數(shù)值模擬在壓降法計(jì)算氣藏動(dòng)儲(chǔ)量中的應(yīng)用

張子為，衛(wèi)國峰，趙雅慶，李 浩，周 賢，孟盼龍，張喜平

（1.中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500；2.中國石油華北油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北任丘 062550）

數(shù)值模擬在壓降法計(jì)算氣藏動(dòng)儲(chǔ)量中的應(yīng)用

張子為1，衛(wèi)國峰1，趙雅慶1，李 浩1，周 賢2，孟盼龍1，張喜平1

（1.中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500；2.中國石油華北油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北任丘 062550）

壓降法是計(jì)算氣藏動(dòng)儲(chǔ)量的常用方法。準(zhǔn)確獲取平均地層壓力是評(píng)價(jià)氣藏動(dòng)儲(chǔ)量的關(guān)鍵，但實(shí)際生產(chǎn)中普遍存在測(cè)壓數(shù)據(jù)點(diǎn)少的問題。如果氣藏（井）實(shí)測(cè)壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)少于3個(gè)，計(jì)算精度將難以保證。提出了運(yùn)用數(shù)值模擬方法獲取井點(diǎn)面積加權(quán)平均地層壓力進(jìn)而求取氣藏（井）動(dòng)儲(chǔ)量的方法：首先必須高質(zhì)量完成氣藏歷史擬合，然后根據(jù)單井泄流半徑確定所涉及的井周網(wǎng)格數(shù)，將泄流面積內(nèi)的網(wǎng)格壓力取平均值，最后各井地層壓力平均得到整個(gè)氣藏的面積加權(quán)地層壓力。目前，數(shù)值模擬技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，通過這種方法即可以較好地計(jì)算壓降法動(dòng)儲(chǔ)量。

動(dòng)儲(chǔ)量；壓降法；數(shù)值模擬；平均地層壓力

1 壓降法

氣藏可動(dòng)儲(chǔ)量是指在現(xiàn)有工藝技術(shù)和目前井網(wǎng)及開采方式的條件下，已開發(fā)地質(zhì)儲(chǔ)量中投入生產(chǎn)直至天然氣產(chǎn)量和波及范圍內(nèi)的地層壓力降為零時(shí)，可以從氣藏中流出的天然氣總量[1]。常用的氣藏（井）動(dòng)儲(chǔ)量評(píng)價(jià)方法有：壓降法（又稱定容封閉氣藏物質(zhì)平衡法）、產(chǎn)量不穩(wěn)定法、彈性二相法、產(chǎn)量遞減法等[2-5]。壓降法具有應(yīng)用簡便、精度高等優(yōu)點(diǎn)，是最常用的方法。

1.1 壓降法原理

定容氣藏，也常被稱為定容封閉性氣藏或定容消耗式氣藏。該氣藏沒有水驅(qū)作用，或邊底水很不活躍，定容氣藏的物質(zhì)平衡方程式為：

由式（3）可以看出，定容氣藏的視地層壓力（p/Z）與累積產(chǎn)氣量（Gp）成直線下降關(guān)系。對(duì)于封閉性氣藏，只要已經(jīng)確知原始地層視壓力（pi/Zi），以及投產(chǎn)后任兩個(gè)視地層壓力（p/Z）測(cè)點(diǎn)和相應(yīng)的累積產(chǎn)氣量（Gp），即可由式（4）計(jì)算出氣藏的原始地質(zhì)儲(chǔ)量。本方法一般要求采出程度大于10%，采出程度過低，壓力產(chǎn)量誤差對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大，壓力數(shù)據(jù)越多，分析越準(zhǔn)確[6]。

1.2 壓降法應(yīng)用現(xiàn)狀

對(duì)于單井動(dòng)儲(chǔ)量的計(jì)算，只需有兩個(gè)以上的壓力恢復(fù)測(cè)試數(shù)據(jù)即可。

對(duì)于氣藏動(dòng)儲(chǔ)量的計(jì)算，一般需要在某時(shí)間段（一般可以取一年）內(nèi)有多個(gè)井點(diǎn)的測(cè)壓數(shù)據(jù)，然后采用井點(diǎn)面積加權(quán)平均的方法計(jì)算平均地層壓力?；蛘邔⒐^(qū)所有氣井動(dòng)儲(chǔ)量求和，也可用于評(píng)價(jià)氣藏動(dòng)儲(chǔ)量。但由于存在井間壓力干擾，這樣計(jì)算得到的氣藏動(dòng)儲(chǔ)量一般偏大。

從以上分析不難看出，準(zhǔn)確求取氣藏（井）動(dòng)儲(chǔ)量的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確獲取地層壓力。在科研生產(chǎn)實(shí)踐中，通常采用的是動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)法獲取地層壓力，即通過現(xiàn)場(chǎng)下入壓力計(jì)來測(cè)試或解釋井底流壓、地層靜壓等數(shù)據(jù)，這種方法直接、可靠。但常常受制于惡劣的地理環(huán)境和氣候、降低投資成本和人力成本、維持開井時(shí)率等因素，客觀上普遍存在測(cè)壓數(shù)據(jù)點(diǎn)少的問題。一旦氣藏（井）實(shí)測(cè)壓力數(shù)據(jù)點(diǎn)少于3個(gè)，評(píng)價(jià)精度將難以保證。

特別對(duì)于人工壓裂低滲氣藏，由于低滲造成的壓力傳導(dǎo)速度慢，氣井動(dòng)儲(chǔ)量是逐漸增大的，壓力點(diǎn)數(shù)量少和數(shù)據(jù)陳舊也會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)動(dòng)儲(chǔ)量偏小。由于以上因素的影響，壓降法的應(yīng)用受到一定的限制，還不能完全滿足科研生產(chǎn)需要。本文提出了運(yùn)用數(shù)值模擬方法獲取井點(diǎn)面積加權(quán)平均地層壓力、進(jìn)而求取氣藏（井）動(dòng)儲(chǔ)量的方法，可以較好解決上述問題。近幾十年，數(shù)值模擬已在國內(nèi)外開展了大量研究和應(yīng)用，已屬于常規(guī)成熟技術(shù)，但此方法獲取地層壓力、計(jì)算動(dòng)儲(chǔ)量在國內(nèi)尚未專門提出。

2 數(shù)值模擬法求平均地層壓力

眾所周知，數(shù)值模擬方法是將連續(xù)的地層屬性離散成網(wǎng)格參數(shù)，并輸入計(jì)算機(jī)模擬軟件進(jìn)行求解運(yùn)算的。建立了完善的數(shù)值模型并完成與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的吻合之后，可以得到模型任一時(shí)間下、任一網(wǎng)格點(diǎn)的地層壓力。因此，通過數(shù)值模擬、油藏工程方法確定氣井的泄流面積后，可以根據(jù)每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的壓力通過一定的運(yùn)算來得到本井泄流面積范圍內(nèi)的平均地層壓力。進(jìn)而，對(duì)工區(qū)內(nèi)所有氣井地層壓力進(jìn)行算數(shù)平均就得到了氣藏平均地層壓力。注意，不可選用FPR關(guān)鍵字，它表示油藏平均壓力，包含了未被控制和波及到地層的壓力，這部分地層壓力如果參與平均，必然會(huì)導(dǎo)致所得地層壓力偏高，進(jìn)而導(dǎo)致評(píng)價(jià)得到氣藏動(dòng)儲(chǔ)量偏高。

圖1 不同泄流半徑對(duì)應(yīng)的壓力范圍

假設(shè)某區(qū)數(shù)值模型平面網(wǎng)格步長為100 m，現(xiàn)已知某井泄流半徑為100 m，泄流面積31 400 m2，則可以選取井周3個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的壓力進(jìn)行平均（圖1a所示情形）；若已知某井泄流半徑為125 m，則可以選取井周5個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的壓力進(jìn)行平均（圖1b所示情形）；若已知某井泄流半徑為170 m，則可以選取井周9個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的壓力進(jìn)行平均（圖1c所示情形）。其余情形可據(jù)此類推，為應(yīng)用簡便并兼顧精度可適當(dāng)作近似（見表1）。對(duì)于井周1網(wǎng)格點(diǎn)、4網(wǎng)格點(diǎn)、5網(wǎng)格點(diǎn)、9網(wǎng)格點(diǎn)可分別選取 WBP、WBP4、WBP5、WBP9 關(guān)鍵字求單井地層壓力，其他情況需要對(duì)所涉及的網(wǎng)格壓力求平均。其他網(wǎng)格步長的情況同樣據(jù)此類推。

表1 不同泄流半徑對(duì)應(yīng)的井周網(wǎng)格數(shù)

3 本方法主要步驟

簡述本方法主要步驟如下：

（1）氣藏?cái)?shù)值模型的建立和歷史擬合，要求對(duì)全區(qū)儲(chǔ)量、產(chǎn)氣、氣水比（或產(chǎn)水量），單井流壓、產(chǎn)氣、氣水比（或產(chǎn)水量）高精度擬合。

（2）建議等間距選取5個(gè)以上時(shí)間點(diǎn)，分別求得的各時(shí)間點(diǎn)下各井泄流面積范圍內(nèi)的地層壓力，然后作算數(shù)平均得到該區(qū)塊的平均地層壓力。

（3）由（2）中的結(jié)果，統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)時(shí)間下的累積產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)和壓縮因子數(shù)據(jù)，根據(jù)1.1中所述方法，計(jì)算氣藏動(dòng)儲(chǔ)量。

需要說明的是，本方法的計(jì)算精度主要由數(shù)值模擬的完成質(zhì)量決定，模擬質(zhì)量越高，計(jì)算即越準(zhǔn)確。

4 計(jì)算實(shí)例

現(xiàn)以靖邊氣田A區(qū)為例，通過所述方法求取氣藏動(dòng)儲(chǔ)量。計(jì)算過程如下：（1）數(shù)值模型建立和歷史擬合過程略。（2）該區(qū)單井泄流面積泡泡圖（見圖2），由于數(shù)值模擬網(wǎng)格大小為100 m×100 m，據(jù)此確定泄流范圍所涉及的網(wǎng)格數(shù)，并求取單井地層壓力。（3）統(tǒng)計(jì)一系列時(shí)間點(diǎn)下的平均地層壓力（所有氣井地層壓力求算數(shù)平均）和累積產(chǎn)氣量（見表2），并通過曲線擬合求取氣藏動(dòng)儲(chǔ)量（見圖3）。

圖2 靖邊氣田A區(qū)單井泄流面積泡泡圖

表2 靖邊氣田A區(qū)歷年數(shù)值模擬井點(diǎn)平均壓力

圖3 靖邊氣田A區(qū)壓降法計(jì)算動(dòng)儲(chǔ)量

根據(jù)壓降法原理，計(jì)算出區(qū)塊動(dòng)儲(chǔ)量61.1×108m3。區(qū)塊多種方法（實(shí)測(cè)壓力的壓降法、產(chǎn)量累積法等）核算確定的動(dòng)儲(chǔ)量為63.6×108m3，本方法計(jì)算誤差僅為3.9%。另外，運(yùn)用該區(qū)較少的實(shí)測(cè)壓力數(shù)據(jù)，分別計(jì)算或類比得到了氣井動(dòng)儲(chǔ)量，并求和得到氣藏動(dòng)儲(chǔ)量為73.6×108m3。單井求和所得氣藏動(dòng)儲(chǔ)量比整體計(jì)算略大，符合認(rèn)識(shí)，說明本方法求取平均地層壓力具有較高的精度。

5 結(jié)論

（1）壓降法計(jì)算氣藏動(dòng)儲(chǔ)量應(yīng)用簡便、精度高，在科研生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，但客觀上存在測(cè)壓數(shù)據(jù)點(diǎn)少的問題；

（2）本文提出了用數(shù)值模擬方法求取單井地層壓力的辦法，進(jìn)而求取平均地層壓力，可獲取任一時(shí)間下的平均地層壓力，解決了氣藏缺少測(cè)壓數(shù)據(jù)的問題。通過對(duì)比，由本方法計(jì)算得到氣藏動(dòng)儲(chǔ)量具有較好的精度，并且數(shù)值模擬技術(shù)已經(jīng)普及應(yīng)用，這一方法的應(yīng)用門檻較低，便于實(shí)際應(yīng)用。

符號(hào)說明：

G、Gp分別為氣藏地質(zhì)儲(chǔ)量和累積產(chǎn)氣量，×108m3；分別為原始視地層壓力和目前視地層壓力，MPa；Bgi、Bg分別為原始天然氣體積系數(shù)和目前天然氣體積系數(shù)。

［1］ 張倫友，等．關(guān)于可動(dòng)儲(chǔ)量的概念及確定經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量的方法［J］．天然氣勘探與開發(fā)，1996，19（4）：75-76．

［2］ 張明祿，等．長慶氣區(qū)低滲透非均質(zhì)氣藏可動(dòng)儲(chǔ)量評(píng)價(jià)技術(shù)［J］．天然氣工業(yè)，2010，30（4）：50-53．

［3］ 劉琦，羅平亞，孫雷，等．蘇里格氣田蘇五區(qū)塊天然氣動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量的計(jì)算［J］．天然氣工業(yè)，2012，32（6）：46-49．

［4］ 程時(shí)清，楊秀祥，謝林峰，等．物質(zhì)平衡法分區(qū)計(jì)算定容氣藏動(dòng)儲(chǔ)量和壓力［J］．石油鉆探技術(shù)，2007，35（3）：66-68．

［5］ 陳霖，熊鈺，張雅玲，等．低滲氣藏動(dòng)儲(chǔ)量計(jì)算方法評(píng)價(jià)［J］．重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，15（5）：31-35．

［6］ 鄧紹強(qiáng)，黃全華，肖莉，等．低滲透氣藏儲(chǔ)量早期預(yù)測(cè)［J］．西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，27（6）：33-35．

第四次工業(yè)革命將由石油驅(qū)動(dòng)？

活躍于可再生能源的研究人員普遍承認(rèn)一個(gè)事實(shí)：工業(yè)革命需要能源。但如果僅依靠可再生能源，不但無法為發(fā)電廠提供足夠的能量來滿足全球用電所需，而且無法驅(qū)動(dòng)煉廠生產(chǎn)出風(fēng)力渦輪機(jī)、汽車和太陽能電池板等所需的材料。

以太陽能發(fā)電為例。硅是太陽能電池板的核心元素。因此，首先硅要被開采出來，然后在1 500至2 000攝氏度的高溫下進(jìn)行加工處理。但這種熱量目前只能由煤炭、石油、天然氣來提供，而無法靠太陽能裝置完成。EIA數(shù)據(jù)顯示，太陽能熱能裝置目前可以產(chǎn)生的最高溫度是1 380華氏度，即749攝氏度。

當(dāng)然，這并不是說未來太陽能或者風(fēng)能設(shè)備無法為熔化金屬的煉廠提供動(dòng)力，以此來制造更多的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，或開采鋰、鈷和銅等元素的電動(dòng)卡車，但至少目前不具備這個(gè)能力，我們?nèi)匀灰揽炕剂蟻硗苿?dòng)可再生能源。

徹底拋棄石油和天然氣是不可能的，但一些引領(lǐng)第四次工業(yè)革命的技術(shù)正處于不斷地研發(fā)當(dāng)中，可以幫助我們努力減少一些能源消耗。例如3D打印機(jī)技術(shù)。在一些傳統(tǒng)行業(yè)，文件或產(chǎn)品仍將按需打印，這種技術(shù)能夠減少紙張和能源消耗。瑞典金融服務(wù)集團(tuán)Nordea的挪威分析師Thina Margrethe Saltvedt認(rèn)為，3D打印機(jī)和電動(dòng)汽車可以幫助減少石油消耗。另外人們還可以考慮通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程辦公，越來越多的人在家工作，就意味著大量的碳排放有希望減少。

第四次工業(yè)革命帶來的有利之處的確很多，而且仍處于上升趨勢(shì)，但有時(shí)也會(huì)被看作是一種挑戰(zhàn)，尤其是自動(dòng)化的大趨勢(shì)將造成工人對(duì)于下崗引發(fā)的恐慌。

在崇尚清潔能源和環(huán)保的新世界里，能源行業(yè)將如何表現(xiàn)，答案始終非常模糊，也相當(dāng)令人期待。在遙遠(yuǎn)的未來，只有當(dāng)人們不再篤定地認(rèn)為只有汽油和天然氣能夠做燃料的時(shí)候，這個(gè)問題也許才會(huì)變得明朗起來。然而，目前用到石油和天然氣的地方還有很多，包括能源的生產(chǎn)。樂觀來看，這也激發(fā)了清潔能源和生物降解材料的創(chuàng)新工作，并將持續(xù)激勵(lì)著科研人員歡迎由石油驅(qū)動(dòng)下的第四次工業(yè)革命的到來。

（摘自中國石油報(bào)第6868期）

Application of numerical simulation in dynamic gas reserves calculation by pressure drop method

ZHANG Ziwei1，WEI Guofeng1，ZHAO Yaqing1，LI Hao1，ZHOU Xian2，MENG Panlong1，ZHANG Xiping1
（1.Gas Production Plant 1 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Jingbian Shanxi 718500，China；2.Exploration&Development Research Institute of PetroChina Huabei Oilfield Company，Renqiu Hebei 062550，China）

Pressure-drop method is the most commonly used to calculate dynamic gas reserves.To get the average formation pressure accurately is the key point to get the dynamic gas reserves precisely,and we always lack pressure data.If the measured pressure data points are fewer than three,the accuracy of the calculation is uncertain.A method of getting average formation pressure by numerical simulation technique is presented.Firstly,gas reservoir simulation and history matching must be finished in high quality.Secondly,average the grid pressure within the drainage area to get formation pressure for each well.Finally,to calculate well-controlled area weighted average formation pressure by averaging all well's formation pressure.At present,the numerical simulation technology has been widely promotion and application,and the pressure-drop dynamic gas reserves can be calculated in this way.

dynamic gas reserves；pressure-drop method；numerical simulation；average formation pressure

TE328

A

1673-5285（2017）07-0040-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.07.009

2017－06-05

張子為（1988-），助理工程師，本科，現(xiàn)從事天然氣生產(chǎn)及科研工作，郵箱：zhzw2_cq@petrochina.com.cn。