美國地質調查局對全球常規石油儲量增長的評估

黎斌林，申 維

（中國地質大學 （北京）地球科學與資源學院，北京100083）

儲量增長是指在已發現的常規油氣聚集區內，預估潛在剩余油氣儲量的增加量。儲量增長是從一些個別的油田的對可開采資源量（Recovery Resources）的增長預估進而最終影響到未來油氣儲量的增長。在地質學領域，儲量增長主要是通過以下三種方式。

1）通過描繪石油地質儲量附加以增加地質可信程度。主要通過加密鉆井（infill drilling）；新的儲層；油藏以及產油帶的增加；探明油氣儲層區域的擴大而實現儲量增加。

2）通過提高采收率的操作實踐的進步而實現儲量增加。這些實踐包括油氣井的增產措施；重新完井；滯油區的新完井和改善采收率。

3）通過重新核算儲量參數進行儲量修正。油氣的勘探開發受到不斷變化的經濟因素，特別是油氣的價格，成本等因素的變化的影響；不斷變化的開采技術；政治或者規制條件的變化等因素都會影響到儲量的經濟可行性程度。

儲量增長的核心是加密鉆井，注水井增注以及完井等。這些技術都對石油聚集區的儲量增長有較大的影響（Klett，2005［1］）。

儲量增長具有以下的特征：①儲量增長具有階段性。油田的儲量增長主要分為三個階段：初始階段，儲量增長迅速階段，儲量增長回落階段與儲量增長萎縮階段。②不同油田的儲量增長差別較大，同一區域內不同油田之間儲量增長也顯著不同。③同一油田的生命期內，儲量增長的來源與程度都不同。④大型油田的比小型油氣儲量的增長幅度要更大。

圖1 儲量增長機制（據文獻［1］修改）

對于已發現的油氣田，儲量增長對某個區域以及對該國的未來儲量的貢獻至關重要，特別是對于成熟的油氣區或者油氣勘探開發成熟的國家而言，儲量增長尤為重要。

關于儲量增長的來源，有學者認為定義的修正是儲量增長的重要來源，Laherrere（1999）［2］因為美國的儲量報告所要求披露的是對儲量進行保守解釋的證實儲量（1P）。而一些學者如 Mills（2008）［3］認為儲量增長的來源主要來自技術方面的進步。

許多能源研究機構都對未來石油儲量增長情況進行過預測，這些機構包括世界能源理事會（WEC）、IHS能源公司、能源觀察組（EWG）、美國地質調查局（USGS）等，其中以美國地質調查局的儲量增長預測最具權威性。因此本文對于采用美國地質調查局的儲量增長的模型以及數據。

1 影響儲量增長的因素

1.1 地質因素（Geological factors）

地質因素是指對于一個常規油氣藏，油田或者地質區域來說，由于地質知識的增加使得的最終的地質儲量估算的增長或者減少。例如，新的油氣藏或者現有油氣藏的擴展，可能通過三維地震或者其他的技術知識使得對油氣藏的體積，形態和特點能夠獲得。Drew（1997）［4］認為在一些情況之下，曾經被劃分為更小的油田通過后續的勘探活動有可能過會并入到更大的油田，實現該大油田的原始地質儲量的儲量增長。

另一個最為重要的地質因素是，油氣成藏理論從背斜到巖性油氣藏的發展。在20世紀80年代以前，在油氣成藏理論中，背斜理論是最重要的理論，在許多勘探活動中，背斜成藏成為最重要的勘探目標。從20世紀80年代之后，隨著在凹陷區以及斜坡區域的大的油氣藏的逐步的發現，巖性成藏理論，地層成藏等都不斷證實，不斷發展，勘探區域朝著盆地的凹陷區等區域發展。從背斜油氣藏到巖性油氣藏理論的逐步演變，使得儲量增長對于國家的儲量的貢獻率不斷提高。

2011年新增石油地質儲量2.02億t和1.2億t的姬塬油田和紅河油田均屬于巖性油藏，從中國2012年新增的油氣地質儲量從油氣藏類型來考量：巖性油藏占總儲量的56%，構造油藏和古潛山油藏分別占15%和12%。天然氣儲量巖性油氣藏所占比例高達58%，構造和地層氣藏占22%和18%。巖性油氣藏成為當前儲量增長的重點。但是隨之而來的是石油的勘探開發活動的難度也隨之不斷增加。主要因為巖性油氣藏在形態上呈不規則、無規律分布，儲層孔隙度以及滲透率都較低。而孔隙度和滲透率對儲層油氣資源儲量和油氣運移的效率有著至關重要的影響。所以勘探開發難度大于傳統的背斜油氣藏。

1.2 技術因素（Technological factors）

技術因素主要是指為了增加了估算采收率（recovery factor），用于提高經濟可行性石油儲量的技術。不同學者和機構對可采系數進行了評估，Meling（2003）［5］預估全球的平均采收率為29%；Laherrere（2006）［6］認為是27%；Sandrea（2007）［7］預估為22%；IEA（2008）［8］全球平均的可采系數在34%。

通過采用一些技術手段提高石油采收率（EOR）是儲量增長的重要手段。從當前的EOR的手段來看，熱力方法是最為重要的方式，CO2注入的方式近年來也得到了迅猛的發展，世界范圍的EOR相關的產量貢獻了全球日產原油3百萬桶，相對于日產8500萬桶的原油，占全球日產原油的3.5%，使用熱力方法貢獻了200萬桶。Sunil Kokal（2010）［9］，Steve Sorrell（2012）［10］認為，全球的采收率每增加1%，相應的儲量會增加80Gb。在美國，EOR水平不斷提高，采收率增加了5%之上，遠遠高于全球其他地區所使用EOR提升的水平。

1.3 定義的修正

石油儲量的定義本身就說明了石油的儲量容易受到地質條件的復雜性，經濟發展等因素，儲集層的損耗度以及可以獲取相關數據量的影響。因此，儲量的估算本身就具不確定性。并且儲量的定義都需要經濟可行性評估，所以技術的改變，油價的變化和其他經濟條件的變化都會影響到最終儲量的披露。再加上各國對于自身國家的儲量分類框架的修正等因素都會影響儲量增長。

2 儲量增長預測模型演進

美國地質調查局已經建立了多個模型用來預測油氣儲量增長，在以往的儲量增長預測模型中，儲量增長是以油氣田歷史記錄為基礎的，過去儲量的增長模式為未來儲量增長的模擬提供了基礎（Arrington，1960），因此，預測儲量增長需要具備對油田規模等進行的連續的年度評估歷史數據。美國地質調查局之所以用油田規模來模擬儲量增長是因為油氣田的儲量增長和油氣田規模的增長是相關的，在美國和幾乎世界上所有地方，通常披露的是油氣田規模而非其他類型的聚集。美國地質調查局對油氣田的定義遵循了美國能源部的定義（1990）：包括一個或多個油氣儲層的區域，這些儲層都按照某單一地質構造特征和（或）地層特征歸類或者與其相聯系。單個油氣田的各個儲層可能是在縱向上被不滲透的地層分開或者在橫向上被局部的地質阻隔物分開，當投射到地面上進行計算時，油氣田中的這些儲層可構成一個可以劃定界線的幾乎不間斷的區域。美國地質調查局把油田定義為可采氣油比（GOR）低于20000立方英尺／桶。相反，氣田的氣油比則大于或等于20000立方英尺／桶。每個油氣田規模的變化隨著時間而極其多變（Artington，1960；Marsh，1971）。2000年的評估中，美國地質調查局的儲量增長模型采用的是統計學的方法，這樣便可以用所有油氣田（通常以年齡分組）的體積變化而不是用各個油氣田中觀察到的變化來建立模型。儲量增長的預測模型是累積概算儲量（2P）與增長因子的乘積。儲量增長模型為

α和β通過CGF數據回歸得到，分別為1.75752和0.30050（對于油田而言），YSD是時間范圍（1～95）。USGS報告中所提出的CGF增長函數是修正與Arriton的模型。Arriton，1960第一個提出了儲量增長模型。Arriton將油田的在e和e＋1間年預估的儲量增長通過一個儲量比率來用公式（2）表示，變量c（d，e）分別是在d年和e年估算的油氣儲量。

設E（d，e）為d年發現的所有油田的可采儲量，e為進行預測的年份。Arrington使用3年移動平均的年儲量增加為基礎的年儲量增長系數，只需要三步驟確定系數：首先建立起能夠追溯到發現年的累計初始儲量以及后續所發現的儲量；儲量發現后的每一年的石油儲量；通過過去一年的儲量與當年儲量的比值來計算每年的儲量增長系數。

Verma（2005）在使用CGF對1992～1996年本土的石油儲量增長的數據進行驗證時證實，利用CGF方法處理的儲量增長與實際儲量增長之間的誤差在0.3%左右，而利用Arrington方法所計算出來的儲量增長與實際的儲量增長高1.03%（圖2）。

圖2 美國本土1992～1996年儲量增長預測與實際增長對比

在2012年USGS對全球和美國的儲量增長的評估中，提出了集合評估方法（Aggregated assessment）。這一方法主要包括兩方面：個體聚集分析（Individual Accumulation Analysis）和統計方法（主要是前述CGF法）。最終的結果是個體累積分析的結果與統計方法的結合最終進行集合。在新的儲量增長評估中，USGS使用CGF法去計算累計儲量增長，而不用于個體的分析。

個體聚集分析（Individual Accumulation Analysis）主要包括：地質儲量及其不確定性的評估，預測可采儲量及其不確定性的預測。圖3所示為地質儲量確定最小值；均值和最大值的參數，且都服從正態分布。其中最小值不能小于累計產量。三個參數都需要與一個完整的聚集過程需要乘以均值采收率。采收率呈三角形分布。最終的結果就是最終可采儲量。在每一個核算的迭代過程中，最終可采儲量與探明可采儲量之差就是儲量增長。USGS對常規油氣聚集區的定義是基于地質意義上的定叉。一個常規油氣聚集區是一個不連續聚集區，該聚集區常由主要受石油在水中的浮力控制的下傾水界面界定。

圖3 個體聚集分析模型［11］

2 全球石油儲量增長預測

USGS對于儲量增長的評估分為美國和美國以外的世界。USGS在2000年預估在1996～2025年之間，在1996年之前所發現的128個預評估的地質區中，預估有儲量增加6120億桶的原油，天然氣為3305tcf（萬億立方英尺），Klett（2005）［1］在后續的評估的再評價中進行核實，認為1996～2003年，儲量增加了1710億桶石油，僅僅是在27%的時間段內，已經占了累計30年的儲量增長的28%。天然氣儲量增加了1699tcf，占了51%。

Steve Sorell（2012）［10］使用2000～2007年IHS能源PEPS數據庫驗證儲量增長是否有效，在2000～2007年，全球2000年所發現油田，累計的概算儲量（2P）增長了11%。這一數據包含了美國的數據。如果沒有美國的數據，那么2000～2007年儲量增長了13.9%。反映出美國以外國家的儲量增長對全球儲量的貢獻率。作為最大的儲量增長貢獻國的沙特阿拉伯和第二名的伊朗之間的儲量增長相差高達23%左右，而且大多數儲量增長的油田都是發現在1986年之前的油田。最近發現的油田對于儲量增長的貢獻率很小。

因此，我們可以發現，USGS之前的儲量增長模型對于儲量增長的預測都存在普遍較高的現象。USGS自身也意識到自己的問題。所以就修正了之后的模型。除了模型的因素之外，儲量增長數據的偏高的現象還會受到許多國家對于儲量評估的標準較為寬松，沒有像美國儲量探明儲量的披露那樣嚴格，以及部分國家夸大儲量等因素的影響，所以限制了全球范圍的石油儲量增長。

USGS（2012）對全球的儲量增長評估預測使用了新的方法，也就是個體聚集分析方法，這一預測是建立在美國的儲量增長評估的基礎之上，也就是首先對68個大的石油聚集的研究為全球范圍的儲量增長的研究提供地質儲量不確定性和采收率的概率分布。概率分布都被運用到類比美國以外的大的油田。USGS對地質儲量超過5億桶的1814個油田（約占世界油氣田總數的80%，其余20%的油氣田地質儲量小5億t）的研究發現，世界（除美國）的石油的儲量增長平均值約為6650億桶（圖4）。

之前，USGS對美國儲量增長的預測根據歷史統計的數據，運用的曲線擬合（curve－fitting）回歸分析方法。在2012年對美國的儲量增長的評估中，使用了最新的的方法，運用個聚集體累積分析方法對55個油田中的68個常規聚集評估，占美國總體儲量增長的70%左右。所計算的平均的儲量增長為220億桶油當量，運用統計方法所核算出的儲量增長為100億桶。最終的美國石油的儲量增長的結果就是二者之和為320億桶油當量。其中，對于美國儲量增長貢獻率最大的仍然是阿拉斯加和太平洋沿岸，盡管分布的油氣田數目占美國總油氣田數的10%都不到，但是卻占了總的儲量增長的63.2%。

與2000年的儲量增長的結果對比發現，2012年采用新模型所計算的儲量增長的增幅為8%，其中美國的儲量增長相較2000年，降幅高達61.9%。若包含了液態天然氣以及美國的數據，全球石油儲量增長的均值反下降近10%。反映出USGS新的模型對于其之前舊儲量增長預測模型容易造成預測結果偏高缺陷的修正（圖4）。

圖4 全球潛在常規石油儲量增長評估［12－13］

3 結論與討論

儲量增長對于全球的石油供應至關重要，影響到未來石油供應安全。USGS的儲量增長評估是全球范圍內最具權威性的機構，而且不斷修正其原有模型，2012年的儲量增長模型中提出了個體聚集分析模型，一定程度上改善了以往的模型夸大儲量增長的缺陷。經核算，USGS對地質儲量超過5億桶的1814個油田，約占世界油氣田總數的80%的油田研究發現，世界（除美國）的石油的儲量增長平均值約為6650億桶。在對美國55個油田中的有68個常規聚集評估發現，最終的美國石油的儲量增長量為320億桶。若包含了液態天然氣，則全球的石油儲量增長約為7230億桶。

［1］Klett T R，Gautier D L，Ahlbrandt T S.An evaluation of the U.S.Geological Survey World Petroleum Assessment 2000［R］.American Association of Petroleum Geologists Bulletin，2005，89（8）：1033－1042.

［2］Laherrere.Challenges and Concepts for Long Term Oil and Natural Gas Supply Modeling［EB／OL］.http：∥ www.pewclimate.org／events／conf ＿presentations／snowmass ＿kuuskraa.pdf.

［3］Mills，Robin M.The myth of the oil crisis：overcoming the challenges of depletion，geopolitics，and global warming［M］.2008.

［4］Drew L J.Undiscovered Petroleum and Mineral Resources：assessment and controversy［M］.1997.

［5］Meling L.How and for how long it is possible to secure a sustainable growth of oil supply.［EB／OL］.http：∥www.bfe.admin.ch／php／modules／publikationen／stream.php？extlang＝en＆name＝en＿830170164.pdf.2003.

［6］Laherrere J.Oil and gas：what future？Groningen annual energy convention.［EB／OL］.http：∥www.oilcrisis.com／Laherrere／groningen.pdf.

［7］Sandrea I，Sandrea R.Global oil reserves：Recovery factors leave vast target for EOR technologies.Oil and Gas Journal，2007，105（10）：44－59.

［8］IEA.World Energy Outlook，2008.

［9］Sunil Kokal.Enhanced oil recovery：challenges ＆opportunities ［R］.World Petroleum Council：Official Publication 2010.

［10］Steve Sorrell.Shaping the global oil peak：A review of the evidence on field sizes，reserve growth，decline rates and depletion rates［J］.Energy，2012，37（1）：709－724.

［11］Klett T R，et al.New U.S.Geological Survey method for the assessment of reserve growth［R］.U.S.Geological Survey.2011.09.

［12］Assessment of Potential Additions to Conventional Oil and Gas Resources in Discovered Fields of the United States from Reserve Growth［R］.U.S.Geological Survey.2012.08.

［13］Assessment of Potential Additions to Conventional Oil and Gas Resources in Discovered Fields of the United States from Reserve Growth［R］.U.S.Geological Survey.2012.08.