透率低的儲集層，所以選取滲透率較低的巖心，更能較好地反映水鎖損害。

實驗方法為采用輪古7井區(qū)輪古7-11、輪古7-12、輪古7-15和輪南104的天然巖心，抽空飽和地層水，正向用濾紙過濾2遍的煤油進行恒速驅替巖心，測得巖心初始滲透率Ko，然后將一定量的模擬地層水反向驅替巖心（模擬外來水基入井液侵入過程），靜止1 h，然后再正向用煤油驅替至穩(wěn)定測得損害后滲透率Kop[12]。水鎖引起的油層損害程度由滲透率損害率Rs=（Ko-Kop）/Ko來評價，實驗結果及巖心基本參數(shù)見表3。

5 結 論

（1）通過定性分析可知，儲層滲透率、含水飽和度、界面張力、液相侵入深度及橫截面積、驅替壓差均會在一定程度上影響水鎖損害程度，且各因素對水鎖損害的影響程度不同。

（2）比較灰色關聯(lián)法和相對比較法的評價結果可知，兩種定量分析方法得到的評價結果趨勢相同——驅替壓差和儲層滲透率對水鎖損害的關聯(lián)度最大、權重系數(shù)最大。

（3）室內評價實驗結果與定量分析結果相符，驗證了理論結果的可靠性，對制定經濟有效的“解鎖”方案、提高低滲透砂巖油藏的開發(fā)效益具有重要意義。

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