致密氣儲量計算方法研究

陳曉智

(中海油研究總院有限責任公司，北京 100028)

0 引 言

油氣資源分為常規資源和非常規資源兩個大類，其中非常規油氣是指地質上表現為源儲共生、圈閉界限與水動力效應不明顯、空間上呈連續或準連續型聚集，一般需要采用水平井規模壓裂技術改善儲層滲透性才能經濟開采的油氣資源[1]。據此，非常規油氣資源區別于常規油氣資源的兩個重要特征可總結為源儲組合關系與儲層滲透性，在地質與工程上主要表現為含油氣系統與資源開采方式的差別。因此，按照含油氣系統和開發方式不同，可以將油氣資源劃分為常規油氣資源、源儲同體非常規油氣資源和源儲異體非常規油氣資源三種類型，進一步劃分為以直井開采為主的源儲異體常規油氣資源、以直井開采為主的源儲同體煤層氣資源、以水平井開采為主的源儲同體頁巖油氣資源和以水平井開采為主的源儲異體的致密(砂巖)油氣資源四個類別(圖1)。

圖1 油氣資源“三型四類”劃分方案示意圖

我國致密砂巖氣資源豐富，截至2013年底，致密砂巖氣累計探明地質儲量4.0×1012m3，約占全國天然氣總探明儲量的41%，預計2020年以前，致密砂巖氣新增探明地質儲量占全國天然氣儲量比例將進一步上升[2]。鄂爾多斯盆地擁有大量致密砂巖氣資源，據新一輪資源評價結果表明[3]，致密氣資源量為10.37×1012m3，約占整個盆地天然氣總資源量的68%，目前已發現6個探明儲量超過千億立方米的致密氣田。盡管致密氣資源規模巨大，但針對致密氣資源儲量計算方法的相關規范或標準至今尚未出臺[4-8]，目前針對致密氣資源量與儲量的計算多是套用常規石油天然氣計算方法，忽略了致密氣藏不受構造圈閉控制、無明顯氣水界限、儲層物性差、非均質性強等特點造成資源量或儲量規模不確定性大的風險，不利于對致密氣資源的客觀認識及其健康有序勘探開發。

本文在簡要對比非常規油氣與常規油氣資源評價方法基礎上，對現階段致密氣資源評價方法進行討論，并針對致密氣藏特性，提出了適用于致密氣儲量計算的不確定性容積法，以期為致密氣資源的儲量評價及勘探開發部署提供新思路。

1 油氣資源評價方法

油氣資源評價方法大致可以分為三類：類比法、統計法和成因法[9]。類比法包括資源豐度法、綜合類比法等，評價結果取決于類比對象和類比系數，這種方法僅適用于具有相似地質條件的兩個區塊，并且要求標準區具有較高的勘探開發程度；統計法包括地質統計法、動態分析法、Forspan法等，體積法與容積法也屬于統計法，其評價結果取決于有效體積參數及含氣量等，這種方法要求大量的地質參數統計，且對于Forspan法或遞減曲線分析法等都需要在井區具有較高的勘探開發程度及生產過程中的相關動態數據[10]；成因法包括物質平衡法、地化參數法等，評價結果取決于地球化學指標及含氣性等，這類方法的計算公式通常都是在理想狀態下推導出來的，而對于不同地區地質條件、儲層特征等存在的差異很難考慮齊全，往往會產生較大誤差。

盡管非常規油氣與常規油氣在資源評價方法的根本原理上基本一致，但依據其地質特征上的差別，評價方法選擇上往往不同[11]。例如，對比油氣在儲層中運聚驅動力時，常規油氣采用浮力驅動模型進行資源評價，而非常規油氣由于不受浮力影響，往往采用超壓驅動模型；對比油氣成藏地質因素時，常規油氣一般采用類比生、儲、蓋、圈、保五類地質參數進行資源評價，而非常規油氣往往只類比生、儲、蓋這三類主要地質參數；對比油氣分布方式時，常規油氣可以采用油氣藏發現過程模擬法來進行資源評價，而以大面積連續分布、油氣水邊界不明顯為特點的非常規油氣往往采用小面元法或資源空間連續分布預測法等。

2 致密氣資源評價方法

根據致密氣成藏地質條件、儲層特征及勘探開發程度不同，現階段可以利用地質類比法、盆地模擬法和飽和勘探法綜合評價致密氣地質資源量[12]。

2.1 地質類比法

地質類比法是采用由已知區推未知區的評價方法。對比內容可以是成藏條件方面的綜合類比，也可以是單一地質因素的類比，其中，若某一評價區和某一高勘探程度刻度區具有相似的成藏地質條件，即認為它們具有相似的資源面積豐度。地質類比法下資源量的計算見式(1)和式(2)[13]。

式中：Q為評價區的油氣總資源量，108m3；Si為評價區類比單元的面積，km2；Ki為刻度區天然氣資源面積豐度，108m3/km2；αi為評價區與刻度區的相似系數；i為評價區子區的個數。

這一方法是勘探初級資源評價中最常用的方法，但受評價人對氣藏和研究區地質資料了解程度的限制，常需要與專家評價法結合使用[11]。即使如此，對每一個地質專家，根據其對研究目標地質條件掌握的熟悉程度分別賦予不同的評價權重，評價結果也會具有較大的主觀性。

2.2 盆地模擬法

盆地模擬法主要是通過模擬含油氣盆地烴類的生成、運移和聚集過程來估算含油氣盆地的油氣資源潛力。除油氣普查階段沒有系統的盆地油氣地質條件外，油氣勘探的各個階段都可以進行盆地模擬分析。該方法的基本原理就是總的資源量是烴源巖總的生烴量與聚集系數的乘積，也有學者從殘留烴角度利用殘留氯仿瀝青“A”和殘留有機碳來計算總資源量[14-15]。烴源巖的排烴系數與聚集系數是影響該方法評價結果的最關鍵參數。從烴源巖生烴演化歷史來看(圖2)，從烴源巖開始生烴，到最終氣藏的總資源量和可采儲量的計算，其中要經歷烴量殘留、散失、漏失、破壞等過程[16]，烴源巖的排烴系數和聚集系數非常難以確定，使得該方法的評價結果存在很大的不確定性。

圖2 油氣生成量與資源量、儲量關系寶塔圖(資料來源：據文獻[16]修改)

2.3 飽和勘探法

此方法是利用鉆井數或鉆井進尺與油氣資源之間的關系建立起來的油氣資源評價方法，飽和勘探是指研究區達到完全飽和勘探程度時所需的最小鉆井密度的倒數，即每口井控制的勘探面積[17]，探井進尺法見式(3);探井井數法見式(4)。

式中:Q為評價區的油氣總資源量，108m3；h為探井的進尺數，m；w為探井井數，口。

飽和勘探法計算的資源量應是理論最大資源量，該方法應用的前提是要求研究區有一定的勘探程度，并假設每口探井或每米進尺發現的油氣量基本是一個常數，同時需要收集刻度區的有效勘探面積，計算飽和勘探狀態的探井密度，但實際上由于勘探經濟效益的考慮，某一地區不可能無休止地部署探井以達到飽和勘探程度，飽和探井密度存在很大的人為主觀因素。

盡管每一種評價方法均存在一定的局限性，但實際研究中可以根據評價方法的合理程度和可靠性，應用特爾菲綜合法對每一種評價結果取適當權重系數進行綜合評價，從而可以得到評價區致密氣地質資源量和可采資源量。

3 致密氣儲量計算方法

由于致密氣以游離狀態賦存在砂巖中，且考慮到儲量計算方法在不同勘探開發階段、不同油氣藏類型中的適用性[18-19]，目前對致密砂巖氣的地質儲量計算仍采用容積法。容積法計算天然氣地質儲量首先通過對氣藏儲層有效厚度、孔隙度、含氣飽和度以及儲層在平面上展布確定含氣面積，并結合氣藏壓力、溫度條件下和地面條件下的孔隙流體性質，計算天然氣地質儲量[5]，其計算見式(5)和式(6)。

G=0.01A×h×φ×Sgi/Bgi(5)

Bgi=Psc×Zi×T/(Pi×Tsc)(6)

式中：G為天然氣地質儲量，108m3；A為含氣面積，km2；h為有效厚度，m；φ為有效孔隙度，%；Sgi為原始含氣飽和度，%；Bgi為原始天然氣體積系數，無因次；Psc為地面標準壓力，MPa；Zi為原始氣體偏差系數，無因次；T為地層溫度，K；Pi為原始地層壓力，MPa；Tsc為地面標準溫度，K。

任茵在計算蘇里格氣田盒8段致密氣探明地質儲量時利用算術平均值法取值儲量計算參數[20]；王向黎在計算大牛地氣田盒2+3段致密氣探明地質儲量時采用等值線面積權衡法獲得儲量計算參數[21]，兩位學者均利用確定性容積法計算得到目的層的探明地質儲量。

3.1 致密砂巖氣藏特性

鄂爾多斯盆地上古生界致密砂巖氣藏是介于常規油氣藏與非常規油氣藏或不連續與連續型油氣藏之間的一種過渡類型，稱為“準連續型油氣藏”，它的特點是油氣的聚集不受常規構造圈閉控制，而是受空間分布相對孤立、數量多、規模小的巖性圈閉或者由超壓充注作用形成的動力圈閉控制，在空間上呈大面積準連續分布狀態。致密砂巖氣藏的空間分布特性導致了含氣面積難確定、儲層有效厚度難確定、儲層有效孔隙度不確定。因此，致密砂巖氣藏自身特性決定了其資源評價與儲量計算存在很大的不確定性。

3.2 不確定性容積法

不確定性容積法是基于對儲量參數的認知，從而計算對應的天然氣地質儲量。該方法首先根據實際資料，計算出各個變量的概率分布函數，用于反映各儲量參數的分布范圍，包括最小值、最大值、期望值或概率分布類型[22-23]；然后通過Crystall ball軟件的蒙特卡洛模擬迭代出儲量的累積概率分布曲線，從而得到低值(P90)、中值(P50)、高值(P10)和期望值(Pmean)等不同概率所對應的天然氣地質儲量。

以鄂爾多斯盆地東緣康寧地區盒2段為例，對采用不確定性容積法計算致密氣地質儲量進行分析和討論。該區塊面積為20.80 km2，目前已有鉆井11口(圖3)，按照氣層識別標準，利用測井解釋獲得每口井的氣層有效厚度、有效孔隙度和含氣飽和度等數據。盒2段氣層有效厚度為1.1～7.0 m，平均為4.2 m，有效孔隙度為7.0%～13.1%，平均為10.5%，含氣飽和度為37.9%～69.2%，平均為52.8%，三類儲量計算參數分布區間較大(圖4)，表明其空間分布不確定性較強。利用最小值與最大值之比表明參數非均質性發現，氣層有效厚度為15.71%，有效孔隙度為53.44%，含氣飽和度為54.77%，氣層有效厚度的不確定性最強。

圖3 康寧地區盒2段含氣分布圖

為了簡化操作，本次地質儲量計算過程中，含氣面積和天然氣體積系數均采用定值。其中，含氣面積是利用地震反演圈定的含氣邊界(圖3)，在其他開發層段均采用此方法，且與測井解釋結果一致性較好，具有較高的可靠程度。

將研究區劃分為2 080個網格，從實際井點數據出發，利用地質統計學隨機模擬算法對每一個網格內的每一個儲量評價參數均給出50個實現，那么每一個網格內的地質儲量就有12.5萬個實現，經過12.5萬次迭代利用容積法計算公式就可以得到研究區盒2段致密氣地質儲量的概率分布，其中P90為4.24億m3，P50為5.41億m3，P10為6.47億m3，Pmean為5.40億m3。

4 方法應用與研究意義

對于處于不同勘探開發階段的油氣田來講，油氣地質儲量計算方法因情況而異。油氣田勘探初期都會部署少量的探井，隨著探井井數增加，勘探程度也隨之增高，但當探井井數達到一定規模時，基本能夠滿足地質儲量研究需要就不會再加大探井井位部署力度，從而快速進入開發階段，這個探井井數轉折點即為該油氣田的飽和勘探點。在達到飽和勘探點之前，油氣地質儲量處于不斷摸索與更新過程中，存在很大的不確定性，應采用不確定性容積法計算地質儲量；達到飽和勘探點之后，地質儲量變化很小，采用確定性容積法即可控制地質儲量規模。

以研究區為例，采用不確定性容積法按照完井時間順序從已鉆3口井到已鉆11口井依次計算不同探井數時盒2段致密氣地質儲量，得到不同探井數時地質儲量的平面分布。地質儲量概率計算中，當無法確定P50還是Pmean更能反映真實值時，往往利用兩者的均方根平均值來表示期望值；標準方差則反映隨機計算結果偏離真實值的離散程度，該值越小，表明計算精度越高，越接近真實情況[24]。從不同已鉆井數對應的地質儲量變化規律發現(圖5)，已鉆3口井到已鉆6口井期間，P50、Pmean及其均方根平均值反應的地質儲量變化幅度較大，存在很大的不確定性，從已鉆7口井開始，地質儲量趨于平穩；而標準方差從已鉆3口井開始處于遞減趨勢，直到已鉆井數達到7口井時才趨于穩定。分析結果表明，研究區鉆井數達到7口井時即達到飽和勘探程度，能夠滿足地質儲量評價需求，無需后續探井工作量投入，可進入開發階段。

圖5 地質儲量及其標準方差變化規律

5 結 論

1) 針對致密氣資源儲量計算方法的相關規范或標準尚未出臺的現狀，對油氣資源評價方法進行調研分析表明，容積法仍然是目前常規油氣和非常規油氣地質儲量計算的主要方法，但考慮到致密氣藏空間準連續分布、含氣面積難確定、有效厚度與儲層物性參數非均質性強的特點，認為利用不確定性的概率容積法計算致密氣地質儲量更為科學。

2) 地質儲量計算結果與已鉆井數關系密切，在達到飽和勘探點之前應采用不確定性概率容積法計算地質儲量，降低勘探風險；達到飽和勘探井數采用確定性容積法即可控制地質儲量規模，從而減少后續探井工作量投入。以康寧地區為例，當已鉆井數達到7口時即達到飽和勘探程度，基本能夠滿足地質儲量評價需求，可快速進入開發階段。

3) 由于經濟效益限制,任何探區不可能無休止部署探井以達到飽和勘探程度。因此，致密氣地質儲量評價需要少量鉆井資料以獲取儲量計算參數，采用不確定性容積法計算每部署一口新探井后的地質儲量，并繪制地質儲量及其標準方差變化曲線，有利于快速找到飽和勘探點，減少探井工作量投入。飽和勘探點和儲量豐度分布與鉆井位置有一定關系，因此，前期有利區優選和甜點預測可靠性可加快地質儲量認識和進入滾動開發階段節奏。

4) 相控約束下的地質建模與儲量計算基于沉積相空間分布特征對儲層孔隙度、滲透率和含氣飽和度等物性參數的控制作用在常規油氣評價中有廣泛應用，但對于砂泥巖薄互層頻繁、儲層非均質性很強的致密砂巖氣藏來講存在一定局限性。因此，如何利用諸如地震波形指示反演等有效的薄儲層預測技術來約束地質規律認識，進一步提高致密砂巖氣地質儲量計算精度與可靠性，將可能是今后的技術發展方向。

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