四川盆地中部古隆起震旦系氣藏產量增長趨勢預測

余 果 李海濤 陳艷茹 鄭 姝 劉 鑫

中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 引言

科學預測油氣產量變化趨勢對制定能源開采計劃及調整發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義，國內已開展了大量的中長期油氣產量變化趨勢預測的研究工作，利用各類數(shù)學模型深入分析變化趨勢[1]。世界各國充分重視油氣產量趨勢預測的研究工作。

峰值模型預測法是目前運用最為廣泛的天然氣中長期產量預測方法[2]。對于尚處于開發(fā)初期或上產階段的氣區(qū)，中長期預測時使用峰值預測模型進行產量的預測，更能把握宏觀趨勢，這是其他預測方法不可替代的。用峰值預測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測未來勘探或開發(fā)的前景[3]。該方法目前已廣泛地應用于盆地、氣區(qū)層面的油氣產量預測研究中[4-6]。

1 峰值預測理論

20世紀60年代以來，國外大量研究學者應用峰值模型定量預測油氣儲產變化趨勢[7]。Hubbert是美國著名的石油地質學家，他開創(chuàng)了用數(shù)學模型研究油氣產量峰值的歷史。1956年，Hubbert準確預測出美國將在1971年達到石油產量第一個峰值，并創(chuàng)建了預測累積產量（CP）和最終可采儲量（Ultimately Recovery Resources，URR）的模型，被命名為Hubbert模型[8]。此外，得到廣泛應用的預測模型還有高斯（Gauss）模型、龔帕茲（Compertz）模型和基于概率論和統(tǒng)計學理論的隨機模型[9]，如威布爾（Weibull）模型等[10]。目前，國際上研究應用比較廣泛且深入的峰值預測模型主要有Hubbert、Gauss模型[11]。

1.1 Hubbert模型

1.2 Gauss預測模型

2 氣藏簡況

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)今在四川盆地內部表現(xiàn)為一個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，隆起面積約6.5×104km2。四川盆地中部古隆起發(fā)現(xiàn)10個工業(yè)產層，縱向上形成7套成藏組合。

圖1 中上揚子區(qū)古地理圖

四川盆地中部古隆起燈影組丘灘相儲層發(fā)育，緊鄰古裂陷生烴中心，成藏條件優(yōu)越，臺緣帶具備形成大型巖性圈閉氣藏的地質條件[14]，其勘探始于20世紀40年代，歷經八十余載，分為4個勘探開發(fā)階段。①威遠發(fā)現(xiàn)：歷時24年（1940—1964年），“三上”威遠，發(fā)現(xiàn)新中國第一個整裝海相大氣田——威遠氣田，探明地質儲量400×108m3。②探索突破：歷經47載持續(xù)探索（1965—2012年），以2011年高石1井的發(fā)現(xiàn)為標志，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8年（2013—2020年），2013年發(fā)現(xiàn)“德陽—安岳大型克拉通內裂陷”，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子區(qū)的油氣地質理論向前推進了一大步，攻克了強非均質古老風化殼巖溶氣藏高效開發(fā)的世界級難題，建成年產能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量、百億立方米天然氣產量前景（圖2）。

圖2 四川盆地中部古隆起震旦系氣藏歷年儲、產量增長趨勢圖

截至2020年底，四川盆地中部古隆起震旦系資源量達到2.62×108m3，探明率28.5%，探明儲量采出程度僅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擇優(yōu)建產，實現(xiàn)高效開發(fā)[15]。待探明區(qū)塊蓬萊氣區(qū)蓬萊—中江燈二臺緣帶、射洪—鹽亭燈四臺緣帶具備探明整裝儲量潛力，實鉆證實燈二、燈四段儲層厚度大，溶蝕孔洞發(fā)育，單井測試產量高、初期試采效果好，是“十四五”持續(xù)規(guī)模增儲上產的現(xiàn)實領域（圖3）。蓬萊—中江區(qū)塊燈二臺緣帶發(fā)育多個大型巖性圈閉氣藏，千億級規(guī)模整裝儲量基本落實，具備集中探明、快速上產的條件；射洪—鹽亭區(qū)塊燈四臺緣帶儲層發(fā)育，含氣性好，有望實現(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)質烴源巖，資源基礎雄厚，勘探開發(fā)潛力巨大，已成為盆地常規(guī)天然氣業(yè)務增儲上產、效益增長的主體和未來油氣上游業(yè)務發(fā)展的重要戰(zhàn)略領域[16]。未來，有望成為中國最大碳酸鹽巖氣藏群。氣田具有較強的儲層非均質、復雜的壓力系統(tǒng)等地質特征，合理的產量規(guī)模確定是超深層大氣田高質量開發(fā)的關鍵[17]。

因此，開展四川盆地中部古隆起震旦系氣藏天然氣產量增長趨勢預測研究，可進一步明確該領域未來勘探開發(fā)潛力，對制定該區(qū)域的高質量產量規(guī)劃有重要指導作用[18]。

3 產量增長趨勢預測

依據震旦系氣藏資源量和探明率等因素，估算最終可采儲量（URR）的取值范圍。利用Hubbert和Gauss模型求取不同（URR）情景下的天然氣產量增長規(guī)律，并通過相關性分析選取最優(yōu)的預測結果。

3.1 最終可采儲量

在預測模型的邊界研究方面，油氣田產量大小受眾多因素的影響，但針對中長期甚至遠景產量的預測，最終可采儲量是影響預測結果的主要因素。最終可采儲量（URR）是對未來可采和已生產的油氣產量的估算，包括累計產量、剩余可采儲量以及未來新增可采儲量3個組成部分。

從預測模型性質的角度，同一模型預測出現(xiàn)不同的預測結果，其本質是模型預測曲線下方包絡的面積不同，即模型所計算的最終總可采儲量不同。不難理解，不同的最終可采儲量取值對應不同的峰值產量和峰值時間，定性的說，較高的最終可采儲量對應較高的峰值產量，是決定未來產量趨勢的主控因素[19]。

因此，依據四川盆地中部古隆起震旦系氣藏資源量對最終可采儲量數(shù)值范圍進行估算。通過研究世界含油氣盆地的資源升級及增長規(guī)律，當探明率在40%～60%的范圍，氣藏進入高產穩(wěn)產階段，按照震旦系氣藏的天然氣資源量2.62×1012m3，估算探明儲量范圍為1.048×1012～1.572×1012m3。

按照《天然氣可采儲量計算方法》（SY/T6098-2010）行業(yè)標準[20]，當氣藏處于開采初期或缺乏計算資料時，可根據該標準劃定的氣藏類型和相應的采收率取值范圍，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，不產水；蓬萊—中江地區(qū)燈影組二段臺緣帶為巖性氣藏；高磨地區(qū)燈影組二段臺緣帶為構造底水氣藏。按“天然氣可采儲量計算方法—SY/T6098-2010”[20]中氣藏類型劃分，屬Ⅱ型—Ⅰb型氣藏，其采收率應在0.6～0.7之間。按照60%采收率計算，對應的可采儲量范圍為6 288～9 432×108m3?？紤]技術條件的限制，可采儲量到最終可采儲量的轉化率約為60%，得到最終可采儲量范圍為3 770×108～5 660×108m3。

3.2 天然氣產量增長趨勢預測

采用峰值預測模型，預測成熟盆地40%～60%探明率下的峰值產量。分別選取探明率為40%、45%、50%、55%和60%，計算得到每個探明率對應的最終可采儲量數(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量增長趨勢。

表1 不同最終可采儲量條件下震旦系氣藏產量預測結果表

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量增長公式（公式（11）、（12））與天然氣產量預測結果（圖4、圖5）。其中，公式（11）為Hubbert模型的產量增長公式，公式（12）為Gauss模型的產量增長公式。公式中包含不同最終可采儲量條件下的年產量峰值、產量峰值時間、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量預測結果圖

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量預測結果圖

從預測結果可以看出，兩種預測模型產量預測結果較為接近。當最終可采儲量增加，產量峰值也隨著增加，產量到達峰值的時間均為2036年，tm=2036。

依據產量增長速度，將預測時間段的產量增長過程分為4個階段：產量上升階段（2021—2031）、產量相對穩(wěn)定階段（2032—2040）、產量快速遞減階段（2041—2050）與產量緩慢遞減階段（2051—2070）。在2023—2031年，產量隨著年份的增加快速上升。在2032—2036年，產量保持平穩(wěn)增長并在2036年到達產量峰值。在2036—2040年，產量保持平穩(wěn)下降。2041—2050年，產量開始快速降低。在2050年后，產量曲線開始緩慢下降并逐漸趨近于0。

3.3 預測結果相關性分析

為比較兩種峰值預測模型產量預測結果的精確性，引入相關性分析。將Hubbert、Gauss模型的產量預測數(shù)據與歷史數(shù)據分別進行相關性分析。從表2中可以看出，兩種模型的相關性系數(shù)都非常接近1，對應的產量預測結果相關性較高。不同探明下的Gauss模型預測結果的相關性系數(shù)均高于Hubbert模型。因此，選取Gauss模型的預測數(shù)據作為震旦系氣藏的產量預測結果。

表2 不同探明率下峰值產量預測結果相關性分析表

4 結論

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，制約未來產量增長的未知因素較多。將最終可采儲量作為影響產量變化趨勢的主控因素，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量增長趨勢預測模型，并運用相關性分析確定產量預測結果的精確性。

2）產量預測結果表明，Gauss模型的預測結果相關性更高。四川盆地中部古隆起震旦系氣藏將在未來20年繼續(xù)保持產量快速增長趨勢，將于2036年達到的140×108～285×108m3/a的峰值產量，并在2032—2040年處于相對穩(wěn)產期，穩(wěn)產階段結束時最終可采儲量的采出程度達到60%以上[21]。