低渗透砂岩油藏水锁损害影响因素研究

刁红霞 王彦兴 熊超

摘 要：综合研究各类因素对水锁损害的影响程度，对低渗透砂岩油藏的水驱开发极为重要。以轮古7井区为例，在定性分析水锁损害影响因素的基础上，确定水锁损害的主要影响因素。然后用灰色关联分析法和相关分析法定量地分析各影响因素，并求出各因素的关联度和权重系数，最后通过室内评价实验对理论结果进行验证。研究表明：两种定量分析方法得到的结果一致，并通过室内评价实验验证了研究结果的正确性。

关 键 词：低渗透砂岩油藏；水锁影响因素；灰色关联分析法；相对比较法；实验验证

中图分类号：TE 122 文献标识码： A 文章编号： 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

油气藏开发过程中，由于外来流体侵入储层后难以完全排除，致使储层的含水饱和度增加，油、气相渗透率降低的现象称之为水鎖损害，研究表明，水锁损害是低渗油藏最主要、最严重的损害类型 [1，2]。通常认为地层中外来流体的毛细管力越低，水锁损害越弱，油气产量便越高[3]。低渗透砂岩油藏由于供流体自由流动的孔喉较小，表皮压降通常会很大，因此发生水锁的可能性更大[4，5]。目前，国内外学者主要侧重于水锁损害室内实验研究及预测方法研究，但针对低渗透砂岩油藏水锁损害影响因素的研究较少。文章以典型低渗透砂岩油藏——塔里木油田轮古7井区为例，在定性分析影响水锁损害程度因素的基础上，采用灰色关联分析法及相关分析法定量分析水锁损害影响因素的关联度和权重系数，确定水锁损害的主要影响因素，对制定经济有效的“解锁”方案、提高低渗透砂岩油藏的开发效益具有重要意义。

1 水锁损害影响因素

从热力学和动力学的角度分析水锁损害影响因素，可将其分为内因和外因两方面，其中内因包括：储层孔渗性、孔喉半径及分布、地层压力、含水饱和度、粘土矿物种类及含量等；外因包括：外来流体的界面张力、润湿性、外来流体的粘度、液相侵入深度及横截面积、驱替压差等[6]。

2 定性分析影响水锁损害程度的因素

针对水锁损害的内因和外因，结合研究区地质特征，选取储层孔渗性、含水饱和度、界面张力、润湿性、液相侵入深度及横截面积、驱替压差等作为水锁损害的影响因素，定性分析上述因素对水锁损害的影响程度。

（1）储层孔渗性。渗透率越大，返排水量越多，水锁伤害越小[7]；但水锁损害程度与孔隙度相关性不大，总体趋势为孔隙度越大，排除水越多。由轮古7井区20块岩样的孔渗性相关情况（图1～图2）可知，水锁损害程度与孔隙度相关性并不大。

（2）含水饱和度。水锁损害程度随着注入水的不断增加先呈减小的趋势，但当达到一定含水饱和度后其损害程度保持不变[8]（图3）。图3中，渗透率损害值为各含水饱和度下油相渗透率与绝对渗透率的比值。

（3）界面张力。随着界面张力的增大，水锁损害程度增大[12]（图4）。

（4）润湿性。外来水的侵入，对于亲水岩石一般造成的水锁伤害不严重，而对于亲油岩石，则往往会造严重水锁伤害。研究井区均属于亲水性砂岩，水锁损害程度较轻。

（5）液相侵入深度和横截面积。液相侵入深度越深，滞留水越难排除，损害程度相应越严重。横截面积越大，其可容纳水量越大，产生滞留水的可能性就越大[8]。

（6）驱替压差。水锁损害程度随作业的时间和其压力增加而变大，而返排水量随着驱替压差的增高呈增大趋势，但当排水量增大到一定程度时，即使压力增加也不再有水排除[8]（图5）。

从上述定性分析结果可知，储层渗透率、含水饱和度、界面张力、液相侵入深度及横截面积、驱替压差均会在一定程度上影响水锁损害程度，且各因素对水锁损害的影响程度不同。但是，仍然不能确定各因素对水锁损害的关联度及影响权重，因此，分别采用灰色关联法和相对比较法来定量分析上述水锁损害影响因素。

3 定量分析水锁损害影响因素的关联度及权重

3.1 灰色关联法确定水锁损害影响因素的关联度

灰色关联分析就是确定系统之间或因素之间的关联程度，用关联度大小来定量描述的。它可在信息不完全的情况下对需要分析的各因素进行特定的数据处理，然后找出其在随机因素序列间的关联性，从而确定主要特征和主要影响因素。关联度分析通常包括下列计算与步骤：原始数据之间的变换，计算各因素的关联系数，求各因素的关联度，排关联序，列出关联矩阵[9]。

选择轮古7-11、7-12、7-15和轮南104四口井已有的水锁效应作为研究对象，根据定性分析结果，选取水锁损害率Rs为母序列，选择储层渗透率K（10-3μm2）、含水饱和度Swi、界面张力σ（mN/m）、液相侵入深度L（cm）、橫截面积A（cm2）、驱替压差ΔP（MPa）作为子数列，原始数据见表1。

依据灰色关联分析法，依次对原始数据进行标准化处理、计算诸子因素与母因素的相关系数、计算关联度并排关联序，得到各影响因素与水锁损害的关联度（表2）。

将关联度从大到小进行排序，得到关联序。从表2可知，驱替压差和储层渗透率的关联度最大，其次是含水饱和度、液相侵入深度和界面张力。

3.2 相对比较法确定水锁损害影响因素的权重

目前确定权重的方法[8]很多，常用确定权重的方法有最小平方和法、逼近理想法、AHP法、专家咨询法、熵值法、特征值法等。本文采用相对比较赋权法来确定权重。

通过灰色关联分析可知，损害程度影响因素的权重会存在差异，以轮古7-11井为例确定各因素的权重系数，记为：W水锁={K，L，ΔP，Swi，σ，A}。按照相对比较赋权法[9]确定水锁损害诸影响因素的权重系数，计算得W水锁={0.25，0.11，0.30，0.19，0.11，0.03}。

显然，横截面积A对水锁损害的影响权重最小，故选权重系数在0.1以上的五个因素作为评价水锁损害的因子[11]，即：驱替压差、储层渗透率、含水饱和度、液相侵入深度、界面张力。

通过比较灰色关联法和相对比较法的评价结果可知，两种定量分析方法得到的评价结果趋势相同——驱替压差和储层渗透率对水锁损害的关联度最大、权重系数最大。故从理论上可得，驱替压差和储层渗透率对水锁损害的影响最大。

4 室内评价实验验证

下面，通过室内评价实验来验证上述理论评价结论。研究水锁效应造成的储集层损害，必须保证没有其它因素的干扰，因此在选取实验岩心时需选取“五敏”弱的岩心进行实验；并且基于水锁的产生原理，一般易发生在渗透率低的储集层，所以选取渗透率较低的岩心，更能较好地反映水锁损害。

实验方法为采用轮古7井区轮古7-11、轮古7-12、轮古7-15和轮南104的天然岩心，抽空饱和地层水，正向用滤纸过滤2遍的煤油进行恒速驱替岩心，测得岩心初始渗透率Ko，然后将一定量的模拟地层水反向驱替岩心（模拟外来水基入井液侵入过程），静止1 h，然后再正向用煤油驱替至稳定测得损害后渗透率Kop[12]。水锁引起的油层损害程度由渗透率损害率Rs=（Ko-Kop）/Ko来评价，实验结果及岩心基本参数见表3。

5 结 论

（1）通过定性分析可知，储层渗透率、含水饱和度、界面张力、液相侵入深度及横截面积、驱替压差均会在一定程度上影响水锁损害程度，且各因素对水锁损害的影响程度不同。

（2）比较灰色关联法和相对比较法的评价结果可知，两种定量分析方法得到的评价结果趋势相同——驱替压差和储层渗透率对水锁损害的关联度最大、权重系数最大。

（3）室内评价实验结果与定量分析结果相符，验证了理论结果的可靠性，对制定经济有效的“解锁”方案、提高低渗透砂岩油藏的开发效益具有重要意义。

参考文献：

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