美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局對(duì)全球常規(guī)石油儲(chǔ)量增長(zhǎng)的評(píng)估

黎斌林，申 維

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué) （北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083）

儲(chǔ)量增長(zhǎng)是指在已發(fā)現(xiàn)的常規(guī)油氣聚集區(qū)內(nèi)，預(yù)估潛在剩余油氣儲(chǔ)量的增加量。儲(chǔ)量增長(zhǎng)是從一些個(gè)別的油田的對(duì)可開采資源量（Recovery Resources）的增長(zhǎng)預(yù)估進(jìn)而最終影響到未來油氣儲(chǔ)量的增長(zhǎng)。在地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域，儲(chǔ)量增長(zhǎng)主要是通過以下三種方式。

1）通過描繪石油地質(zhì)儲(chǔ)量附加以增加地質(zhì)可信程度。主要通過加密鉆井（infill drilling）；新的儲(chǔ)層；油藏以及產(chǎn)油帶的增加；探明油氣儲(chǔ)層區(qū)域的擴(kuò)大而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量增加。

2）通過提高采收率的操作實(shí)踐的進(jìn)步而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量增加。這些實(shí)踐包括油氣井的增產(chǎn)措施；重新完井；滯油區(qū)的新完井和改善采收率。

3）通過重新核算儲(chǔ)量參數(shù)進(jìn)行儲(chǔ)量修正。油氣的勘探開發(fā)受到不斷變化的經(jīng)濟(jì)因素，特別是油氣的價(jià)格，成本等因素的變化的影響；不斷變化的開采技術(shù)；政治或者規(guī)制條件的變化等因素都會(huì)影響到儲(chǔ)量的經(jīng)濟(jì)可行性程度。

儲(chǔ)量增長(zhǎng)的核心是加密鉆井，注水井增注以及完井等。這些技術(shù)都對(duì)石油聚集區(qū)的儲(chǔ)量增長(zhǎng)有較大的影響（Klett，2005［1］）。

儲(chǔ)量增長(zhǎng)具有以下的特征：①儲(chǔ)量增長(zhǎng)具有階段性。油田的儲(chǔ)量增長(zhǎng)主要分為三個(gè)階段：初始階段，儲(chǔ)量增長(zhǎng)迅速階段，儲(chǔ)量增長(zhǎng)回落階段與儲(chǔ)量增長(zhǎng)萎縮階段。②不同油田的儲(chǔ)量增長(zhǎng)差別較大，同一區(qū)域內(nèi)不同油田之間儲(chǔ)量增長(zhǎng)也顯著不同。③同一油田的生命期內(nèi)，儲(chǔ)量增長(zhǎng)的來源與程度都不同。④大型油田的比小型油氣儲(chǔ)量的增長(zhǎng)幅度要更大。

圖1 儲(chǔ)量增長(zhǎng)機(jī)制（據(jù)文獻(xiàn)［1］修改）

對(duì)于已發(fā)現(xiàn)的油氣田，儲(chǔ)量增長(zhǎng)對(duì)某個(gè)區(qū)域以及對(duì)該國(guó)的未來儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)至關(guān)重要，特別是對(duì)于成熟的油氣區(qū)或者油氣勘探開發(fā)成熟的國(guó)家而言，儲(chǔ)量增長(zhǎng)尤為重要。

關(guān)于儲(chǔ)量增長(zhǎng)的來源，有學(xué)者認(rèn)為定義的修正是儲(chǔ)量增長(zhǎng)的重要來源，Laherrere（1999）［2］因?yàn)槊绹?guó)的儲(chǔ)量報(bào)告所要求披露的是對(duì)儲(chǔ)量進(jìn)行保守解釋的證實(shí)儲(chǔ)量（1P）。而一些學(xué)者如 Mills（2008）［3］認(rèn)為儲(chǔ)量增長(zhǎng)的來源主要來自技術(shù)方面的進(jìn)步。

許多能源研究機(jī)構(gòu)都對(duì)未來石油儲(chǔ)量增長(zhǎng)情況進(jìn)行過預(yù)測(cè)，這些機(jī)構(gòu)包括世界能源理事會(huì)（WEC）、IHS能源公司、能源觀察組（EWG）、美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）等，其中以美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的儲(chǔ)量增長(zhǎng)預(yù)測(cè)最具權(quán)威性。因此本文對(duì)于采用美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的儲(chǔ)量增長(zhǎng)的模型以及數(shù)據(jù)。

1 影響儲(chǔ)量增長(zhǎng)的因素

1.1 地質(zhì)因素（Geological factors）

地質(zhì)因素是指對(duì)于一個(gè)常規(guī)油氣藏，油田或者地質(zhì)區(qū)域來說，由于地質(zhì)知識(shí)的增加使得的最終的地質(zhì)儲(chǔ)量估算的增長(zhǎng)或者減少。例如，新的油氣藏或者現(xiàn)有油氣藏的擴(kuò)展，可能通過三維地震或者其他的技術(shù)知識(shí)使得對(duì)油氣藏的體積，形態(tài)和特點(diǎn)能夠獲得。Drew（1997）［4］認(rèn)為在一些情況之下，曾經(jīng)被劃分為更小的油田通過后續(xù)的勘探活動(dòng)有可能過會(huì)并入到更大的油田，實(shí)現(xiàn)該大油田的原始地質(zhì)儲(chǔ)量的儲(chǔ)量增長(zhǎng)。

另一個(gè)最為重要的地質(zhì)因素是，油氣成藏理論從背斜到巖性油氣藏的發(fā)展。在20世紀(jì)80年代以前，在油氣成藏理論中，背斜理論是最重要的理論，在許多勘探活動(dòng)中，背斜成藏成為最重要的勘探目標(biāo)。從20世紀(jì)80年代之后，隨著在凹陷區(qū)以及斜坡區(qū)域的大的油氣藏的逐步的發(fā)現(xiàn)，巖性成藏理論，地層成藏等都不斷證實(shí)，不斷發(fā)展，勘探區(qū)域朝著盆地的凹陷區(qū)等區(qū)域發(fā)展。從背斜油氣藏到巖性油氣藏理論的逐步演變，使得儲(chǔ)量增長(zhǎng)對(duì)于國(guó)家的儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)率不斷提高。

2011年新增石油地質(zhì)儲(chǔ)量2.02億t和1.2億t的姬塬油田和紅河油田均屬于巖性油藏，從中國(guó)2012年新增的油氣地質(zhì)儲(chǔ)量從油氣藏類型來考量：巖性油藏占總儲(chǔ)量的56%，構(gòu)造油藏和古潛山油藏分別占15%和12%。天然氣儲(chǔ)量巖性油氣藏所占比例高達(dá)58%，構(gòu)造和地層氣藏占22%和18%。巖性油氣藏成為當(dāng)前儲(chǔ)量增長(zhǎng)的重點(diǎn)。但是隨之而來的是石油的勘探開發(fā)活動(dòng)的難度也隨之不斷增加。主要因?yàn)閹r性油氣藏在形態(tài)上呈不規(guī)則、無規(guī)律分布，儲(chǔ)層孔隙度以及滲透率都較低。而孔隙度和滲透率對(duì)儲(chǔ)層油氣資源儲(chǔ)量和油氣運(yùn)移的效率有著至關(guān)重要的影響。所以勘探開發(fā)難度大于傳統(tǒng)的背斜油氣藏。

1.2 技術(shù)因素（Technological factors）

技術(shù)因素主要是指為了增加了估算采收率（recovery factor），用于提高經(jīng)濟(jì)可行性石油儲(chǔ)量的技術(shù)。不同學(xué)者和機(jī)構(gòu)對(duì)可采系數(shù)進(jìn)行了評(píng)估，Meling（2003）［5］預(yù)估全球的平均采收率為29%；Laherrere（2006）［6］認(rèn)為是27%；Sandrea（2007）［7］預(yù)估為22%；IEA（2008）［8］全球平均的可采系數(shù)在34%。

通過采用一些技術(shù)手段提高石油采收率（EOR）是儲(chǔ)量增長(zhǎng)的重要手段。從當(dāng)前的EOR的手段來看，熱力方法是最為重要的方式，CO2注入的方式近年來也得到了迅猛的發(fā)展，世界范圍的EOR相關(guān)的產(chǎn)量貢獻(xiàn)了全球日產(chǎn)原油3百萬桶，相對(duì)于日產(chǎn)8500萬桶的原油，占全球日產(chǎn)原油的3.5%，使用熱力方法貢獻(xiàn)了200萬桶。Sunil Kokal（2010）［9］，Steve Sorrell（2012）［10］認(rèn)為，全球的采收率每增加1%，相應(yīng)的儲(chǔ)量會(huì)增加80Gb。在美國(guó)，EOR水平不斷提高，采收率增加了5%之上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全球其他地區(qū)所使用EOR提升的水平。

1.3 定義的修正

石油儲(chǔ)量的定義本身就說明了石油的儲(chǔ)量容易受到地質(zhì)條件的復(fù)雜性，經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素，儲(chǔ)集層的損耗度以及可以獲取相關(guān)數(shù)據(jù)量的影響。因此，儲(chǔ)量的估算本身就具不確定性。并且儲(chǔ)量的定義都需要經(jīng)濟(jì)可行性評(píng)估，所以技術(shù)的改變，油價(jià)的變化和其他經(jīng)濟(jì)條件的變化都會(huì)影響到最終儲(chǔ)量的披露。再加上各國(guó)對(duì)于自身國(guó)家的儲(chǔ)量分類框架的修正等因素都會(huì)影響儲(chǔ)量增長(zhǎng)。

2 儲(chǔ)量增長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型演進(jìn)

美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局已經(jīng)建立了多個(gè)模型用來預(yù)測(cè)油氣儲(chǔ)量增長(zhǎng)，在以往的儲(chǔ)量增長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型中，儲(chǔ)量增長(zhǎng)是以油氣田歷史記錄為基礎(chǔ)的，過去儲(chǔ)量的增長(zhǎng)模式為未來儲(chǔ)量增長(zhǎng)的模擬提供了基礎(chǔ)（Arrington，1960），因此，預(yù)測(cè)儲(chǔ)量增長(zhǎng)需要具備對(duì)油田規(guī)模等進(jìn)行的連續(xù)的年度評(píng)估歷史數(shù)據(jù)。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局之所以用油田規(guī)模來模擬儲(chǔ)量增長(zhǎng)是因?yàn)橛蜌馓锏膬?chǔ)量增長(zhǎng)和油氣田規(guī)模的增長(zhǎng)是相關(guān)的，在美國(guó)和幾乎世界上所有地方，通常披露的是油氣田規(guī)模而非其他類型的聚集。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局對(duì)油氣田的定義遵循了美國(guó)能源部的定義（1990）：包括一個(gè)或多個(gè)油氣儲(chǔ)層的區(qū)域，這些儲(chǔ)層都按照某單一地質(zhì)構(gòu)造特征和（或）地層特征歸類或者與其相聯(lián)系。單個(gè)油氣田的各個(gè)儲(chǔ)層可能是在縱向上被不滲透的地層分開或者在橫向上被局部的地質(zhì)阻隔物分開，當(dāng)投射到地面上進(jìn)行計(jì)算時(shí)，油氣田中的這些儲(chǔ)層可構(gòu)成一個(gè)可以劃定界線的幾乎不間斷的區(qū)域。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局把油田定義為可采氣油比（GOR）低于20000立方英尺／桶。相反，氣田的氣油比則大于或等于20000立方英尺／桶。每個(gè)油氣田規(guī)模的變化隨著時(shí)間而極其多變（Artington，1960；Marsh，1971）。2000年的評(píng)估中，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的儲(chǔ)量增長(zhǎng)模型采用的是統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，這樣便可以用所有油氣田（通常以年齡分組）的體積變化而不是用各個(gè)油氣田中觀察到的變化來建立模型。儲(chǔ)量增長(zhǎng)的預(yù)測(cè)模型是累積概算儲(chǔ)量（2P）與增長(zhǎng)因子的乘積。儲(chǔ)量增長(zhǎng)模型為

α和β通過CGF數(shù)據(jù)回歸得到，分別為1.75752和0.30050（對(duì)于油田而言），YSD是時(shí)間范圍（1～95）。USGS報(bào)告中所提出的CGF增長(zhǎng)函數(shù)是修正與Arriton的模型。Arriton，1960第一個(gè)提出了儲(chǔ)量增長(zhǎng)模型。Arriton將油田的在e和e＋1間年預(yù)估的儲(chǔ)量增長(zhǎng)通過一個(gè)儲(chǔ)量比率來用公式（2）表示，變量c（d，e）分別是在d年和e年估算的油氣儲(chǔ)量。

設(shè)E（d，e）為d年發(fā)現(xiàn)的所有油田的可采儲(chǔ)量，e為進(jìn)行預(yù)測(cè)的年份。Arrington使用3年移動(dòng)平均的年儲(chǔ)量增加為基礎(chǔ)的年儲(chǔ)量增長(zhǎng)系數(shù)，只需要三步驟確定系數(shù)：首先建立起能夠追溯到發(fā)現(xiàn)年的累計(jì)初始儲(chǔ)量以及后續(xù)所發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)量；儲(chǔ)量發(fā)現(xiàn)后的每一年的石油儲(chǔ)量；通過過去一年的儲(chǔ)量與當(dāng)年儲(chǔ)量的比值來計(jì)算每年的儲(chǔ)量增長(zhǎng)系數(shù)。

Verma（2005）在使用CGF對(duì)1992～1996年本土的石油儲(chǔ)量增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)證實(shí)，利用CGF方法處理的儲(chǔ)量增長(zhǎng)與實(shí)際儲(chǔ)量增長(zhǎng)之間的誤差在0.3%左右，而利用Arrington方法所計(jì)算出來的儲(chǔ)量增長(zhǎng)與實(shí)際的儲(chǔ)量增長(zhǎng)高1.03%（圖2）。

圖2 美國(guó)本土1992～1996年儲(chǔ)量增長(zhǎng)預(yù)測(cè)與實(shí)際增長(zhǎng)對(duì)比

在2012年USGS對(duì)全球和美國(guó)的儲(chǔ)量增長(zhǎng)的評(píng)估中，提出了集合評(píng)估方法（Aggregated assessment）。這一方法主要包括兩方面：個(gè)體聚集分析（Individual Accumulation Analysis）和統(tǒng)計(jì)方法（主要是前述CGF法）。最終的結(jié)果是個(gè)體累積分析的結(jié)果與統(tǒng)計(jì)方法的結(jié)合最終進(jìn)行集合。在新的儲(chǔ)量增長(zhǎng)評(píng)估中，USGS使用CGF法去計(jì)算累計(jì)儲(chǔ)量增長(zhǎng)，而不用于個(gè)體的分析。

個(gè)體聚集分析（Individual Accumulation Analysis）主要包括：地質(zhì)儲(chǔ)量及其不確定性的評(píng)估，預(yù)測(cè)可采儲(chǔ)量及其不確定性的預(yù)測(cè)。圖3所示為地質(zhì)儲(chǔ)量確定最小值；均值和最大值的參數(shù)，且都服從正態(tài)分布。其中最小值不能小于累計(jì)產(chǎn)量。三個(gè)參數(shù)都需要與一個(gè)完整的聚集過程需要乘以均值采收率。采收率呈三角形分布。最終的結(jié)果就是最終可采儲(chǔ)量。在每一個(gè)核算的迭代過程中，最終可采儲(chǔ)量與探明可采儲(chǔ)量之差就是儲(chǔ)量增長(zhǎng)。USGS對(duì)常規(guī)油氣聚集區(qū)的定義是基于地質(zhì)意義上的定叉。一個(gè)常規(guī)油氣聚集區(qū)是一個(gè)不連續(xù)聚集區(qū)，該聚集區(qū)常由主要受石油在水中的浮力控制的下傾水界面界定。

圖3 個(gè)體聚集分析模型［11］

2 全球石油儲(chǔ)量增長(zhǎng)預(yù)測(cè)

USGS對(duì)于儲(chǔ)量增長(zhǎng)的評(píng)估分為美國(guó)和美國(guó)以外的世界。USGS在2000年預(yù)估在1996～2025年之間，在1996年之前所發(fā)現(xiàn)的128個(gè)預(yù)評(píng)估的地質(zhì)區(qū)中，預(yù)估有儲(chǔ)量增加6120億桶的原油，天然氣為3305tcf（萬億立方英尺），Klett（2005）［1］在后續(xù)的評(píng)估的再評(píng)價(jià)中進(jìn)行核實(shí)，認(rèn)為1996～2003年，儲(chǔ)量增加了1710億桶石油，僅僅是在27%的時(shí)間段內(nèi)，已經(jīng)占了累計(jì)30年的儲(chǔ)量增長(zhǎng)的28%。天然氣儲(chǔ)量增加了1699tcf，占了51%。

Steve Sorell（2012）［10］使用2000～2007年IHS能源PEPS數(shù)據(jù)庫驗(yàn)證儲(chǔ)量增長(zhǎng)是否有效，在2000～2007年，全球2000年所發(fā)現(xiàn)油田，累計(jì)的概算儲(chǔ)量（2P）增長(zhǎng)了11%。這一數(shù)據(jù)包含了美國(guó)的數(shù)據(jù)。如果沒有美國(guó)的數(shù)據(jù)，那么2000～2007年儲(chǔ)量增長(zhǎng)了13.9%。反映出美國(guó)以外國(guó)家的儲(chǔ)量增長(zhǎng)對(duì)全球儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)率。作為最大的儲(chǔ)量增長(zhǎng)貢獻(xiàn)國(guó)的沙特阿拉伯和第二名的伊朗之間的儲(chǔ)量增長(zhǎng)相差高達(dá)23%左右，而且大多數(shù)儲(chǔ)量增長(zhǎng)的油田都是發(fā)現(xiàn)在1986年之前的油田。最近發(fā)現(xiàn)的油田對(duì)于儲(chǔ)量增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率很小。

因此，我們可以發(fā)現(xiàn)，USGS之前的儲(chǔ)量增長(zhǎng)模型對(duì)于儲(chǔ)量增長(zhǎng)的預(yù)測(cè)都存在普遍較高的現(xiàn)象。USGS自身也意識(shí)到自己的問題。所以就修正了之后的模型。除了模型的因素之外，儲(chǔ)量增長(zhǎng)數(shù)據(jù)的偏高的現(xiàn)象還會(huì)受到許多國(guó)家對(duì)于儲(chǔ)量評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)較為寬松，沒有像美國(guó)儲(chǔ)量探明儲(chǔ)量的披露那樣嚴(yán)格，以及部分國(guó)家夸大儲(chǔ)量等因素的影響，所以限制了全球范圍的石油儲(chǔ)量增長(zhǎng)。

USGS（2012）對(duì)全球的儲(chǔ)量增長(zhǎng)評(píng)估預(yù)測(cè)使用了新的方法，也就是個(gè)體聚集分析方法，這一預(yù)測(cè)是建立在美國(guó)的儲(chǔ)量增長(zhǎng)評(píng)估的基礎(chǔ)之上，也就是首先對(duì)68個(gè)大的石油聚集的研究為全球范圍的儲(chǔ)量增長(zhǎng)的研究提供地質(zhì)儲(chǔ)量不確定性和采收率的概率分布。概率分布都被運(yùn)用到類比美國(guó)以外的大的油田。USGS對(duì)地質(zhì)儲(chǔ)量超過5億桶的1814個(gè)油田（約占世界油氣田總數(shù)的80%，其余20%的油氣田地質(zhì)儲(chǔ)量小5億t）的研究發(fā)現(xiàn)，世界（除美國(guó)）的石油的儲(chǔ)量增長(zhǎng)平均值約為6650億桶（圖4）。

之前，USGS對(duì)美國(guó)儲(chǔ)量增長(zhǎng)的預(yù)測(cè)根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，運(yùn)用的曲線擬合（curve－fitting）回歸分析方法。在2012年對(duì)美國(guó)的儲(chǔ)量增長(zhǎng)的評(píng)估中，使用了最新的的方法，運(yùn)用個(gè)聚集體累積分析方法對(duì)55個(gè)油田中的68個(gè)常規(guī)聚集評(píng)估，占美國(guó)總體儲(chǔ)量增長(zhǎng)的70%左右。所計(jì)算的平均的儲(chǔ)量增長(zhǎng)為220億桶油當(dāng)量，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法所核算出的儲(chǔ)量增長(zhǎng)為100億桶。最終的美國(guó)石油的儲(chǔ)量增長(zhǎng)的結(jié)果就是二者之和為320億桶油當(dāng)量。其中，對(duì)于美國(guó)儲(chǔ)量增長(zhǎng)貢獻(xiàn)率最大的仍然是阿拉斯加和太平洋沿岸，盡管分布的油氣田數(shù)目占美國(guó)總油氣田數(shù)的10%都不到，但是卻占了總的儲(chǔ)量增長(zhǎng)的63.2%。

與2000年的儲(chǔ)量增長(zhǎng)的結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，2012年采用新模型所計(jì)算的儲(chǔ)量增長(zhǎng)的增幅為8%，其中美國(guó)的儲(chǔ)量增長(zhǎng)相較2000年，降幅高達(dá)61.9%。若包含了液態(tài)天然氣以及美國(guó)的數(shù)據(jù)，全球石油儲(chǔ)量增長(zhǎng)的均值反下降近10%。反映出USGS新的模型對(duì)于其之前舊儲(chǔ)量增長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型容易造成預(yù)測(cè)結(jié)果偏高缺陷的修正（圖4）。

圖4 全球潛在常規(guī)石油儲(chǔ)量增長(zhǎng)評(píng)估［12－13］

3 結(jié)論與討論

儲(chǔ)量增長(zhǎng)對(duì)于全球的石油供應(yīng)至關(guān)重要，影響到未來石油供應(yīng)安全。USGS的儲(chǔ)量增長(zhǎng)評(píng)估是全球范圍內(nèi)最具權(quán)威性的機(jī)構(gòu)，而且不斷修正其原有模型，2012年的儲(chǔ)量增長(zhǎng)模型中提出了個(gè)體聚集分析模型，一定程度上改善了以往的模型夸大儲(chǔ)量增長(zhǎng)的缺陷。經(jīng)核算，USGS對(duì)地質(zhì)儲(chǔ)量超過5億桶的1814個(gè)油田，約占世界油氣田總數(shù)的80%的油田研究發(fā)現(xiàn)，世界（除美國(guó)）的石油的儲(chǔ)量增長(zhǎng)平均值約為6650億桶。在對(duì)美國(guó)55個(gè)油田中的有68個(gè)常規(guī)聚集評(píng)估發(fā)現(xiàn)，最終的美國(guó)石油的儲(chǔ)量增長(zhǎng)量為320億桶。若包含了液態(tài)天然氣，則全球的石油儲(chǔ)量增長(zhǎng)約為7230億桶。

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