陳小剛　王宏圖　劉　洪　龐　進(jìn)

文章編號：1006-6535(2009)02-0009-05

摘要：隨著氣井生產(chǎn)的不斷進(jìn)行，氣藏動態(tài)儲量的確定對開發(fā)方案的制訂、開發(fā)設(shè)施的設(shè)計(jì)以及氣藏價(jià)值的評估顯得越來越重要。國內(nèi)外許多專家都在氣藏儲量方面做了大量的研究，并提出了一系列預(yù)測氣藏動態(tài)儲量的方法，經(jīng)過不斷的改進(jìn)和修正，使氣藏動態(tài)儲量預(yù)測方法不斷地接近于氣田生產(chǎn)實(shí)際。以氣藏動態(tài)資料為基礎(chǔ)對氣藏動態(tài)儲量的預(yù)測方法現(xiàn)狀進(jìn)行了全面的綜述和分析，并針對物質(zhì)平衡法、壓力恢復(fù)試井法和典型曲線分析法3種確定氣藏動態(tài)儲量的常用方法進(jìn)行了系統(tǒng)分析研究，提出和討論了各種方法的適用條件。分析得出了以流動物質(zhì)平衡法為主，典型曲線分析法為輔助手段的一種氣藏動態(tài)儲量預(yù)測方法，簡易實(shí)用。對整個(gè)油氣藏開發(fā)具有重要的經(jīng)濟(jì)和實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：氣井；動態(tài)儲量；物質(zhì)平衡法；預(yù)測方法；現(xiàn)狀

中圖分類號：TE15

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

前 言

儲量計(jì)算是一項(xiàng)十分重要的工作，是氣藏綜合評價(jià)的重要成果，也是氣藏開發(fā)的基礎(chǔ)。對于處在不同勘探與開發(fā)階段的氣藏，所采用的儲量計(jì)算方法也有所不同。對于一個(gè)已經(jīng)投入開發(fā)的氣藏，人們關(guān)心的是氣藏動態(tài)儲量有多大，只有確定這個(gè)問題，才能夠進(jìn)行氣藏開發(fā)動態(tài)、開采機(jī)理等分析，從而認(rèn)識和了解氣藏的開發(fā)狀況，指導(dǎo)氣藏開發(fā)。

目前對氣藏動態(tài)儲量的計(jì)算方法主要有3種：一是物質(zhì)平衡法；二是通過試井所得到的預(yù)測方法；三是通過實(shí)踐所歸納總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)法以及其他預(yù)測方法。

1 物質(zhì)平衡法

物質(zhì)平衡是用來對儲層以往和未來動態(tài)進(jìn)行估算的一種油藏工程基本方法，它以儲層的質(zhì)量守恒定律為基礎(chǔ)。氣藏物質(zhì)平衡理論從1936年Schilthuis提出以來，在氣藏動態(tài)分析上，得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展^[1]，主要表現(xiàn)為4種類型的氣藏：①定容封閉性氣藏物質(zhì)平衡；②水驅(qū)氣藏物質(zhì)平衡；③凝析氣藏物質(zhì)平衡；④異常高壓氣藏物質(zhì)平衡。傳統(tǒng)物質(zhì)平衡法在計(jì)算氣藏儲量時(shí)無法考慮普遍存在的地層非均質(zhì)性及其對流動產(chǎn)生的影響，因而用它計(jì)算的指標(biāo)往往過于樂觀。為了克服傳統(tǒng)物質(zhì)平衡法的這一缺點(diǎn)，高承泰^[2]提出了具有補(bǔ)給區(qū)的物質(zhì)平衡法。經(jīng)計(jì)算表明，新方法更加符合氣藏實(shí)際，具有一定的使用價(jià)值。同時(shí)在1965年提出和進(jìn)行氣藏動態(tài)的氣罐模擬試驗(yàn)，模擬具有補(bǔ)給的產(chǎn)氣過程，試驗(yàn)結(jié)果能夠較好地反映實(shí)際氣藏的生產(chǎn)動態(tài)特征。

程時(shí)清等人^[3]在考慮非均質(zhì)性和動用差異性時(shí)，提出了利用物質(zhì)平衡法分區(qū)計(jì)算定容氣藏動態(tài)儲量，并結(jié)合彈性二相法聯(lián)立計(jì)算在不關(guān)井條件下的地層壓力?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)說明，分區(qū)計(jì)算動態(tài)儲量比全區(qū)整體計(jì)算更接近真實(shí)的結(jié)果，誤差更小。高承泰等人^[4]又將氣藏分區(qū)物質(zhì)平衡法推廣應(yīng)用到邊水氣藏被劃分成任意區(qū)塊的情形，并研制出了可快速獲得最優(yōu)區(qū)塊布井方案的MMBS軟件，有利于發(fā)揮高產(chǎn)區(qū)塊的產(chǎn)能，減少低產(chǎn)井。李欣等人^[5]針對低滲透氣藏生產(chǎn)實(shí)際情況，提出了一種瞬態(tài)物質(zhì)平衡法，從而大大減少了測壓造成的停工關(guān)井時(shí)間。胡森清^[6]在忽略水體和巖層壓縮率的條件下，通過對物質(zhì)平衡法通式的推導(dǎo)，得出了縫洞型有水封閉性氣藏儲量的回歸公式。

Hammerlindll利用氣藏壓力降為正常壓力梯度點(diǎn)的有關(guān)參數(shù)值，以及水和地層的壓縮率值，提出了物質(zhì)平衡單點(diǎn)修正法，同時(shí)又可分為平均的體系壓縮率法和變氣藏體積法2種^[7]。當(dāng)水侵和輔助能源遲來時(shí)，又提出了Ramagost-Farshad法^[7]；同時(shí)Roach-Poston-Chen等人^[7]在假定氣藏存在水驅(qū)，但與f(p、t)項(xiàng)無關(guān)，而且地層壓縮率值隨壓力和時(shí)間的變化未知時(shí)，提出圖解法儲量評價(jià)方法。隨后由L.Mattar和R.McNeil提出利用氣體物質(zhì)的“流動”平衡來預(yù)測天然氣儲量^[8]：①標(biāo)準(zhǔn)的擬穩(wěn)定狀態(tài)分析法(PSS)，它是通過在直角坐標(biāo)系繪制出一張壓力的平方值對時(shí)間的變化關(guān)系曲線圖來預(yù)測天然氣儲量；②“流動”物質(zhì)平衡法(FMB)是在當(dāng)氣藏處于擬穩(wěn)定狀態(tài)流動時(shí)，氣藏內(nèi)所有地點(diǎn)的壓力均按相同的比例下降。其中有氣砂層表面壓力和井口套管壓力流動物質(zhì)平衡法；③油罐模型法；④近似井口物質(zhì)平衡法(AWMB)。

2 試井法求解氣藏儲量

2.1 彈性二相法

彈性二相法是根據(jù)壓力降落試井的壓力變化而得到的一種方程法^[1]。主要適用于小型的有界封閉彈性氣驅(qū)氣藏或地層水不活躍氣藏以及單井系統(tǒng)，且流動達(dá)到擬穩(wěn)定狀態(tài)階段。針對彈性二相法計(jì)算天然氣動態(tài)儲量在理論上存在一定偏差的情況，馮友良^[9]對其進(jìn)行了合理的修正，即修正的彈性二相法。張楓等人^[10]根據(jù)氣井生產(chǎn)的各種數(shù)據(jù)和測試資料，提出了應(yīng)用壓降曲線的彈性二相法計(jì)算氣藏儲量，該方法簡單易行，且大大提高了儲量的計(jì)算精度。

2.2 油藏影響函數(shù)法(RIF)

1964年K.H.Coats等人首次提出了用于估算水侵動態(tài)的水體影響函數(shù)AIF^[11]。2000年黃全華在此基礎(chǔ)上提出和建立了適用于油藏的油藏影響函數(shù)，用于裂縫系統(tǒng)儲量的早期預(yù)測^[12]，2003 年又將其推廣應(yīng)用到了氣藏中^[13]。

2.3 氣藏探邊測試法

1956年由Jones首先提出了探邊測試方法的完整理論，其后許多研究者作了大量的工作，推導(dǎo)出了適用于氣藏的探邊測試試井方法。氣藏探邊測試法^[14]是一種利用不穩(wěn)定試井估算單并控制儲量的方法，在氣藏試采階段，通過壓力降落試井可以作出氣井壓力降落曲線。目前主要用于連通性較好的中、小型氣藏。

2.4 試湊法

主要用于開井生產(chǎn)長時(shí)間不能關(guān)井，氣井具有穩(wěn)定試井和開采資料，用其來進(jìn)行氣井生產(chǎn)史擬合估算氣井儲量^[1]。同時(shí)由鄧紹強(qiáng)等人^[15]結(jié)合物質(zhì)平衡方程和氣井產(chǎn)能方程得出了采氣曲線方程法。

2.5 壓力恢復(fù)試井法

壓力恢復(fù)試井資料計(jì)算儲量的方法主要有壓差曲線法、壓力恢復(fù)不穩(wěn)定晚期法和對數(shù)差值法3種 ^[16]。①壓差曲線法。在氣井關(guān)井前已經(jīng)以恒定產(chǎn)量生產(chǎn)了足夠長的時(shí)間，并在關(guān)井以后壓力恢復(fù)達(dá)到過渡階段。要求采出程度大于5%。主要適用于定壓邊界，對低滲透或近似于封閉氣藏不適用；②不穩(wěn)定晚期法。當(dāng)壓力波已傳播到地層邊界但還未形成等速度變化。測試條件：需在氣井關(guān)井之前已經(jīng)定產(chǎn)量生產(chǎn)了足夠長的時(shí)間，地層內(nèi)的壓力變化達(dá)到擬穩(wěn)定。要求采出程度大于5%。壓力恢復(fù)期間探測半徑內(nèi)遇斷層反映會嚴(yán)重影響儲量計(jì)算結(jié)果，不適合非均質(zhì)地層；③對數(shù)差值法。計(jì)算壓力恢復(fù)期間地層壓力波傳播半徑內(nèi)的儲量。測試條件：需在氣井關(guān)井之前有較長的生產(chǎn)時(shí)間，與產(chǎn)量大小無關(guān)，壓力恢復(fù)時(shí)間不宜超過生產(chǎn)時(shí)間。采出程度無嚴(yán)格要求。壓力恢復(fù)曲線有邊界反映時(shí)，利用邊界反映出現(xiàn)之前的資料作分析。

3 經(jīng)驗(yàn)法及其他方法求解氣藏儲量

隨著油氣田開發(fā)工作的展開，積累的動態(tài)資料越來越多，采用動態(tài)法計(jì)算油氣藏儲量就顯得非常的重要，目前以經(jīng)驗(yàn)法為主進(jìn)行油氣藏儲量預(yù)測。

3.1 相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式法

相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式法是一種概算法^[17]。在油氣田的勘探評價(jià)階段或開發(fā)的早期，可以利用有關(guān)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式，先對油氣藏的采收率作出預(yù)測，再計(jì)算它們的儲量。但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于存在著方法的適應(yīng)性和資料的可靠性問題，故由相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測的數(shù)值需要根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和類似油氣藏的對比進(jìn)行合理的調(diào)整，并要求隨動態(tài)資料的豐富對該方法的標(biāo)定結(jié)果重新更換方法標(biāo)定。

3.2 產(chǎn)量累計(jì)法^[1]

它是基于產(chǎn)量、累計(jì)產(chǎn)量隨時(shí)間變化的統(tǒng)計(jì)規(guī)律而建立的。當(dāng)氣井無控制生產(chǎn)情況下或氣藏采出程度超過50%，氣井產(chǎn)量發(fā)生連續(xù)遞減后，用該法計(jì)算得到的儲量和壓降法儲量比較接近，對一些由于特殊原因長期不能關(guān)井的氣井，提供了一種計(jì)算儲量的簡便方法。

第2期陳小剛等：氣藏動態(tài)儲量預(yù)測方法綜述 3.3 衰減曲線法

1970年Колытов首次提出了衰減曲線，經(jīng)多年的應(yīng)用實(shí)踐表明，該衰減曲線的預(yù)測精度較差，目前國內(nèi)油氣田廣泛采用了修正的衰減曲線方法。主要有以下4種^[18]：①三點(diǎn)配線法；②典型曲線擬合法；③諾模圖法；④線性分析法(Ⅰ～Ⅵ)。

3.4 水驅(qū)曲線法^[17]

水驅(qū)曲線法是預(yù)測水驅(qū)油、氣藏可采儲量的特有方法。目前水驅(qū)曲線法約有30余種，經(jīng)過多年的理論研究和大量油氣田的實(shí)際應(yīng)用，總結(jié)了甲、乙、丙、丁4種類型水驅(qū)曲線法。主要適用于活躍水驅(qū)氣藏，即一般開采初期部分氣井開始大量出水甚至水淹，氣藏穩(wěn)定期短，水侵特征曲線呈直線上升的氣藏。

3.5 曲線分析法

3.5.1 Arps遞減曲線分析法

該方法是由J.J.Arps (阿普斯)^[19]在經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)模型基礎(chǔ)上推導(dǎo)出的一系列不同類型的產(chǎn)量遞減曲線表達(dá)式。主要包括指數(shù)遞減曲線、調(diào)和遞減曲線和雙曲線遞減曲線。

3.5.2 Fetkovich典型曲線分析法

20世紀(jì)80年代初，M.J.Fetkovich (菲特柯維奇)以均質(zhì)地層不穩(wěn)定滲流理論為基礎(chǔ)，結(jié)合Arps的經(jīng)驗(yàn)公式，提出了一套比較完整、受滲流機(jī)理控制的產(chǎn)量遞減曲線分析方法^[20]。Fetkovich(1973，1987，1996)比較系統(tǒng)地研究了產(chǎn)量-時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)曲線，研究結(jié)果將理論產(chǎn)量遞減曲線和Arps(1945，1956)產(chǎn)量遞減方程組合到一起，直觀地展示了產(chǎn)量遞減和邊界影響，奠定了該領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)。Her-Yuan Chen和Lawrence(2000)將Fetkovich的研究結(jié)果加以擴(kuò)充，包含了線性流動情形。為了使計(jì)算方法便于拓展和應(yīng)用，高春光等人^[21]從不穩(wěn)定滲流理論出發(fā)，闡述了產(chǎn)量-時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)曲線的理論基礎(chǔ)，并在計(jì)算方法方面作了必要改進(jìn)。后由Fraim和Lee研究出了無因次累計(jì)產(chǎn)量—無因次時(shí)間典型曲線，解決了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的干擾^[22]。史乃光等人^[23]采用典型曲線匹配技術(shù)提出了現(xiàn)代產(chǎn)量遞減曲線分析方法，這種分析方法只需要一個(gè)月連續(xù)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)，便可取得理想的效果，同時(shí)可替代常用的不穩(wěn)定試井方法，主要適用于低滲、低孔及無水油氣井的地層參數(shù)與單井儲量計(jì)算，但存在典型曲線匹配的多解性問題。

3.5.3 Blasingame典型曲線分析法

Blasingame等^[24]利用疊加時(shí)間函數(shù)原理，研發(fā)出了能夠解釋在Arps和Fetkovich典型曲線中的不穩(wěn)定流區(qū)域井底流壓變化情況的一種新的產(chǎn)量遞減曲線分析方法。Fraim與Wattenberger在考慮氣體性質(zhì)的變化，并結(jié)合擬合時(shí)間提出了與油藏具有相同特性的指數(shù)曲線分析法^[25]。之后Blasingame-McCray-Palacio^[26]又研發(fā)出了不穩(wěn)定流曲線將隨著調(diào)和曲線遞減的典型曲線分析法，并引入速率積分函數(shù)和速率積分導(dǎo)數(shù)函數(shù)，使Blasingame典型曲線分析法得到了一個(gè)更加完美的擬合。目前主要有5種分析模型：直井，徑向流模型；直井，水力壓裂模型；水平井模型；注水開發(fā)模型；井間干擾模型。

3.5.4 A-G典型曲線分析法^[27]

Agarwal和Gardner根據(jù)Fetkovich與Palacio-Blasingame的理論，并應(yīng)用等效恒速與恒壓方法的概念，提出了用于分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)的一種新的遞減典型曲線，同時(shí)建立了常規(guī)試井的無因次變量典型曲線。包括速率-累計(jì)產(chǎn)量分析圖、速率-時(shí)間分析圖。

3.5.5 重整壓力積分典型曲線分析法(NPI)

在1989年，由Blasingame首次提出重整壓力積分(使用壓力積分的典型曲線分析)^[28]，其目的在于為沒有遭受干擾或數(shù)據(jù)分散時(shí)的壓降提供一種有效的診斷方法。其中包括重整壓力、重整壓力積分和壓力積分導(dǎo)數(shù)。

3.5.6 不穩(wěn)定典型曲線分析法

它是在Blasingame、Agarwal-Gardner和NPI分析方法中，通過無因次時(shí)間的使用而建立起來的一種曲線分析方法^[29]。它不是數(shù)據(jù)分析的一種新方法，而是為早期生產(chǎn)數(shù)據(jù)或極低滲透率油氣藏的分析提供了一種理想的遠(yuǎn)景替換方案。

3.6 數(shù)學(xué)模型法

數(shù)學(xué)模型法是一種全程的預(yù)測方法。已故翁文波院士于1984年發(fā)表的泊松旋回(Poisson cycle)模型，人們通常稱之為翁氏模型^[30]。近幾年來，由于理論研究工作的深入，在數(shù)學(xué)模型的研究和應(yīng)用方面，我國已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展。主要有4種具有較好實(shí)用價(jià)值的數(shù)學(xué)模型^[17]：①廣義翁氏模型：主要預(yù)測油氣田不同開發(fā)時(shí)間的產(chǎn)量、累積產(chǎn)量和某一經(jīng)濟(jì)極限產(chǎn)量下的可采儲量，但不能預(yù)測含水率及其他有關(guān)的開發(fā)指標(biāo)；②威布爾(Weibull)模型：預(yù)測油氣田產(chǎn)量、累計(jì)產(chǎn)量、可采儲量、剩余可采儲量、剩余可采儲量的儲采比和采油速度，以及預(yù)測油氣田的最高年產(chǎn)量和發(fā)生時(shí)間的方法，通過羅馬什金油田的實(shí)際應(yīng)用，表明該模型具有很好的實(shí)用性和可靠性；③HCZ(胡-陳-張)模型：預(yù)測產(chǎn)量、最大年產(chǎn)量及其發(fā)生的時(shí)間，以及油田的可采儲量，都與油田的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)值基本一致，但不能預(yù)測其含水率、產(chǎn)水率、產(chǎn)液量及累計(jì)產(chǎn)水量和累計(jì)產(chǎn)液量；④邏輯推理(Logistic)模型：預(yù)測油氣田產(chǎn)量、累計(jì)產(chǎn)量、可采儲量、最高單產(chǎn)量及其發(fā)生時(shí)間的關(guān)系式，主要適用于在采出可采儲量50%而進(jìn)入遞減階段的油氣田。

3.7 其他預(yù)測方法

1927年由巴內(nèi)托(Pareto)提出了表征有序變量值之間關(guān)系的巴內(nèi)托定律，它是由已發(fā)現(xiàn)的油氣田可采儲量去預(yù)測尚未發(fā)現(xiàn)的油氣田可采儲量^[31]。1984年C.J.Hearn等最早提出了儲層流動單元(Flow Units)的定義；1997年J.M.Alden從儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征出發(fā)，以孔喉半徑為基礎(chǔ)，認(rèn)為流動單元是具有相同滲流特征的微相或巖相的組合；我國學(xué)者焦養(yǎng)泉等在1998年提出了儲層流動單元系指沉積體系內(nèi)以隔擋層為邊界，按地下動力條件進(jìn)一步劃分的建筑塊或結(jié)構(gòu)單元；同時(shí)根據(jù)FZI流動層段指標(biāo)劃分流動單元的基木原理，由史玉成等人^[32]提出了流動單元法計(jì)算單井儲量。同年段虞榮等人^[33]提出了用于裂縫系統(tǒng)的多重分形和小波變換來預(yù)測油氣儲量。2004年盧雙舫等人^[34]根據(jù)齊波夫定律對離散型隨機(jī)變量概率分布的描述，提出了齊波夫方法。關(guān)于儲量預(yù)測的方法還有一些相關(guān)文章，但基本與上述分析方法類似，本文不再闡述。

4 結(jié)論及建議

(1) 物質(zhì)平衡法是最為常用的氣藏儲量計(jì)算方法，可以直接利用生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行氣藏儲量預(yù)測，但要求氣藏生產(chǎn)達(dá)到一定時(shí)期，一般認(rèn)為累計(jì)采氣量大于原始地質(zhì)儲量的15%，同時(shí)受產(chǎn)量波動的影響較大。

(2) 試井方法是通過對生產(chǎn)井壓力變化測試而得到的，簡單易行，但在進(jìn)行氣井測試時(shí)需要對生產(chǎn)時(shí)間、氣藏壓力進(jìn)行準(zhǔn)確把握，計(jì)算精度較低。

(3) 隨著動態(tài)資料的積累，雖然經(jīng)驗(yàn)法成為目前油氣藏預(yù)測的主要方法之一，尤其是典型曲線分析方法，但它不能作為氣藏儲量預(yù)測的最終結(jié)果，常常視為一種輔助分析的手段。

(4) 在進(jìn)行氣藏儲量預(yù)測時(shí)，首先根據(jù)氣藏的性質(zhì)與開發(fā)情況優(yōu)選出合適的方法，然后盡可能采用滿足氣井實(shí)際生產(chǎn)條件的方法進(jìn)行預(yù)測結(jié)果的對比分析。

(5) 建議采用以物質(zhì)平衡法為主，典型曲線分析法為輔進(jìn)行氣藏動態(tài)儲量的預(yù)測。

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編輯 劉兆芝