張中華，周繼濤

(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 2.中國石油化工股份有限公司，北京 100728)

油氣藏最小商業(yè)儲量規(guī)模計(jì)算方法

張中華1，周繼濤2

(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 2.中國石油化工股份有限公司，北京 100728)

結(jié)合油氣藏勘探開發(fā)實(shí)踐，對油氣藏最小商業(yè)儲量規(guī)模的含義及界定方法進(jìn)行了較全面的詮釋，解釋了油氣藏最小商業(yè)可采儲量、最小商業(yè)探明儲量及最小商業(yè)資源量等不同的內(nèi)涵。通過對不同區(qū)域油藏開發(fā)規(guī)律和產(chǎn)量變化模式的研究，結(jié)合投入、產(chǎn)出分析原理，建立了基于油氣藏開發(fā)概念設(shè)計(jì)計(jì)算最小商業(yè)儲量規(guī)模的通用方法。方法原理主要通過構(gòu)建油氣藏開發(fā)概念設(shè)計(jì)參數(shù)與現(xiàn)金流入、流出參數(shù)模型的關(guān)系，推導(dǎo)了油氣藏儲量規(guī)模與凈現(xiàn)值線性關(guān)系模型，從理論上揭示了普遍意義上油氣藏最小商業(yè)儲量規(guī)模在不同經(jīng)濟(jì)條件下的變化特征。該方法可直接應(yīng)用油氣藏勘探開發(fā)經(jīng)濟(jì)參數(shù)、儲量品位參數(shù)及開發(fā)概念方案參數(shù)快速評價(jià)不同界定條件下的最小商業(yè)儲量規(guī)模，從而為不同油氣區(qū)勘探項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益排序、探明儲量動用潛力目標(biāo)排序以及油田開發(fā)油氣藏評價(jià)項(xiàng)目和新區(qū)產(chǎn)能建設(shè)目標(biāo)論證提供高效技術(shù)支撐。

現(xiàn)金流模型；最小商業(yè)儲量；開發(fā)概念方案設(shè)計(jì)；油氣藏開發(fā)

在油氣勘探開發(fā)決策過程中，基于不同決策需求，油氣藏最小商業(yè)儲量規(guī)?？蓺w為最小商業(yè)資源量、最小商業(yè)探明儲量和最小經(jīng)濟(jì)可采儲量3類。對同一區(qū)塊(或目標(biāo))，計(jì)算出一個需求的最小商業(yè)儲量規(guī)模后，其余兩個最小商業(yè)儲量規(guī)?？梢杂棉D(zhuǎn)化率、采收率折算求得。現(xiàn)已發(fā)表的文章[1-3]對這方面的描述相對單一，一般統(tǒng)稱最小商業(yè)儲量規(guī)模，具體計(jì)算中這一概念的內(nèi)涵就是最小探明儲量。為統(tǒng)一普遍性名稱，本文所使用的最小商業(yè)儲量規(guī)模概念亦指最小商業(yè)探明儲量規(guī)模。

油氣藏最小商業(yè)儲量規(guī)模是一個重要的決策因素?，F(xiàn)有技術(shù)中，油氣藏最小商業(yè)儲量規(guī)模計(jì)算主要有三大類方法：第一類通過設(shè)計(jì)具體油氣藏的開發(fā)概念方案，以此建立現(xiàn)金流模型，通過迭代試算法求取數(shù)值；第二類基于現(xiàn)金流原理，用單一產(chǎn)量遞減率模型簡化開發(fā)概念方案設(shè)計(jì)，推導(dǎo)建立最小商業(yè)儲量規(guī)模計(jì)算模型；第三類直接通過簡化方法(如油價(jià)、儲量成本參數(shù))測算儲量價(jià)值，根據(jù)投入、產(chǎn)出原理簡化測算儲量規(guī)模。第一類方法實(shí)質(zhì)為現(xiàn)金流模型在勘探開發(fā)生產(chǎn)中的具體應(yīng)用。由于不同儲量目標(biāo)需要建立不同的具體模型，工作量巨大，難以根據(jù)已知參數(shù)快速實(shí)現(xiàn)多儲量目標(biāo)評價(jià)計(jì)算；第二類方法[4-7]具有一定理論基礎(chǔ)，將產(chǎn)量模型簡單歸結(jié)為遞減率表述模型，難以表述真實(shí)方案信息，計(jì)算結(jié)果不夠準(zhǔn)確和實(shí)用；第三類方法[6]基本沒有考慮到開發(fā)方案設(shè)計(jì)，對投資測算過于簡化，難以滿足儲量評價(jià)要求。為適應(yīng)勘探開發(fā)項(xiàng)目快速評價(jià)決策需求，本文從油氣藏最小商業(yè)儲量規(guī)模與開發(fā)概念設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)分析入手，通過理論推導(dǎo)，建立了解析求解方法，實(shí)現(xiàn)了油氣藏最小商業(yè)儲量規(guī)模的快速計(jì)算與評價(jià)。

1 最小商業(yè)儲量規(guī)模影響因素

最小商業(yè)儲量規(guī)模定義為既定技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下油氣藏應(yīng)具有的經(jīng)濟(jì)可開發(fā)最小儲量規(guī)模，無論勘探開發(fā)決策需求是最小商業(yè)探明儲量、最小經(jīng)濟(jì)可采儲量還是最小商業(yè)資源量[8-11]，其核心方法是分析目標(biāo)投入與產(chǎn)出平衡點(diǎn)，方法上可分為動態(tài)法和靜態(tài)法兩種。計(jì)算原理上，最小商業(yè)儲量規(guī)模計(jì)算等同于油氣區(qū)塊現(xiàn)金流模型中凈現(xiàn)值為零時(shí)的儲量規(guī)模值，它作為判斷現(xiàn)有儲量目標(biāo)(或區(qū)塊)是否具有開發(fā)價(jià)值的主要手段，主要用于油氣勘探項(xiàng)目評價(jià)、探明未開發(fā)儲量評價(jià)、油藏評價(jià)和新區(qū)產(chǎn)能建設(shè)項(xiàng)目評價(jià)中。

根據(jù)投入、產(chǎn)出項(xiàng)目構(gòu)成分析，油氣藏儲量品位、經(jīng)濟(jì)條件和儲量開發(fā)概念方案設(shè)計(jì)是影響其最小商業(yè)儲量規(guī)模的三大因素[12-14]。

1) 油氣藏品位：主要包括儲量豐度、油氣密度、流體性質(zhì)和儲量埋深等，主要反映儲量先天條件，也是決定最小商業(yè)儲量規(guī)模的關(guān)鍵因素。在相同經(jīng)濟(jì)條件下，品位優(yōu)質(zhì)的儲量最小商業(yè)儲量規(guī)模小，反之則反。

2) 經(jīng)濟(jì)條件：主要包括油價(jià)、鉆井成本和油氣開采成本等，用于測算現(xiàn)金流入與流出，反映了經(jīng)濟(jì)環(huán)境對最小商業(yè)儲量規(guī)模的影響。同一目標(biāo)油氣藏區(qū)塊在不同經(jīng)濟(jì)條件下，具有不同的最小商業(yè)儲量規(guī)模。

3) 開發(fā)概念設(shè)計(jì)：主要包括產(chǎn)量變化模式、產(chǎn)能建設(shè)規(guī)模預(yù)測和工作量預(yù)測等。根據(jù)現(xiàn)金流法原理，方案鉆井、進(jìn)尺等工作量對投資測算產(chǎn)生影響。開發(fā)概念設(shè)計(jì)中，產(chǎn)量預(yù)測模型對評價(jià)結(jié)果的影響最為重要。

對一個特定的評價(jià)目標(biāo)，因油藏類型和儲量參數(shù)等因素，技術(shù)合理的開發(fā)概念設(shè)計(jì)模型[15-17]具有唯一性，也是最小商業(yè)儲量規(guī)模計(jì)算的核心，而此概念方案設(shè)計(jì)往往具有更多變數(shù)，不同模型設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生不同的計(jì)算結(jié)果。因此，油氣藏開發(fā)概念方案設(shè)計(jì)對儲量規(guī)模具有重要意義。

2 開發(fā)概念方案模型

油氣藏開發(fā)概念設(shè)計(jì)取決于儲量本身的特性。盡管方案設(shè)計(jì)階段涉及諸多關(guān)聯(lián)參數(shù)，如油氣藏類型、單井產(chǎn)能、單井可采儲量和產(chǎn)量模型等，但這些參數(shù)的最終目的是建立合理的開發(fā)概念設(shè)計(jì)模型，而現(xiàn)金流評價(jià)模型僅與工作量及產(chǎn)量預(yù)測指標(biāo)直接關(guān)聯(lián)?？碧侥繕?biāo)區(qū)塊最小商業(yè)儲量規(guī)模評價(jià)中，勘探提供的資料至少包括含油氣面積、油氣藏類型和地質(zhì)儲量或利用采收率折算的可采儲量，它們是開發(fā)概念方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

開發(fā)概念方案設(shè)計(jì)包括工作量設(shè)計(jì)和產(chǎn)量設(shè)計(jì)兩部分。其中，工作量設(shè)計(jì)主要測算新鉆井工作量、進(jìn)尺及投資，產(chǎn)量設(shè)計(jì)是建立評價(jià)期(T)內(nèi)分年度產(chǎn)量(Q)。產(chǎn)量方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)是采油速度、新建產(chǎn)能和逐年產(chǎn)量貢獻(xiàn)率。由于勘探目標(biāo)資料所限，產(chǎn)量貢獻(xiàn)率模型可采取建立分地區(qū)不同類型油藏產(chǎn)量模式方式來完成。在沒有更詳盡資料支持的條件下，該類產(chǎn)量貢獻(xiàn)率模型在開發(fā)概念設(shè)計(jì)中更具可操作性。通過對中石化重點(diǎn)地區(qū)已開發(fā)油藏的統(tǒng)計(jì)，建立了幾個分地區(qū)原油產(chǎn)量貢獻(xiàn)率模型(圖1)，可作為分地區(qū)油氣藏開發(fā)概念設(shè)計(jì)的參考。

以中石化東部XX油藏為例，含油氣面積S=0.7 km2，滲透率K=80×10-3μm2，預(yù)測探明儲量N=100×104t(采收率25%，對應(yīng)預(yù)測可采儲量25×104t)，油藏類型為中-高滲斷塊油藏，油藏埋深3 200 m。同地區(qū)新區(qū)產(chǎn)能建設(shè)區(qū)塊類比，探明儲量采油速度(v)取1.5%，一次開發(fā)井網(wǎng)密度(f)取14口/ km2。依據(jù)井網(wǎng)密度法測算，方案設(shè)計(jì)新鉆井?dāng)?shù)為S×f=10口；最高年產(chǎn)能為V×N=1.5×104t；鉆井進(jìn)尺32 km。依據(jù)圖1中東濮凹陷某斷塊油藏產(chǎn)量貢獻(xiàn)率即可設(shè)計(jì)評價(jià)期分年度的產(chǎn)量模型。概念方案主要數(shù)據(jù)見表1。

圖1 中石化主要油區(qū)產(chǎn)量貢獻(xiàn)率模型Fig.1 Oil production contribution rate model for the main oil fields of SINOPEC

時(shí)間/a123456789101112131415生產(chǎn)井?dāng)?shù)/口101010101010101010101010101010產(chǎn)量貢獻(xiàn)率080100085073065057051047043039036033031029028年產(chǎn)量/(104t)120150127110097086077070064059054050046044042

3 計(jì)算方法

3.1 方法原理

現(xiàn)金流原理的實(shí)質(zhì)是依據(jù)投入、產(chǎn)出原理在開發(fā)概念方案基礎(chǔ)上進(jìn)行效益綜合分析。其具體過程是應(yīng)用評價(jià)期分年度現(xiàn)金流入、現(xiàn)金流出及行業(yè)基準(zhǔn)收益率，進(jìn)行效益指標(biāo)測算。其中，測算指標(biāo)包括凈現(xiàn)值、收益率和回收期等。將現(xiàn)金流原理應(yīng)用于油氣項(xiàng)目中，以油氣藏的模擬開發(fā)方案為基礎(chǔ)，測算流出項(xiàng)和流入項(xiàng)指標(biāo)。其中，流入項(xiàng)主要為分年度油氣產(chǎn)量的銷售收入，它與產(chǎn)量模型相關(guān)；流入項(xiàng)包括分年度開發(fā)鉆井和地面建設(shè)投資及成本，它與鉆進(jìn)工作量及油氣開采單位成本水平相關(guān)?；谏鲜鲈?，可以構(gòu)建如公式(1)所示的現(xiàn)金流模型。

(1)

式中：CI——第t年現(xiàn)金流入，萬元；

CO——第t年現(xiàn)金流出，萬元；

ic——基準(zhǔn)收益率，小數(shù)；

t——時(shí)間序列數(shù)，取值1，2,…,T；

T——項(xiàng)目評價(jià)期時(shí)間，a；

NPV——凈現(xiàn)值，萬元。

基于噸油成本法[15-16]，假定評價(jià)目標(biāo)油氣藏地質(zhì)儲量、采油/氣速度、無因次產(chǎn)量貢獻(xiàn)率、鉆井投資、單位產(chǎn)量銷售價(jià)格、單位產(chǎn)量稅金及單位產(chǎn)量操作成本為已知，則現(xiàn)金流入和現(xiàn)金流出可表述為公式(2)和公式(3)。

(2)

(3)

N——油氣藏地質(zhì)儲量，104t；

v——油氣藏采油/氣速度，小數(shù)；

rt——無因次產(chǎn)量貢獻(xiàn)率，小數(shù)；

P——油氣銷售價(jià)格，元/t(元/m3)；

R——單位產(chǎn)量稅金，元/t(元/m3)；

It——第t年鉆井投資，萬元；

Cor——單位產(chǎn)量操作成本，元/t(元/m3)。

將公式(2)和公式(3)代入公式(1)可推導(dǎo)出油氣藏儲量規(guī)模與凈現(xiàn)值關(guān)系模型的表達(dá)公式(4)。

(4)

油氣藏區(qū)塊評價(jià)中，鉆井投資只發(fā)生在評價(jià)期的第1年，其后年份投資為0。因此，上述鉆井投資It可以簡化為I1(評價(jià)期內(nèi)第1年的鉆井投資)。從而公式(4)可簡化如下：

(5)

為使關(guān)系模型進(jìn)一步簡化，以便于之后的油氣藏儲量最小商業(yè)儲量規(guī)模計(jì)算，本文定義了用于簡化關(guān)系模型的計(jì)算參數(shù)C1和C2。

(6)

(7)

在確定C1的計(jì)算中，需要確定參數(shù)油價(jià)(P)、噸油稅金(R)、行業(yè)基準(zhǔn)收益率(ic)，采油/氣速度(v) ，無因次產(chǎn)量貢獻(xiàn)率(r)及經(jīng)濟(jì)評價(jià)期(T)。這些基本參數(shù)由開發(fā)概念方案設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)確定。在確定C2的計(jì)算中，僅涉及方案投資和行業(yè)基準(zhǔn)收益率。以上基礎(chǔ)參數(shù)在油氣藏開發(fā)概念方案確定條件下均為已知確定參數(shù)。因此，油氣藏模擬開發(fā)方案設(shè)計(jì)完成后，C2則為常數(shù)，C1與方案參數(shù)及油價(jià)相關(guān)。

基于上述分析，公式(5)表征的油氣藏儲量規(guī)模與凈現(xiàn)值關(guān)系模型簡化表述如下：

NPV=C1N-C2

(8)

根據(jù)油氣藏最小商業(yè)儲量規(guī)模的定義，凈現(xiàn)值(NPV)為0對應(yīng)的油氣儲藏規(guī)模的值即為最小商業(yè)儲量規(guī)模值，見公式(9)。

(9)

式中：Nmin——油氣藏最小商業(yè)儲量規(guī)模值，104t。

3.2 變化特征

公式(8)所述凈現(xiàn)值與儲量規(guī)模的線性關(guān)系可用

圖2 探明儲量與凈現(xiàn)值關(guān)系Fig.2 Relationship between proved reserves and net present value

圖2表示。即在一個油價(jià)(P)進(jìn)行評價(jià)時(shí)，固定油氣藏區(qū)塊只有一條固定斜線與橫軸相交，其交點(diǎn)對應(yīng)儲量即為最小商業(yè)儲量規(guī)模，可用公式(9)計(jì)算。公式(9)中C1代表直線斜率，C2代表與縱軸截距。

油氣藏開發(fā)概念方案設(shè)計(jì)完成后，C2則為常數(shù)，C1與方案參數(shù)及油價(jià)相關(guān)。圖2反映了固定油氣藏在不同油價(jià)條件下的最小商業(yè)儲量規(guī)模變化值。

在具體項(xiàng)目評價(jià)時(shí)，油氣藏最小商業(yè)儲量規(guī)模值與最小經(jīng)濟(jì)儲量規(guī)模值[17-21]的界定有所差別。計(jì)算油氣藏最小商業(yè)儲量規(guī)模值時(shí)，需要油氣藏前期勘探投入作投資沉沒處理，I1取開發(fā)概念方案投資；計(jì)算油氣藏最小經(jīng)濟(jì)儲量規(guī)模值時(shí)，需要考慮勘探前期的全部投資，I1取油氣藏勘探總投入加開發(fā)概念方案投資。

3.3 計(jì)算流程

最小商業(yè)儲量規(guī)模計(jì)算分4個步驟(圖3)。

第一步：構(gòu)建油氣藏開發(fā)概念方案。根據(jù)評價(jià)區(qū)塊地質(zhì)參數(shù)，如含油氣面積、油藏類型和儲層滲透率等，設(shè)計(jì)新鉆井?dāng)?shù)、單井產(chǎn)能、采油速度及油氣藏評價(jià)期產(chǎn)量預(yù)測等。在評價(jià)目標(biāo)區(qū)塊地質(zhì)參數(shù)不全時(shí)，可

圖3 油氣藏最小商業(yè)儲量規(guī)模計(jì)算流程Fig.3 Calculation flow chart of the minimum commercial reserves of reservoirs

參照圖1選取無因次產(chǎn)量系數(shù)。

第二步：定義基礎(chǔ)參數(shù)。這些參數(shù)包括油價(jià)、噸油開采成本、噸油稅金、單井鉆井投資和單井地面投資等。

第三步：構(gòu)建儲量規(guī)模凈現(xiàn)值模型?；诨A(chǔ)參數(shù)及無因次產(chǎn)量系數(shù)，應(yīng)用公式(5)和公式(6)計(jì)算常數(shù)C1和C2。

第四步：應(yīng)用公式(9)計(jì)算既定條件下的最小商業(yè)儲量規(guī)模。

4 應(yīng)用案例

以中石化東部油區(qū)5個油藏區(qū)塊為例，進(jìn)行最小商業(yè)儲量規(guī)模計(jì)算。根據(jù)礦場資料，應(yīng)用類比法建立了5個油氣藏區(qū)塊的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(表2)。

根據(jù)不同區(qū)塊所在地區(qū)新區(qū)產(chǎn)能建設(shè)區(qū)塊資料統(tǒng)計(jì)，確定不同區(qū)塊合理采油速度及井網(wǎng)密度設(shè)計(jì)投資及產(chǎn)能方案(表3)。

評價(jià)區(qū)塊屬于斷塊油藏，產(chǎn)量貢獻(xiàn)率模型可借用表1中對應(yīng)于XX區(qū)塊的無因次產(chǎn)量貢獻(xiàn)率模型。將產(chǎn)量貢獻(xiàn)率模型代入公式(6)進(jìn)行測算，可得出產(chǎn)量貢獻(xiàn)率折現(xiàn)求和值為3.83，P按80美元/桶，折算噸油價(jià)格3 620元，R取油價(jià)2%，扣稅油價(jià)為3 549元/t，則5個油氣藏區(qū)塊對應(yīng)常數(shù)C1的表達(dá)式如下：

C1=3.83v(3 549-Cor)

(10)

將表2和表3的相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式(7)和公式(10)求取系數(shù)C1和C2，應(yīng)用公式(9)求得油氣藏區(qū)塊最小商業(yè)儲量規(guī)模，結(jié)果見表4。

表2 油氣藏區(qū)塊基礎(chǔ)參數(shù)

表3 油氣藏區(qū)塊開發(fā)概念設(shè)計(jì)參數(shù)

表4 油氣藏區(qū)塊最小商業(yè)儲量規(guī)模計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)論

1) 本文所述方法以項(xiàng)目現(xiàn)金流評價(jià)原理為基礎(chǔ)，結(jié)合油氣藏開發(fā)概念模型設(shè)計(jì)，分析影響最小商業(yè)儲量規(guī)模的關(guān)鍵參數(shù)，建立了解析求解方法。方法具有通用性，適合勘探項(xiàng)目的目標(biāo)評價(jià)排序及探明未開發(fā)儲量效益評價(jià)等方面。

2) 文中提供了中石化不同油區(qū)無因次產(chǎn)量模式圖版供參考。但實(shí)際操作中，為科學(xué)評價(jià)油氣藏區(qū)塊最小商業(yè)儲量規(guī)模，開發(fā)概念模型設(shè)計(jì)應(yīng)與同地區(qū)地質(zhì)研究人員結(jié)合而定。針對同一油氣藏區(qū)塊，不同設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的方案預(yù)測模型可能有所不同，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果有所差異，需要設(shè)立不同地質(zhì)參數(shù)體系下開發(fā)概念設(shè)計(jì)方案編制標(biāo)準(zhǔn)。

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(編輯 李 軍)

Calculation of the minimum commercial reserves of petroleum reservoirs

Zhang Zhonghua1,Zhou Jitao2

(1.PetroleumExploration&ProductionResearchInstitute,SINOPEC,Beijing100083,China； 2.ChinaPetroleum&ChemicalCorporation,Beijing100728,China)

Based on reservoir exploration and development practices, this paper defines the minimum commercial reserves of petroleum reservoirs and explains the specific connotations of the minimum commercial recoverable reserves, the minimum business proved reserves and the minimum business resources of reservoirs. By studying the development regularities and production change patterns of reservoirs in different regions and in combination with the principles of input-output analysis, a universal method was presented for calculating the minimum commercial reserves based on the reservoir development conceptual design. The relationship among reservoir development concept design parameters and cash inflow and outflow parameter models was established first and then used to build a linear correlation model of reservoir reserves to net present value. For a given reservoir, this model theoretically revealed the characteristics of variation of the minimum commercial reserves under different economic conditions. The method can rapidly evaluate the minimum commercial reserves under different boundary conditions by directly using the economic parameters of reservoir exploration and development, the parameters of reserves grade and the parameters of the development concept plan. Therefore, it can provide efficient technical supports to the economic benefits ranking of exploration projects in different oil fields, the ranking of potential targets of producing proven reserves, and the demonstration of reservoir evaluation projects during oilfield development and production capacity building goals in new blocks.

cash flow model, minimum commercial reserves, design of development concept, reservoir development

2014-08-19;

2014-10-20。

張中華(1964—)，男,高級工程師，油田開發(fā)。E-mail:zhangzh.syky@sinopec.com。

0253-9985(2015)01-0148-06

10.11743/ogg20150119

TE32

A