數值模擬在壓降法計算氣藏動儲量中的應用

張子為，衛國峰，趙雅慶，李 浩，周 賢，孟盼龍，張喜平

（1.中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500；2.中國石油華北油田分公司勘探開發研究院，河北任丘 062550）

數值模擬在壓降法計算氣藏動儲量中的應用

張子為1，衛國峰1，趙雅慶1，李 浩1，周 賢2，孟盼龍1，張喜平1

（1.中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500；2.中國石油華北油田分公司勘探開發研究院，河北任丘 062550）

壓降法是計算氣藏動儲量的常用方法。準確獲取平均地層壓力是評價氣藏動儲量的關鍵，但實際生產中普遍存在測壓數據點少的問題。如果氣藏（井）實測壓力數據點少于3個，計算精度將難以保證。提出了運用數值模擬方法獲取井點面積加權平均地層壓力進而求取氣藏（井）動儲量的方法：首先必須高質量完成氣藏歷史擬合，然后根據單井泄流半徑確定所涉及的井周網格數，將泄流面積內的網格壓力取平均值，最后各井地層壓力平均得到整個氣藏的面積加權地層壓力。目前，數值模擬技術已經得到了廣泛的推廣和應用，通過這種方法即可以較好地計算壓降法動儲量。

動儲量；壓降法；數值模擬；平均地層壓力

1 壓降法

氣藏可動儲量是指在現有工藝技術和目前井網及開采方式的條件下，已開發地質儲量中投入生產直至天然氣產量和波及范圍內的地層壓力降為零時，可以從氣藏中流出的天然氣總量[1]。常用的氣藏（井）動儲量評價方法有：壓降法（又稱定容封閉氣藏物質平衡法）、產量不穩定法、彈性二相法、產量遞減法等[2-5]。壓降法具有應用簡便、精度高等優點，是最常用的方法。

1.1 壓降法原理

定容氣藏，也常被稱為定容封閉性氣藏或定容消耗式氣藏。該氣藏沒有水驅作用，或邊底水很不活躍，定容氣藏的物質平衡方程式為：

由式（3）可以看出，定容氣藏的視地層壓力（p/Z）與累積產氣量（Gp）成直線下降關系。對于封閉性氣藏，只要已經確知原始地層視壓力（pi/Zi），以及投產后任兩個視地層壓力（p/Z）測點和相應的累積產氣量（Gp），即可由式（4）計算出氣藏的原始地質儲量。本方法一般要求采出程度大于10%，采出程度過低，壓力產量誤差對計算結果影響較大，壓力數據越多，分析越準確[6]。

1.2 壓降法應用現狀

對于單井動儲量的計算，只需有兩個以上的壓力恢復測試數據即可。

對于氣藏動儲量的計算，一般需要在某時間段（一般可以取一年）內有多個井點的測壓數據，然后采用井點面積加權平均的方法計算平均地層壓力。或者將工區所有氣井動儲量求和，也可用于評價氣藏動儲量。但由于存在井間壓力干擾，這樣計算得到的氣藏動儲量一般偏大。

從以上分析不難看出，準確求取氣藏（井）動儲量的關鍵在于準確獲取地層壓力。在科研生產實踐中，通常采用的是動態監測法獲取地層壓力，即通過現場下入壓力計來測試或解釋井底流壓、地層靜壓等數據，這種方法直接、可靠。但常常受制于惡劣的地理環境和氣候、降低投資成本和人力成本、維持開井時率等因素，客觀上普遍存在測壓數據點少的問題。一旦氣藏（井）實測壓力數據點少于3個，評價精度將難以保證。

特別對于人工壓裂低滲氣藏，由于低滲造成的壓力傳導速度慢，氣井動儲量是逐漸增大的，壓力點數量少和數據陳舊也會導致評價動儲量偏小。由于以上因素的影響，壓降法的應用受到一定的限制，還不能完全滿足科研生產需要。本文提出了運用數值模擬方法獲取井點面積加權平均地層壓力、進而求取氣藏（井）動儲量的方法，可以較好解決上述問題。近幾十年，數值模擬已在國內外開展了大量研究和應用，已屬于常規成熟技術，但此方法獲取地層壓力、計算動儲量在國內尚未專門提出。

2 數值模擬法求平均地層壓力

眾所周知，數值模擬方法是將連續的地層屬性離散成網格參數，并輸入計算機模擬軟件進行求解運算的。建立了完善的數值模型并完成與生產動態數據的吻合之后，可以得到模型任一時間下、任一網格點的地層壓力。因此，通過數值模擬、油藏工程方法確定氣井的泄流面積后，可以根據每個網格點的壓力通過一定的運算來得到本井泄流面積范圍內的平均地層壓力。進而，對工區內所有氣井地層壓力進行算數平均就得到了氣藏平均地層壓力。注意，不可選用FPR關鍵字，它表示油藏平均壓力，包含了未被控制和波及到地層的壓力，這部分地層壓力如果參與平均，必然會導致所得地層壓力偏高，進而導致評價得到氣藏動儲量偏高。

圖1 不同泄流半徑對應的壓力范圍

假設某區數值模型平面網格步長為100 m，現已知某井泄流半徑為100 m，泄流面積31 400 m2，則可以選取井周3個網格點的壓力進行平均（圖1a所示情形）；若已知某井泄流半徑為125 m，則可以選取井周5個網格點的壓力進行平均（圖1b所示情形）；若已知某井泄流半徑為170 m，則可以選取井周9個網格點的壓力進行平均（圖1c所示情形）。其余情形可據此類推，為應用簡便并兼顧精度可適當作近似（見表1）。對于井周1網格點、4網格點、5網格點、9網格點可分別選取 WBP、WBP4、WBP5、WBP9 關鍵字求單井地層壓力，其他情況需要對所涉及的網格壓力求平均。其他網格步長的情況同樣據此類推。

表1 不同泄流半徑對應的井周網格數

3 本方法主要步驟

簡述本方法主要步驟如下：

（1）氣藏數值模型的建立和歷史擬合，要求對全區儲量、產氣、氣水比（或產水量），單井流壓、產氣、氣水比（或產水量）高精度擬合。

（2）建議等間距選取5個以上時間點，分別求得的各時間點下各井泄流面積范圍內的地層壓力，然后作算數平均得到該區塊的平均地層壓力。

（3）由（2）中的結果，統計對應時間下的累積產氣量數據和壓縮因子數據，根據1.1中所述方法，計算氣藏動儲量。

需要說明的是，本方法的計算精度主要由數值模擬的完成質量決定，模擬質量越高，計算即越準確。

4 計算實例

現以靖邊氣田A區為例，通過所述方法求取氣藏動儲量。計算過程如下：（1）數值模型建立和歷史擬合過程略。（2）該區單井泄流面積泡泡圖（見圖2），由于數值模擬網格大小為100 m×100 m，據此確定泄流范圍所涉及的網格數，并求取單井地層壓力。（3）統計一系列時間點下的平均地層壓力（所有氣井地層壓力求算數平均）和累積產氣量（見表2），并通過曲線擬合求取氣藏動儲量（見圖3）。

圖2 靖邊氣田A區單井泄流面積泡泡圖

表2 靖邊氣田A區歷年數值模擬井點平均壓力

圖3 靖邊氣田A區壓降法計算動儲量

根據壓降法原理，計算出區塊動儲量61.1×108m3。區塊多種方法（實測壓力的壓降法、產量累積法等）核算確定的動儲量為63.6×108m3，本方法計算誤差僅為3.9%。另外，運用該區較少的實測壓力數據，分別計算或類比得到了氣井動儲量，并求和得到氣藏動儲量為73.6×108m3。單井求和所得氣藏動儲量比整體計算略大，符合認識，說明本方法求取平均地層壓力具有較高的精度。

5 結論

（1）壓降法計算氣藏動儲量應用簡便、精度高，在科研生產中應用廣泛，但客觀上存在測壓數據點少的問題；

（2）本文提出了用數值模擬方法求取單井地層壓力的辦法，進而求取平均地層壓力，可獲取任一時間下的平均地層壓力，解決了氣藏缺少測壓數據的問題。通過對比，由本方法計算得到氣藏動儲量具有較好的精度，并且數值模擬技術已經普及應用，這一方法的應用門檻較低，便于實際應用。

符號說明：

G、Gp分別為氣藏地質儲量和累積產氣量，×108m3；分別為原始視地層壓力和目前視地層壓力，MPa；Bgi、Bg分別為原始天然氣體積系數和目前天然氣體積系數。

［1］ 張倫友，等．關于可動儲量的概念及確定經濟可采儲量的方法［J］．天然氣勘探與開發，1996，19（4）：75-76．

［2］ 張明祿，等．長慶氣區低滲透非均質氣藏可動儲量評價技術［J］．天然氣工業，2010，30（4）：50-53．

［3］ 劉琦，羅平亞，孫雷，等．蘇里格氣田蘇五區塊天然氣動態儲量的計算［J］．天然氣工業，2012，32（6）：46-49．

［4］ 程時清，楊秀祥，謝林峰，等．物質平衡法分區計算定容氣藏動儲量和壓力［J］．石油鉆探技術，2007，35（3）：66-68．

［5］ 陳霖，熊鈺，張雅玲，等．低滲氣藏動儲量計算方法評價［J］．重慶科技學院學報（自然科學版），2013，15（5）：31-35．

［6］ 鄧紹強，黃全華，肖莉，等．低滲透氣藏儲量早期預測［J］．西南石油學院學報，2005，27（6）：33-35．

第四次工業革命將由石油驅動？

活躍于可再生能源的研究人員普遍承認一個事實：工業革命需要能源。但如果僅依靠可再生能源，不但無法為發電廠提供足夠的能量來滿足全球用電所需，而且無法驅動煉廠生產出風力渦輪機、汽車和太陽能電池板等所需的材料。

以太陽能發電為例。硅是太陽能電池板的核心元素。因此，首先硅要被開采出來，然后在1 500至2 000攝氏度的高溫下進行加工處理。但這種熱量目前只能由煤炭、石油、天然氣來提供，而無法靠太陽能裝置完成。EIA數據顯示，太陽能熱能裝置目前可以產生的最高溫度是1 380華氏度，即749攝氏度。

當然，這并不是說未來太陽能或者風能設備無法為熔化金屬的煉廠提供動力，以此來制造更多的風力發電機，或開采鋰、鈷和銅等元素的電動卡車，但至少目前不具備這個能力，我們仍然要依靠化石燃料來推動可再生能源。

徹底拋棄石油和天然氣是不可能的，但一些引領第四次工業革命的技術正處于不斷地研發當中，可以幫助我們努力減少一些能源消耗。例如3D打印機技術。在一些傳統行業，文件或產品仍將按需打印，這種技術能夠減少紙張和能源消耗。瑞典金融服務集團Nordea的挪威分析師Thina Margrethe Saltvedt認為，3D打印機和電動汽車可以幫助減少石油消耗。另外人們還可以考慮通過互聯網進行遠程辦公，越來越多的人在家工作，就意味著大量的碳排放有希望減少。

第四次工業革命帶來的有利之處的確很多，而且仍處于上升趨勢，但有時也會被看作是一種挑戰，尤其是自動化的大趨勢將造成工人對于下崗引發的恐慌。

在崇尚清潔能源和環保的新世界里，能源行業將如何表現，答案始終非常模糊，也相當令人期待。在遙遠的未來，只有當人們不再篤定地認為只有汽油和天然氣能夠做燃料的時候，這個問題也許才會變得明朗起來。然而，目前用到石油和天然氣的地方還有很多，包括能源的生產。樂觀來看，這也激發了清潔能源和生物降解材料的創新工作，并將持續激勵著科研人員歡迎由石油驅動下的第四次工業革命的到來。

（摘自中國石油報第6868期）

Application of numerical simulation in dynamic gas reserves calculation by pressure drop method

ZHANG Ziwei1，WEI Guofeng1，ZHAO Yaqing1，LI Hao1，ZHOU Xian2，MENG Panlong1，ZHANG Xiping1
（1.Gas Production Plant 1 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Jingbian Shanxi 718500，China；2.Exploration&Development Research Institute of PetroChina Huabei Oilfield Company，Renqiu Hebei 062550，China）

Pressure-drop method is the most commonly used to calculate dynamic gas reserves.To get the average formation pressure accurately is the key point to get the dynamic gas reserves precisely,and we always lack pressure data.If the measured pressure data points are fewer than three,the accuracy of the calculation is uncertain.A method of getting average formation pressure by numerical simulation technique is presented.Firstly,gas reservoir simulation and history matching must be finished in high quality.Secondly,average the grid pressure within the drainage area to get formation pressure for each well.Finally,to calculate well-controlled area weighted average formation pressure by averaging all well's formation pressure.At present,the numerical simulation technology has been widely promotion and application,and the pressure-drop dynamic gas reserves can be calculated in this way.

dynamic gas reserves；pressure-drop method；numerical simulation；average formation pressure

TE328

A

1673-5285（2017）07-0040-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.07.009

2017－06-05

張子為（1988-），助理工程師，本科，現從事天然氣生產及科研工作，郵箱：zhzw2_cq@petrochina.com.cn。