四川盆地中部古隆起震旦系气藏产量增长趋势预测

2022-04-09李海涛陈艳茹

天然气勘探与开发 2022年1期

余果李海涛陈艳茹郑姝刘鑫

中国石油西南油气田公司勘探开发研究院

0 引言

科学预测油气产量变化趋势对制定能源开采计划及调整发展战略具有重要意义，国内已开展了大量的中长期油气产量变化趋势预测的研究工作，利用各类数学模型深入分析变化趋势[1]。世界各国充分重视油气产量趋势预测的研究工作。

峰值模型预测法是目前运用最为广泛的天然气中长期产量预测方法[2]。对于尚处于开发初期或上产阶段的气区，中长期预测时使用峰值预测模型进行产量的预测，更能把握宏观趋势，这是其他预测方法不可替代的。用峰值预测法建立拟合模型去逼近以往的勘探或开发历程，模型的外延部分则可以预测未来勘探或开发的前景[3]。该方法目前已广泛地应用于盆地、气区层面的油气产量预测研究中[4-6]。

1 峰值预测理论

20世纪60年代以来，国外大量研究学者应用峰值模型定量预测油气储产变化趋势[7]。Hubbert是美国著名的石油地质学家，他开创了用数学模型研究油气产量峰值的历史。1956年，Hubbert准确预测出美国将在1971年达到石油产量第一个峰值，并创建了预测累积产量（CP）和最终可采储量（Ultimately Recovery Resources，URR）的模型，被命名为Hubbert模型[8]。此外，得到广泛应用的预测模型还有高斯（Gauss）模型、龚帕兹（Compertz）模型和基于概率论和统计学理论的随机模型[9]，如威布尔（Weibull）模型等[10]。目前，国际上研究应用比较广泛且深入的峰值预测模型主要有Hubbert、Gauss模型[11]。

1.1 Hubbert模型

1.2 Gauss预测模型

2 气藏简况

四川盆地中部古隆起位于四川盆地中西部，自西向东横跨雅安、成都、遂宁、南充市等地区，是该盆地常规天然气资源最富集的地区（图1）。古隆起现今在四川盆地内部表现为一个近东西向展布的鼻状隆起，轴线西起雅安、东至龙女寺，定型于加里东末期，核部最老出露震旦系，以志留系缺失区计，隆起面积约6.5×104km2。四川盆地中部古隆起发现10个工业产层，纵向上形成7套成藏组合。

图1 中上扬子区古地理图

四川盆地中部古隆起灯影组丘滩相储层发育，紧邻古裂陷生烃中心，成藏条件优越，台缘带具备形成大型岩性圈闭气藏的地质条件[14]，其勘探始于20世纪40年代，历经八十余载，分为4个勘探开发阶段。①威远发现：历时24年（1940—1964年），“三上”威远，发现新中国第一个整装海相大气田——威远气田，探明地质储量400×108m3。②探索突破：历经47载持续探索（1965—2012年），以2011年高石1井的发现为标志，震旦系灯影组取得历史性重大勘探突破，发现了安岳特大型气田。③高效勘探开发：历时8年（2013—2020年），2013年发现“德阳—安岳大型克拉通内裂陷”，创新了古老碳酸盐岩油气成藏理论，将四川盆地乃至上扬子区的油气地质理论向前推进了一大步，攻克了强非均质古老风化壳岩溶气藏高效开发的世界级难题，建成年产能60×108m3。④战略突破（2021年—）：探索四川盆地中部古隆起斜坡区，安岳气田以北蓬探1井震旦系灯影组二段测试获气，勘探又获重大突破，发现蓬莱气区及盆地新的含气层系，区域纵向上多套层系立体含气，平面上大范围整体含气，展现出万亿立方米天然气储量、百亿立方米天然气产量前景（图2）。

图2 四川盆地中部古隆起震旦系气藏历年储、产量增长趋势图

截至2020年底，四川盆地中部古隆起震旦系资源量达到2.62×108m3，探明率28.5%，探明储量采出程度仅1.4%，探明程度较低，处于勘探早中期。目前已在探明已开发区块安岳气田高磨震旦系气藏择优建产，实现高效开发[15]。待探明区块蓬莱气区蓬莱—中江灯二台缘带、射洪—盐亭灯四台缘带具备探明整装储量潜力，实钻证实灯二、灯四段储层厚度大，溶蚀孔洞发育，单井测试产量高、初期试采效果好，是“十四五”持续规模增储上产的现实领域（图3）。蓬莱—中江区块灯二台缘带发育多个大型岩性圈闭气藏，千亿级规模整装储量基本落实，具备集中探明、快速上产的条件；射洪—盐亭区块灯四台缘带储层发育，含气性好，有望实现战略新突破。

图3 四川盆地中部古隆起震旦系气藏勘探成果图

总体而言，四川盆地中部古隆起震旦系气藏发育优质烃源岩，资源基础雄厚，勘探开发潜力巨大，已成为盆地常规天然气业务增储上产、效益增长的主体和未来油气上游业务发展的重要战略领域[16]。未来，有望成为中国最大碳酸盐岩气藏群。气田具有较强的储层非均质、复杂的压力系统等地质特征，合理的产量规模确定是超深层大气田高质量开发的关键[17]。

因此，开展四川盆地中部古隆起震旦系气藏天然气产量增长趋势预测研究，可进一步明确该领域未来勘探开发潜力，对制定该区域的高质量产量规划有重要指导作用[18]。

3 产量增长趋势预测

依据震旦系气藏资源量和探明率等因素，估算最终可采储量（URR）的取值范围。利用Hubbert和Gauss模型求取不同（URR）情景下的天然气产量增长规律，并通过相关性分析选取最优的预测结果。

3.1 最终可采储量

在预测模型的边界研究方面，油气田产量大小受众多因素的影响，但针对中长期甚至远景产量的预测，最终可采储量是影响预测结果的主要因素。最终可采储量（URR）是对未来可采和已生产的油气产量的估算，包括累计产量、剩余可采储量以及未来新增可采储量3个组成部分。

从预测模型性质的角度，同一模型预测出现不同的预测结果，其本质是模型预测曲线下方包络的面积不同，即模型所计算的最终总可采储量不同。不难理解，不同的最终可采储量取值对应不同的峰值产量和峰值时间，定性的说，较高的最终可采储量对应较高的峰值产量，是决定未来产量趋势的主控因素[19]。

因此，依据四川盆地中部古隆起震旦系气藏资源量对最终可采储量数值范围进行估算。通过研究世界含油气盆地的资源升级及增长规律，当探明率在40%～60%的范围，气藏进入高产稳产阶段，按照震旦系气藏的天然气资源量2.62×1012m3，估算探明储量范围为1.048×1012～1.572×1012m3。

按照《天然气可采储量计算方法》（SY/T6098-2010）行业标准[20]，当气藏处于开采初期或缺乏计算资料时，可根据该标准划定的气藏类型和相应的采收率取值范围，直接选取采收率值。高磨地区灯影组四段气藏属岩性-地层气藏，不产水；蓬莱—中江地区灯影组二段台缘带为岩性气藏；高磨地区灯影组二段台缘带为构造底水气藏。按“天然气可采储量计算方法—SY/T6098-2010”[20]中气藏类型划分，属Ⅱ型—Ⅰb型气藏，其采收率应在0.6～0.7之间。按照60%采收率计算，对应的可采储量范围为6 288～9 432×108m3。考虑技术条件的限制，可采储量到最终可采储量的转化率约为60%，得到最终可采储量范围为3 770×108～5 660×108m3。

3.2 天然气产量增长趋势预测

采用峰值预测模型，预测成熟盆地40%～60%探明率下的峰值产量。分别选取探明率为40%、45%、50%、55%和60%，计算得到每个探明率对应的最终可采储量数值（表1），研究这5种不同探明率情景下的四川盆地中部古隆起震旦系气藏天然气产量增长趋势。

表1 不同最终可采储量条件下震旦系气藏产量预测结果表

分别将不同的URR数值代入公式（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气产量增长公式（公式（11）、（12））与天然气产量预测结果（图4、图5）。其中，公式（11）为Hubbert模型的产量增长公式，公式（12）为Gauss模型的产量增长公式。公式中包含不同最终可采储量条件下的年产量峰值、产量峰值时间、模型参数。

图4 基于Hubbert模型的四川盆地中部古隆起震旦系气藏天然气产量预测结果图

图5 基于Gauss模型的四川盆地中部古隆起震旦系气藏天然气产量预测结果图

从预测结果可以看出，两种预测模型产量预测结果较为接近。当最终可采储量增加，产量峰值也随着增加，产量到达峰值的时间均为2036年，tm=2036。

依据产量增长速度，将预测时间段的产量增长过程分为4个阶段：产量上升阶段（2021—2031）、产量相对稳定阶段（2032—2040）、产量快速递减阶段（2041—2050）与产量缓慢递减阶段（2051—2070）。在2023—2031年，产量随着年份的增加快速上升。在2032—2036年，产量保持平稳增长并在2036年到达产量峰值。在2036—2040年，产量保持平稳下降。2041—2050年，产量开始快速降低。在2050年后，产量曲线开始缓慢下降并逐渐趋近于0。

3.3 预测结果相关性分析

为比较两种峰值预测模型产量预测结果的精确性，引入相关性分析。将Hubbert、Gauss模型的产量预测数据与历史数据分别进行相关性分析。从表2中可以看出，两种模型的相关性系数都非常接近1，对应的产量预测结果相关性较高。不同探明下的Gauss模型预测结果的相关性系数均高于Hubbert模型。因此，选取Gauss模型的预测数据作为震旦系气藏的产量预测结果。