容積法儲量計算方程合理性分析

康志勇，王永祥，謝開寧，陳元平，許廷生

(1.中油遼河油田公司，遼寧 盤錦 124010; 2.中油勘探與生產(chǎn)分公司，北京 100011; 3.中國石油大學(xué)，山東 青島 266500; 4.中油冀東油田分公司，河北 唐山 063004)

容積法儲量計算方程合理性分析

康志勇1，王永祥2，謝開寧3，陳元平1，許廷生4

(1.中油遼河油田公司，遼寧 盤錦 124010; 2.中油勘探與生產(chǎn)分公司，北京 100011; 3.中國石油大學(xué)，山東 青島 266500; 4.中油冀東油田分公司，河北 唐山 063004)

準確計算儲集巖孔隙中的油氣體積(即油氣儲量)是制訂油氣藏開發(fā)方案的基礎(chǔ)，而儲量參數(shù)確定的合理與否又是評價油氣儲量的核心。通過對容積法儲量計算方程的合理性分析可知，計算油氣儲量的孔隙度和飽和度必須是匹配的，即地層總孔隙度與原始含油飽和度(或含油飽和度)相對應(yīng)，地層有效孔隙度與有效含油飽和度(或有效原始含油飽和度)相對應(yīng)，否則計算的油氣體積會與儲集巖孔隙中的實際油氣體積不統(tǒng)一。在此基礎(chǔ)上，建立了新的容積法系列地質(zhì)儲量計算方程，從而使計算的地質(zhì)儲量相對誤差由原來的［100(φt－φ)/φt］%或［100(Soe－Soi)/Soe］%降為零。

容積法;儲量參數(shù)匹配;計算方程;儲量誤差;合理性

引言

容積法計算地質(zhì)儲量時，其可信度的高低取決于含油面積［1－2］、油層有效厚度、孔隙度、飽和度和原始原油體積系數(shù)這5個儲量參數(shù)確定的是否合理。目前，雖然依據(jù)鉆井、測井、取心、試油、試采及油水分析資料能客觀準確地獲取這些儲量參數(shù)，但這5個儲量參數(shù)中的孔隙度和飽和度之間的匹配性是利用容積法計算石油地質(zhì)儲量需要重點關(guān)注和解決的問題。

儲量計算時應(yīng)用地層總孔隙度還是地層有效孔隙度、應(yīng)用原始含油飽和度還是有效含油飽和度更加合理，是儲量計算要解決的核心問題。本文以單位巖石體積模型為基礎(chǔ)，通過系統(tǒng)的分析和推導(dǎo)，建立了與油藏實際情況相統(tǒng)一的容積法地質(zhì)儲量計算方程，從而為實驗室重點分析巖心物性參數(shù)和研究人員準確評價油藏地質(zhì)儲量提供理論支撐。

1 容積法儲量計算方程

容積法儲量計算方程在探明地質(zhì)儲量研究中應(yīng)用最為廣泛。根據(jù)資源/儲量分類的國家標準［3］，以及儲量計算的部頒標準，容積法石油地質(zhì)儲量計算方程為［4］:

式中:Ao為含油面積，km2;Boi為原始原油體積系數(shù);N'為容積法計算的石油地質(zhì)儲量，104m3;h為油層有效厚度，m;Soi為地層總孔隙度對應(yīng)的原始含油飽和度;φ為地層有效孔隙度。

2 儲集巖石油體積推導(dǎo)

儲集巖含油體積是指具有工業(yè)性開采價值的含油儲集巖總體積，為含油面積與油層有效厚度的乘積;而石油體積是指在地層條件下含油儲集巖中石油所占據(jù)的孔隙體積。石油體積與原始原油體積系數(shù)的比值即為地面脫氣狀態(tài)下的原油地質(zhì)儲量。

由單位巖石體積模型(圖1)可推導(dǎo)出地層孔隙中石油體積與總孔隙度、有效孔隙度及相應(yīng)飽和度間的關(guān)系方程，推導(dǎo)過程如下:

圖1 單位巖石體積模型

式中:V為單位巖石體積，V=1 m3;Vma為單位巖石骨架體積，m3;Vp為單位巖石孔隙體積，m3;Vshma為單位巖石泥質(zhì)骨架體積，m3;Vsma為單位巖石砂巖骨架體積，m3;Vshwi為單位巖石泥質(zhì)或黏土中的流體體積，m3;Vswi為單位巖石泥質(zhì)以外無效孔隙中的束縛水體積，m3;Vsb為單位巖石有效孔喉中薄膜水體積，m3;Vsf為單位巖石有效孔喉中可動流體體積，m3。

根據(jù)單位巖石體積模型，結(jié)合孔隙度定義［5－6］，建立巖石地層總孔隙度和地層有效孔隙度表達式［7］:

式中:φt為地層總孔隙度。

就純油層而言，與總孔隙度對應(yīng)的束縛水飽和度表達式，及其與原始含油飽和度關(guān)系式為:

式中:Swi為地層總孔隙度對應(yīng)的束縛水飽和度。

根據(jù)總孔隙度和原始含油飽和度可導(dǎo)出對應(yīng)純油層石油體積百分比:

就純油層而言，與有效孔隙度對應(yīng)的有效束縛水飽和度表達式，及其與有效原始含油飽和度的關(guān)系式為:

式中:Soie為地層有效孔隙度對應(yīng)的有效原始含油飽和度;Swie為地層有效孔隙度對應(yīng)的有效束縛水飽和度。

根據(jù)有效孔隙度和有效原始含油飽和度也可導(dǎo)出對應(yīng)純油層石油體積百分比:

由式(9)、(12)聯(lián)立得:

由式(14)計算的含油儲集巖(純油層)石油體積為:

式中:Vf為地層條件下的石油體積，m3。

就含可動水油層而言，與總孔隙度對應(yīng)的含水飽和度表達式，及其與含油飽和度和可動水飽和度等飽和度參數(shù)關(guān)系式為:

式中:So為地層總孔隙度對應(yīng)的含油飽和度;Sw為地層總孔隙度對應(yīng)的含水飽和度;Swf為地層總孔隙度對應(yīng)的可動水飽和度。

根據(jù)總孔隙度和含油飽和度可導(dǎo)出對應(yīng)含可動水油層石油體積百分比:

就含可動水油層而言，與有效孔隙度對應(yīng)的有效含水飽和度定義，及其與有效含油飽和度和有效可動水飽和度等飽和度參數(shù)關(guān)系式為:

式中:Soe為地層有效孔隙度對應(yīng)的有效含油飽和度;Swe為地層有效孔隙度對應(yīng)的有效含水飽和度;Swfe為地層有效孔隙度對應(yīng)的有效可動水飽和度。

根據(jù)有效孔隙度和有效含油飽和度亦可導(dǎo)出對應(yīng)含可動水油層石油體積百分比:

由(28)式計算的含油儲集巖(含可動水油層)石油體積為:

由(15)、(16)式或(29)、(30)式可知，利用地層有效孔隙度和有效原始含油飽和度(或有效含油飽和度)或利用地層總孔隙度和原始含油飽和度(或含油飽和度)計算儲集巖孔隙中的石油體積是恒定的。也就是說，針對某一油藏而言，無論采用地層有效孔隙度還是地層總孔隙度計算石油地質(zhì)儲量，只要選用的飽和度與孔隙度相匹配，計算結(jié)果不變。

3 儲量計算方程的合理性

式(1)是將復(fù)雜的含油幾何體擬合或碾平為一個頂?shù)酌娣e為Ao、高為h的四周形態(tài)不規(guī)則的等厚含油儲集體，將這個含油儲集體的石油體積百分比視為“地層有效孔隙度(φ)”與“原始含油飽和度(Soi)”的乘積，由此計算的“視石油體積”為:

式中:Vf'為地層條件下的視石油體積，m3。

根據(jù)式(15)、(31)，可得到“視石油體積”與石油體積關(guān)系式:

由式(31)、(33)可知，容積法石油地質(zhì)儲量計算方程(1)計算的石油地質(zhì)儲量只是實際油藏石油地質(zhì)儲量的 φ/φt倍或Soi/Soe倍?；蛘哒f，由(1)式計算的石油地質(zhì)儲量存在明顯的不合理性，原容積法石油地質(zhì)儲量計算方程需要作必要的修正。

眾所周知，除等大球體組成的理想儲集巖存在φ=φt，在實際儲集巖中只存在φ＜φt，因此由(1)式計算的石油地質(zhì)儲量一定小于油藏實際石油地質(zhì)儲量，且儲集巖孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，即地層有效孔隙度與地層總孔隙度差值越大，由(1)式計算的石油地質(zhì)儲量與油藏實際地質(zhì)儲量的誤差也越大。要消除這種系統(tǒng)誤差，只要將(1)式中的地層有效孔隙度或原始含油飽和度用地層總孔隙度或有效原始含油飽和度(或有效含油飽和度)替換，由此得到新的容積法石油地質(zhì)儲量計算方程。

式中:N為更正后容積法計算的石油地質(zhì)儲量，104m3。

當Swf=0或Swfe=0時，式(36)、(37)可取代式(34)、(35)。

新老容積法儲量公式計算的石油地質(zhì)儲量存在如下關(guān)系:

4實例

在遼河油區(qū)優(yōu)選了10個不同孔隙度、飽和度區(qū)間的探明儲量計算單元，并根據(jù)實際分析的孔隙度、飽和度數(shù)據(jù)，分別采用新老容積法儲量公式計算探明儲量，其相對誤差分布在－6.0% ～－21.3%之間，平均相對誤差為－11.0%(表1)。

由此可見，原容積法儲量計算方程本身參數(shù)間的不匹配使計算的石油地質(zhì)儲量產(chǎn)生的誤差無法忽視，需要引起相關(guān)管理部門和技術(shù)人員的高度重視。

表1 不同孔隙度和飽和度區(qū)間計算的地質(zhì)儲量誤差分析

5 結(jié)論與建議

(1)容積法儲量計算方程中的孔隙度與飽和度相互匹配是提高石油地質(zhì)儲量計算精度的有效途徑，文中提出新的容積法儲量計算方程明確指出地層有效孔隙度與有效原始含油飽和度(或有效含油飽和度)相匹配，地層總孔隙度與原始含油飽和度(或含油飽和度)相匹配。

(2)根據(jù)同一油藏含油儲集巖石油體積不變的原則，將原容積法地質(zhì)儲量計算方程中的地層有效孔隙度變?yōu)榈貙涌偪紫抖然驅(qū)⒃己惋柡投茸優(yōu)橛行Ш惋柡投?或有效原始含油飽和度)，由此建立了新的系列容積法儲量計算方程，使地質(zhì)儲量計算精度得到提高，并使原容積法石油地質(zhì)儲量計算方程本身造成的誤差降為零。

(3)建議石油天然氣儲量評審辦公室和石油行業(yè)儲量管理部門組織相關(guān)專家修改探明儲量規(guī)范中的容積法儲量計算方程，整體調(diào)整已入庫的探明儲量數(shù)據(jù)及相關(guān)動態(tài)數(shù)據(jù)。

(4)建議有條件的油田實驗室對同一巖樣開展地層有效孔隙度和地層總孔隙度及汞飽和度等常規(guī)物性參數(shù)的系統(tǒng)分析研究，為不同特征儲集巖的探明儲量調(diào)整提供技術(shù)支持。

［1］劉吉余，等.地質(zhì)儲量精細計算方法研究［J］.海洋地質(zhì)動態(tài)，2003，19(9):31－34.

［2］柴利文，唐清山.修正容積法確定稠油蒸汽吞吐開發(fā)的合理井距［J］.特種油氣藏，1998，5(2):28－31.

［3］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 19492—2004，石油天然氣資源/儲量分類［S］.北京:中國標準出版社，2004:1－6.

［4］中華人民共和國國土資源部.DZ/T 0217—2005，石油天然氣儲量計算規(guī)范［S］.北京:中國標準出版社，2005:1－14.

［5］葉慶全，袁敏.油氣田開發(fā)常用名詞解釋［M］.3版.北京:石油工業(yè)出版社，2009:83－95.

［6］巢華慶，等.石油地質(zhì)實驗名詞術(shù)語［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1999:159－161.

［7］楊通佑，范尚炯，陳元千，等.石油及天然氣儲量計算方法［M］.2版.北京:石油工業(yè)出版社，1998:64－70.

Rationality analysis of volumetric reserve estimation equations

KANG Zhi－yong1，WANG Yong－xiang2，XIE Kai－ning3，CHEN Yuan－ping1，XU Ting－sheng4
(1.Liaohe Oilfield Company，PetroChina，Panjin，Liaoning124010，China; 2.Exploration＆Production Company，PetroChina，Beijing100011，China; 3.China University of Petroleum，Qingdao，Shandong266500，China; 4.Jidong Oilfield Company，PetroChina，Tangshan，Hebei063004，China)

Accurate estimation of oil and gas volume in reservoirs(i.e.oil and gas reserves)is the basis of making reservoir development plan，and the rationality of reserve parameters is essential to reservoir estimation.Rationality analysis of volumetric reserve estimation equations indicates that porosity and saturation must match，namely total porosity corresponds to original oil saturation(or oil saturation)，and effective porosity corresponds to effective oil saturation(or effective original oil saturation)，otherwise the estimated oil and gas volume may be inconsistent with the actual volume in reservoir.On this basis，a new series of volumetric reserve estimation equations is established，thus reduced the relative error of geologic reserves estimation from［100(φt－φ)/φt］%or［100 (Soe－Soi)/Soe］%to zero.

volumetric method;reserve parameters matching;estimation equation;rationality

TE155

A

1006－6535(2012)03－0031－04

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.03.007

20111104;改回日期:20120305

中國石油天然氣股份有限公司科技攻關(guān)項目“遼河坳陷增儲領(lǐng)域有利區(qū)帶與評價技術(shù)研究”(2011D－0702)

康志勇(1964－)，男，高級工程師，1988年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)石油地質(zhì)勘查專業(yè)，2000年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(北京)石油工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事油氣藏綜合評價研究及管理工作。

編輯林樹龍