余 果 李海濤 陳艷茹 鄭 姝 劉 鑫

中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

科學(xué)預(yù)測(cè)油氣產(chǎn)量變化趨勢(shì)對(duì)制定能源開采計(jì)劃及調(diào)整發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義，國(guó)內(nèi)已開展了大量的中長(zhǎng)期油氣產(chǎn)量變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)的研究工作，利用各類數(shù)學(xué)模型深入分析變化趨勢(shì)[1]。世界各國(guó)充分重視油氣產(chǎn)量趨勢(shì)預(yù)測(cè)的研究工作。

峰值模型預(yù)測(cè)法是目前運(yùn)用最為廣泛的天然氣中長(zhǎng)期產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法[2]。對(duì)于尚處于開發(fā)初期或上產(chǎn)階段的氣區(qū)，中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)時(shí)使用峰值預(yù)測(cè)模型進(jìn)行產(chǎn)量的預(yù)測(cè)，更能把握宏觀趨勢(shì)，這是其他預(yù)測(cè)方法不可替代的。用峰值預(yù)測(cè)法建立擬合模型去逼近以往的勘探或開發(fā)歷程，模型的外延部分則可以預(yù)測(cè)未來勘探或開發(fā)的前景[3]。該方法目前已廣泛地應(yīng)用于盆地、氣區(qū)層面的油氣產(chǎn)量預(yù)測(cè)研究中[4-6]。

1 峰值預(yù)測(cè)理論

20世紀(jì)60年代以來，國(guó)外大量研究學(xué)者應(yīng)用峰值模型定量預(yù)測(cè)油氣儲(chǔ)產(chǎn)變化趨勢(shì)[7]。Hubbert是美國(guó)著名的石油地質(zhì)學(xué)家，他開創(chuàng)了用數(shù)學(xué)模型研究油氣產(chǎn)量峰值的歷史。1956年，Hubbert準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出美國(guó)將在1971年達(dá)到石油產(chǎn)量第一個(gè)峰值，并創(chuàng)建了預(yù)測(cè)累積產(chǎn)量（CP）和最終可采儲(chǔ)量（Ultimately Recovery Resources，URR）的模型，被命名為Hubbert模型[8]。此外，得到廣泛應(yīng)用的預(yù)測(cè)模型還有高斯（Gauss）模型、龔帕茲（Compertz）模型和基于概率論和統(tǒng)計(jì)學(xué)理論的隨機(jī)模型[9]，如威布爾（Weibull）模型等[10]。目前，國(guó)際上研究應(yīng)用比較廣泛且深入的峰值預(yù)測(cè)模型主要有Hubbert、Gauss模型[11]。

1.1 Hubbert模型

1.2 Gauss預(yù)測(cè)模型

2 氣藏簡(jiǎn)況

四川盆地中部古隆起位于四川盆地中西部，自西向東橫跨雅安、成都、遂寧、南充市等地區(qū)，是該盆地常規(guī)天然氣資源最富集的地區(qū)（圖1）。古隆起現(xiàn)今在四川盆地內(nèi)部表現(xiàn)為一個(gè)近東西向展布的鼻狀隆起，軸線西起雅安、東至龍女寺，定型于加里東末期，核部最老出露震旦系，以志留系缺失區(qū)計(jì)，隆起面積約6.5×104km2。四川盆地中部古隆起發(fā)現(xiàn)10個(gè)工業(yè)產(chǎn)層，縱向上形成7套成藏組合。

圖1 中上揚(yáng)子區(qū)古地理圖

四川盆地中部古隆起燈影組丘灘相儲(chǔ)層發(fā)育，緊鄰古裂陷生烴中心，成藏條件優(yōu)越，臺(tái)緣帶具備形成大型巖性圈閉氣藏的地質(zhì)條件[14]，其勘探始于20世紀(jì)40年代，歷經(jīng)八十余載，分為4個(gè)勘探開發(fā)階段。①威遠(yuǎn)發(fā)現(xiàn)：歷時(shí)24年（1940—1964年），“三上”威遠(yuǎn)，發(fā)現(xiàn)新中國(guó)第一個(gè)整裝海相大氣田——威遠(yuǎn)氣田，探明地質(zhì)儲(chǔ)量400×108m3。②探索突破：歷經(jīng)47載持續(xù)探索（1965—2012年），以2011年高石1井的發(fā)現(xiàn)為標(biāo)志，震旦系燈影組取得歷史性重大勘探突破，發(fā)現(xiàn)了安岳特大型氣田。③高效勘探開發(fā)：歷時(shí)8年（2013—2020年），2013年發(fā)現(xiàn)“德陽—安岳大型克拉通內(nèi)裂陷”，創(chuàng)新了古老碳酸鹽巖油氣成藏理論，將四川盆地乃至上揚(yáng)子區(qū)的油氣地質(zhì)理論向前推進(jìn)了一大步，攻克了強(qiáng)非均質(zhì)古老風(fēng)化殼巖溶氣藏高效開發(fā)的世界級(jí)難題，建成年產(chǎn)能60×108m3。④戰(zhàn)略突破（2021年—）：探索四川盆地中部古隆起斜坡區(qū)，安岳氣田以北蓬探1井震旦系燈影組二段測(cè)試獲氣，勘探又獲重大突破，發(fā)現(xiàn)蓬萊氣區(qū)及盆地新的含氣層系，區(qū)域縱向上多套層系立體含氣，平面上大范圍整體含氣，展現(xiàn)出萬億立方米天然氣儲(chǔ)量、百億立方米天然氣產(chǎn)量前景（圖2）。

圖2 四川盆地中部古隆起震旦系氣藏歷年儲(chǔ)、產(chǎn)量增長(zhǎng)趨勢(shì)圖

截至2020年底，四川盆地中部古隆起震旦系資源量達(dá)到2.62×108m3，探明率28.5%，探明儲(chǔ)量采出程度僅1.4%，探明程度較低，處于勘探早中期。目前已在探明已開發(fā)區(qū)塊安岳氣田高磨震旦系氣藏?fù)駜?yōu)建產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高效開發(fā)[15]。待探明區(qū)塊蓬萊氣區(qū)蓬萊—中江燈二臺(tái)緣帶、射洪—鹽亭燈四臺(tái)緣帶具備探明整裝儲(chǔ)量潛力，實(shí)鉆證實(shí)燈二、燈四段儲(chǔ)層厚度大，溶蝕孔洞發(fā)育，單井測(cè)試產(chǎn)量高、初期試采效果好，是“十四五”持續(xù)規(guī)模增儲(chǔ)上產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域（圖3）。蓬萊—中江區(qū)塊燈二臺(tái)緣帶發(fā)育多個(gè)大型巖性圈閉氣藏，千億級(jí)規(guī)模整裝儲(chǔ)量基本落實(shí)，具備集中探明、快速上產(chǎn)的條件；射洪—鹽亭區(qū)塊燈四臺(tái)緣帶儲(chǔ)層發(fā)育，含氣性好，有望實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略新突破。

圖3 四川盆地中部古隆起震旦系氣藏勘探成果圖

總體而言，四川盆地中部古隆起震旦系氣藏發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖，資源基礎(chǔ)雄厚，勘探開發(fā)潛力巨大，已成為盆地常規(guī)天然氣業(yè)務(wù)增儲(chǔ)上產(chǎn)、效益增長(zhǎng)的主體和未來油氣上游業(yè)務(wù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略領(lǐng)域[16]。未來，有望成為中國(guó)最大碳酸鹽巖氣藏群。氣田具有較強(qiáng)的儲(chǔ)層非均質(zhì)、復(fù)雜的壓力系統(tǒng)等地質(zhì)特征，合理的產(chǎn)量規(guī)模確定是超深層大氣田高質(zhì)量開發(fā)的關(guān)鍵[17]。

因此，開展四川盆地中部古隆起震旦系氣藏天然氣產(chǎn)量增長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)研究，可進(jìn)一步明確該領(lǐng)域未來勘探開發(fā)潛力，對(duì)制定該區(qū)域的高質(zhì)量產(chǎn)量規(guī)劃有重要指導(dǎo)作用[18]。

3 產(chǎn)量增長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)

依據(jù)震旦系氣藏資源量和探明率等因素，估算最終可采儲(chǔ)量（URR）的取值范圍。利用Hubbert和Gauss模型求取不同（URR）情景下的天然氣產(chǎn)量增長(zhǎng)規(guī)律，并通過相關(guān)性分析選取最優(yōu)的預(yù)測(cè)結(jié)果。

3.1 最終可采儲(chǔ)量

在預(yù)測(cè)模型的邊界研究方面，油氣田產(chǎn)量大小受眾多因素的影響，但針對(duì)中長(zhǎng)期甚至遠(yuǎn)景產(chǎn)量的預(yù)測(cè)，最終可采儲(chǔ)量是影響預(yù)測(cè)結(jié)果的主要因素。最終可采儲(chǔ)量（URR）是對(duì)未來可采和已生產(chǎn)的油氣產(chǎn)量的估算，包括累計(jì)產(chǎn)量、剩余可采儲(chǔ)量以及未來新增可采儲(chǔ)量3個(gè)組成部分。

從預(yù)測(cè)模型性質(zhì)的角度，同一模型預(yù)測(cè)出現(xiàn)不同的預(yù)測(cè)結(jié)果，其本質(zhì)是模型預(yù)測(cè)曲線下方包絡(luò)的面積不同，即模型所計(jì)算的最終總可采儲(chǔ)量不同。不難理解，不同的最終可采儲(chǔ)量取值對(duì)應(yīng)不同的峰值產(chǎn)量和峰值時(shí)間，定性的說，較高的最終可采儲(chǔ)量對(duì)應(yīng)較高的峰值產(chǎn)量，是決定未來產(chǎn)量趨勢(shì)的主控因素[19]。

因此，依據(jù)四川盆地中部古隆起震旦系氣藏資源量對(duì)最終可采儲(chǔ)量數(shù)值范圍進(jìn)行估算。通過研究世界含油氣盆地的資源升級(jí)及增長(zhǎng)規(guī)律，當(dāng)探明率在40%～60%的范圍，氣藏進(jìn)入高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)階段，按照震旦系氣藏的天然氣資源量2.62×1012m3，估算探明儲(chǔ)量范圍為1.048×1012～1.572×1012m3。

按照《天然氣可采儲(chǔ)量計(jì)算方法》（SY/T6098-2010）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[20]，當(dāng)氣藏處于開采初期或缺乏計(jì)算資料時(shí)，可根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)劃定的氣藏類型和相應(yīng)的采收率取值范圍，直接選取采收率值。高磨地區(qū)燈影組四段氣藏屬巖性-地層氣藏，不產(chǎn)水；蓬萊—中江地區(qū)燈影組二段臺(tái)緣帶為巖性氣藏；高磨地區(qū)燈影組二段臺(tái)緣帶為構(gòu)造底水氣藏。按“天然氣可采儲(chǔ)量計(jì)算方法—SY/T6098-2010”[20]中氣藏類型劃分，屬Ⅱ型—Ⅰb型氣藏，其采收率應(yīng)在0.6～0.7之間。按照60%采收率計(jì)算，對(duì)應(yīng)的可采儲(chǔ)量范圍為6 288～9 432×108m3?？紤]技術(shù)條件的限制，可采儲(chǔ)量到最終可采儲(chǔ)量的轉(zhuǎn)化率約為60%，得到最終可采儲(chǔ)量范圍為3 770×108～5 660×108m3。

3.2 天然氣產(chǎn)量增長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)

采用峰值預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)成熟盆地40%～60%探明率下的峰值產(chǎn)量。分別選取探明率為40%、45%、50%、55%和60%，計(jì)算得到每個(gè)探明率對(duì)應(yīng)的最終可采儲(chǔ)量數(shù)值（表1），研究這5種不同探明率情景下的四川盆地中部古隆起震旦系氣藏天然氣產(chǎn)量增長(zhǎng)趨勢(shì)。

表1 不同最終可采儲(chǔ)量條件下震旦系氣藏產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果表

分別將不同的URR數(shù)值代入公式（4）和（10）中，得到基于Hubbert和Gauss模型的四川盆地中部古隆起震旦系天然氣產(chǎn)量增長(zhǎng)公式（公式（11）、（12））與天然氣產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果（圖4、圖5）。其中，公式（11）為Hubbert模型的產(chǎn)量增長(zhǎng)公式，公式（12）為Gauss模型的產(chǎn)量增長(zhǎng)公式。公式中包含不同最終可采儲(chǔ)量條件下的年產(chǎn)量峰值、產(chǎn)量峰值時(shí)間、模型參數(shù)。

圖4 基于Hubbert模型的四川盆地中部古隆起震旦系氣藏天然氣產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果圖

圖5 基于Gauss模型的四川盆地中部古隆起震旦系氣藏天然氣產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果圖

從預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出，兩種預(yù)測(cè)模型產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果較為接近。當(dāng)最終可采儲(chǔ)量增加，產(chǎn)量峰值也隨著增加，產(chǎn)量到達(dá)峰值的時(shí)間均為2036年，tm=2036。

依據(jù)產(chǎn)量增長(zhǎng)速度，將預(yù)測(cè)時(shí)間段的產(chǎn)量增長(zhǎng)過程分為4個(gè)階段：產(chǎn)量上升階段（2021—2031）、產(chǎn)量相對(duì)穩(wěn)定階段（2032—2040）、產(chǎn)量快速遞減階段（2041—2050）與產(chǎn)量緩慢遞減階段（2051—2070）。在2023—2031年，產(chǎn)量隨著年份的增加快速上升。在2032—2036年，產(chǎn)量保持平穩(wěn)增長(zhǎng)并在2036年到達(dá)產(chǎn)量峰值。在2036—2040年，產(chǎn)量保持平穩(wěn)下降。2041—2050年，產(chǎn)量開始快速降低。在2050年后，產(chǎn)量曲線開始緩慢下降并逐漸趨近于0。

3.3 預(yù)測(cè)結(jié)果相關(guān)性分析

為比較兩種峰值預(yù)測(cè)模型產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果的精確性，引入相關(guān)性分析。將Hubbert、Gauss模型的產(chǎn)量預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)分別進(jìn)行相關(guān)性分析。從表2中可以看出，兩種模型的相關(guān)性系數(shù)都非常接近1，對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果相關(guān)性較高。不同探明下的Gauss模型預(yù)測(cè)結(jié)果的相關(guān)性系數(shù)均高于Hubbert模型。因此，選取Gauss模型的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)作為震旦系氣藏的產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果。

表2 不同探明率下峰值產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果相關(guān)性分析表

4 結(jié)論

1）四川盆地中部古隆起震旦系氣藏目前處于勘探開發(fā)初期階段，制約未來產(chǎn)量增長(zhǎng)的未知因素較多。將最終可采儲(chǔ)量作為影響產(chǎn)量變化趨勢(shì)的主控因素，將其引入Hubbert與Gauss模型中，建立不同探明率情況下的震旦系氣藏產(chǎn)量增長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)模型，并運(yùn)用相關(guān)性分析確定產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果的精確性。

2）產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果表明，Gauss模型的預(yù)測(cè)結(jié)果相關(guān)性更高。四川盆地中部古隆起震旦系氣藏將在未來20年繼續(xù)保持產(chǎn)量快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，將于2036年達(dá)到的140×108～285×108m3/a的峰值產(chǎn)量，并在2032—2040年處于相對(duì)穩(wěn)產(chǎn)期，穩(wěn)產(chǎn)階段結(jié)束時(shí)最終可采儲(chǔ)量的采出程度達(dá)到60%以上[21]。