刁紅霞 王彥興 熊超

摘 要：綜合研究各類因素對(duì)水鎖損害的影響程度，對(duì)低滲透砂巖油藏的水驅(qū)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(chǔ)上，確定水鎖損害的主要影響因素。然后用灰色關(guān)聯(lián)分析法和相關(guān)分析法定量地分析各影響因素，并求出各因素的關(guān)聯(lián)度和權(quán)重系數(shù)，最后通過室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)對(duì)理論結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。研究表明：兩種定量分析方法得到的結(jié)果一致，并通過室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了研究結(jié)果的正確性。

關(guān) 鍵 詞：低滲透砂巖油藏；水鎖影響因素；灰色關(guān)聯(lián)分析法；相對(duì)比較法；實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

中圖分類號(hào)：TE 122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(chǔ)層后難以完全排除，致使儲(chǔ)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(yán)重的損害類型 [1，2]。通常認(rèn)為地層中外來流體的毛細(xì)管力越低，水鎖損害越弱，油氣產(chǎn)量便越高[3]。低滲透砂巖油藏由于供流體自由流動(dòng)的孔喉較小，表皮壓降通常會(huì)很大，因此發(fā)生水鎖的可能性更大[4，5]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要側(cè)重于水鎖損害室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究及預(yù)測(cè)方法研究，但針對(duì)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(chǔ)上，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法及相關(guān)分析法定量分析水鎖損害影響因素的關(guān)聯(lián)度和權(quán)重系數(shù)，確定水鎖損害的主要影響因素，對(duì)制定經(jīng)濟(jì)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(xué)和動(dòng)力學(xué)的角度分析水鎖損害影響因素，可將其分為內(nèi)因和外因兩方面，其中內(nèi)因包括：儲(chǔ)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(rùn)濕性、外來流體的粘度、液相侵入深度及橫截面積、驅(qū)替壓差等[6]。

2 定性分析影響水鎖損害程度的因素

針對(duì)水鎖損害的內(nèi)因和外因，結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)特征，選取儲(chǔ)層孔滲性、含水飽和度、界面張力、潤(rùn)濕性、液相侵入深度及橫截面積、驅(qū)替壓差等作為水鎖損害的影響因素，定性分析上述因素對(duì)水鎖損害的影響程度。

（1）儲(chǔ)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(guān)性不大，總體趨勢(shì)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(guān)情況（圖1～圖2）可知，水鎖損害程度與孔隙度相關(guān)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(shì)，但當(dāng)達(dá)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(duì)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(rùn)濕性。外來水的侵入，對(duì)于親水巖石一般造成的水鎖傷害不嚴(yán)重，而對(duì)于親油巖石，則往往會(huì)造嚴(yán)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(yīng)越嚴(yán)重。橫截面積越大，其可容納水量越大，產(chǎn)生滯留水的可能性就越大[8]。

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

從上述定性分析結(jié)果可知，儲(chǔ)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(qū)替壓差均會(huì)在一定程度上影響水鎖損害程度，且各因素對(duì)水鎖損害的影響程度不同。但是，仍然不能確定各因素對(duì)水鎖損害的關(guān)聯(lián)度及影響權(quán)重，因此，分別采用灰色關(guān)聯(lián)法和相對(duì)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(guān)聯(lián)度及權(quán)重

3.1 灰色關(guān)聯(lián)法確定水鎖損害影響因素的關(guān)聯(lián)度

灰色關(guān)聯(lián)分析就是確定系統(tǒng)之間或因素之間的關(guān)聯(lián)程度，用關(guān)聯(lián)度大小來定量描述的。它可在信息不完全的情況下對(duì)需要分析的各因素進(jìn)行特定的數(shù)據(jù)處理，然后找出其在隨機(jī)因素序列間的關(guān)聯(lián)性，從而確定主要特征和主要影響因素。關(guān)聯(lián)度分析通常包括下列計(jì)算與步驟：原始數(shù)據(jù)之間的變換，計(jì)算各因素的關(guān)聯(lián)系數(shù)，求各因素的關(guān)聯(lián)度，排關(guān)聯(lián)序，列出關(guān)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(yīng)作為研究對(duì)象，根據(jù)定性分析結(jié)果，選取水鎖損害率Rs為母序列，選擇儲(chǔ)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(qū)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(guān)聯(lián)分析法，依次對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理、計(jì)算諸子因素與母因素的相關(guān)系數(shù)、計(jì)算關(guān)聯(lián)度并排關(guān)聯(lián)序，得到各影響因素與水鎖損害的關(guān)聯(lián)度（表2）。

將關(guān)聯(lián)度從大到小進(jìn)行排序，得到關(guān)聯(lián)序。從表2可知，驅(qū)替壓差和儲(chǔ)層滲透率的關(guān)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(duì)比較法確定水鎖損害影響因素的權(quán)重

目前確定權(quán)重的方法[8]很多，常用確定權(quán)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(duì)比較賦權(quán)法來確定權(quán)重。

通過灰色關(guān)聯(lián)分析可知，損害程度影響因素的權(quán)重會(huì)存在差異，以輪古7-11井為例確定各因素的權(quán)重系數(shù)，記為：W水鎖={K，L，ΔP，Swi，σ，A}。按照相對(duì)比較賦權(quán)法[9]確定水鎖損害諸影響因素的權(quán)重系數(shù)，計(jì)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(duì)水鎖損害的影響權(quán)重最小，故選權(quán)重系數(shù)在0.1以上的五個(gè)因素作為評(píng)價(jià)水鎖損害的因子[11]，即：驅(qū)替壓差、儲(chǔ)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(guān)聯(lián)法和相對(duì)比較法的評(píng)價(jià)結(jié)果可知，兩種定量分析方法得到的評(píng)價(jià)結(jié)果趨勢(shì)相同——驅(qū)替壓差和儲(chǔ)層滲透率對(duì)水鎖損害的關(guān)聯(lián)度最大、權(quán)重系數(shù)最大。故從理論上可得，驅(qū)替壓差和儲(chǔ)層滲透率對(duì)水鎖損害的影響最大。

4 室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

下面，通過室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證上述理論評(píng)價(jià)結(jié)論。研究水鎖效應(yīng)造成的儲(chǔ)集層損害，必須保證沒有其它因素的干擾，因此在選取實(shí)驗(yàn)巖心時(shí)需選取“五敏”弱的巖心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；并且基于水鎖的產(chǎn)生原理，一般易發(fā)生在滲透率低的儲(chǔ)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行恒速驅(qū)替巖心，測(cè)得巖心初始滲透率Ko，然后將一定量的模擬地層水反向驅(qū)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(qū)替至穩(wěn)定測(cè)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(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果及巖心基本參數(shù)見表3。

5 結(jié) 論

（1）通過定性分析可知，儲(chǔ)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(qū)替壓差均會(huì)在一定程度上影響水鎖損害程度，且各因素對(duì)水鎖損害的影響程度不同。

（2）比較灰色關(guān)聯(lián)法和相對(duì)比較法的評(píng)價(jià)結(jié)果可知，兩種定量分析方法得到的評(píng)價(jià)結(jié)果趨勢(shì)相同——驅(qū)替壓差和儲(chǔ)層滲透率對(duì)水鎖損害的關(guān)聯(lián)度最大、權(quán)重系數(shù)最大。

（3）室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與定量分析結(jié)果相符，驗(yàn)證了理論結(jié)果的可靠性，對(duì)制定經(jīng)濟(jì)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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