圈閉資源經(jīng)濟評價中開發(fā)概念方案關(guān)鍵參數(shù)研究

張中華，佟 穎，吳永超

(1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 2.中國石化 石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)

圈閉資源經(jīng)濟評價是在圈閉含油氣性、圈閉資源估算的基礎(chǔ)上開展的經(jīng)濟可行性評估，包括經(jīng)濟風險評估和經(jīng)濟不確定性評估兩類，前者主要針對確定目標方案評價油價、投資、成本等經(jīng)濟因素對效益的影響，后者則評價地質(zhì)要素不同概率條件下的經(jīng)濟分布特征。盡管圈閉的含油氣性、資源量分布具有概率特征，但經(jīng)濟評價的過程仍可視為一個確定性過程，在經(jīng)濟參數(shù)確定的情況下，針對某一概率下的圈閉目標地質(zhì)參數(shù)所做的經(jīng)濟評價具有確定性。

圈閉資源經(jīng)濟評價的主要目的是判斷資源在不同經(jīng)濟條件下的可升級性及升級潛力。從國內(nèi)外調(diào)研的情況看[1-3]，儲量升級經(jīng)濟性皆以現(xiàn)金流評價法為主，輔助性的方法有投入產(chǎn)出分析法，計算經(jīng)濟可采儲量界限、商業(yè)儲量界限等。現(xiàn)金流評價的主要方式是在地質(zhì)評價基礎(chǔ)上構(gòu)建開發(fā)概念設計模型及現(xiàn)金流評價模型，結(jié)合油價、成本等經(jīng)濟參數(shù)計算圈閉項目預期經(jīng)濟凈現(xiàn)值、收益率等指標[4-9]，其核心部分是模擬開發(fā)方案(亦稱開發(fā)概念方案)。方案設計依據(jù)圈閉目標資料情況，大多采用經(jīng)驗公式法和方案指標規(guī)律統(tǒng)計類比法，通過類比賦值或統(tǒng)計本地區(qū)的相關(guān)參數(shù)規(guī)律預測取值，從而實現(xiàn)對特定評價目標詳細的概念方案設計。國內(nèi)勘探項目經(jīng)濟評價雖然開展了多年，但總體上看，評價過程中對目標概念方案設計環(huán)節(jié)做的依然不夠精細到位，尤其是與開發(fā)技術(shù)人員結(jié)合不夠，對參數(shù)賦值研究不夠。引進和研發(fā)的相應類別評價軟件，可以實現(xiàn)批量目標的評價，但概念方案參數(shù)的合理取值問題并沒有規(guī)范可行的方法。

圈閉項目經(jīng)濟評價包括的內(nèi)容較多，影響評價結(jié)果的不僅是圈閉地質(zhì)參數(shù)的準確程度和經(jīng)濟參數(shù)的合理取值，科學合理的開發(fā)概念設計方案是經(jīng)濟評價的基礎(chǔ)，對經(jīng)濟評價結(jié)果影響最大，如何科學確定概念方案參數(shù)尤為重要。本文結(jié)合圈閉地質(zhì)參數(shù)特點，研究不同類型油藏參數(shù)與方案設計關(guān)鍵參數(shù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立經(jīng)驗性預測模型，在研究思路和方法適應性方面具有針對性，為科學快速制定圈閉目標經(jīng)濟評價概念方案提供了一種手段。

1 關(guān)鍵評價參數(shù)

圈閉資源概念方案參數(shù)項目較多，依據(jù)資料獲取程度，概念方案設計完善程度不一樣。在參數(shù)項目齊全可靠的情況下，概念方案可以細化到接近正規(guī)開發(fā)方案的水平，比如考慮井網(wǎng)形式、考慮產(chǎn)液剖面和含水率等方案指標。一般情況下，因圈閉評價階段地質(zhì)基礎(chǔ)參數(shù)較少，概念方案設計通常以構(gòu)建經(jīng)濟評價模型所用到的鉆井工作量、產(chǎn)能設計和產(chǎn)量剖面為主。只要概念方案中此類指標制定合理，反而能避開不確定性輔助參數(shù)對方案設計的影響，在統(tǒng)一評價標準下，并不影響評價結(jié)果的科學性。

1.1 模擬概念方案參數(shù)

圈閉評價中概念方案設計參數(shù)是評價的最重要環(huán)節(jié)，也是依據(jù)圈閉地質(zhì)目標參數(shù)確立評價模型的基礎(chǔ)。由于圈閉參數(shù)信息量的原因，模擬概念方案并不完全等同于油田開發(fā)方案設計，僅僅保留了正規(guī)開發(fā)方案設計的幾個關(guān)鍵參數(shù)。其方案設計僅涉及動用儲量、方案鉆井數(shù)、鉆井進尺及新建產(chǎn)能項目的相關(guān)參數(shù)，開發(fā)指標參數(shù)則以油氣產(chǎn)量剖面測算參數(shù)為主，在資料相對齊全的情況下，可增加液量、含水等指標預測參數(shù)。概念方案主要參數(shù)構(gòu)成及相關(guān)因素見表1。

圈閉開發(fā)概念設計過程中，在確定特定圈閉相關(guān)參數(shù)及指標基礎(chǔ)上可完成對概念方案項目的設計預測。但在實際應用中，勘探所提供的參數(shù)不能完全滿足概念方案設計需求，尤其是對油藏類型對應開發(fā)規(guī)律的認識，需要采用類比法或經(jīng)驗判斷給出最可能接近實際的參數(shù)和指標。

1.2 概念方案關(guān)鍵參數(shù)

如前所述，概念方案的核心是指標鉆井工作量、產(chǎn)能方案和產(chǎn)量剖面。如何將圈閉目標地質(zhì)評價參數(shù)項(如儲層含油氣面積、有效厚度、儲量規(guī)模、儲層埋深、孔隙度、滲透率、流體密度、采收率等)轉(zhuǎn)化為概念方案指標是問題的關(guān)鍵。通常做法是采用類比法，類比同類型已開發(fā)油藏單井控制儲量、單井產(chǎn)能、遞減率等效果指標設計方案。該類方法需要大量的統(tǒng)計，并且完全相似的油藏樣本并不一定足夠多，規(guī)律性往往偏差較大。通過對圈閉資源地質(zhì)參數(shù)與概念方案設計關(guān)聯(lián)參數(shù)的研究分析，井網(wǎng)密度、采油速度、產(chǎn)量遞減率3大關(guān)鍵參數(shù)研究到位，即可解決概念方案的指標問題。

(1)井網(wǎng)密度。在已知圈閉資源儲量規(guī)模、含油氣面積、儲層埋深的情況下，井網(wǎng)密度可以測算方案新鉆井工作、鉆井進尺等用于投資測算的方案指標，同時也可以測算單井控制儲量、單井可采儲量等開發(fā)效果指標。

(2)采油速度。是測算概念方案產(chǎn)能的重要參數(shù)指標，根據(jù)儲量規(guī)模即可測算方案產(chǎn)能，同時結(jié)合井網(wǎng)密度法測算的鉆井工作量，可測算單井建產(chǎn)能效果指標。

(3)產(chǎn)量遞減率。研究和選取圈閉目標的產(chǎn)量遞減率，可以根據(jù)采油速度法計算的方案產(chǎn)能，測算評價期內(nèi)的產(chǎn)量剖面。

表1 油氣圈閉概念方案構(gòu)成要素參數(shù)

2 概念方案關(guān)鍵參數(shù)確定方法

如表1所示，圈閉開發(fā)概念方案參數(shù)與指標很多，可以采用統(tǒng)計法獲取某些單項參數(shù)，但有些參數(shù)間具有一定的關(guān)聯(lián)性，通過某些關(guān)鍵參數(shù)可以計算或換算出其他參數(shù)。通過對概念方案指標關(guān)聯(lián)性分析，可以確定，井網(wǎng)密度、采油速度、產(chǎn)量遞減率3個關(guān)鍵參數(shù)的計算方法及取值的確定對科學編制圈閉概念方案具有決定作用。

2.1 井網(wǎng)密度

井網(wǎng)密度決定了既定含油氣面積油氣儲量的概念方案工作量，是概念方案重要的參數(shù)之一。井網(wǎng)密度確定后，概念方案工作量隨即確定，構(gòu)建了評價模型中開發(fā)投資測算、產(chǎn)能預測的參數(shù)基礎(chǔ)。在圈閉項目評價中，由于評價目標含油氣面積、采收率、流度等一些基礎(chǔ)參數(shù)已知，可以通過參數(shù)經(jīng)驗統(tǒng)計模型和謝爾卡喬夫公式測算井網(wǎng)密度取值[10-14]。

(1)

(2)

(3)

式中：f為井網(wǎng)密度，口/km2；ER為采收率，f；ED為驅(qū)油效率，f；a為井網(wǎng)指數(shù)；h為油藏有效厚度，m；Ka為空氣滲透率，10-3μm2；μo為原油黏度，mPa·s。

在圈閉項目評價中，流體性質(zhì)及滲透率參數(shù)已知，可用上述公式測算概念設計方案的井網(wǎng)密度，結(jié)合含油氣面積即可實現(xiàn)概念設計方案的開發(fā)井工作量。

2.2 采油速度

采油速度指項目方案設計工作量全部實施后最大年產(chǎn)量與動用儲量的比值，是方案設計的重要參數(shù)。正規(guī)的開發(fā)方案設計中需要評價井試采情況確定單井產(chǎn)能，結(jié)合工作量設計測算最大產(chǎn)能來求取采油速度值。對于圈閉評價目標區(qū)塊的開發(fā)概念設計，因地質(zhì)及開發(fā)參數(shù)少，不滿足用工作量法設計采油速度的要求，往往是結(jié)合圈閉油藏類型地質(zhì)參數(shù)，采用經(jīng)驗統(tǒng)計規(guī)律分析法[15-19]計算采油速度。經(jīng)過對不同流度范圍油藏的統(tǒng)計分析，采油速度與流度具有較好的對數(shù)關(guān)系，如下公式(4)對不同油藏類型圈閉評價目標區(qū)塊采油速度測算具有可行性。

(4)

式中：Vo為采油速度，%。

采油速度另外一種方法是直接根據(jù)大量統(tǒng)計結(jié)果類比確定采油速度值。通過對已投入開發(fā)的不同類型油藏的實際資料，統(tǒng)計本地區(qū)油藏近些年新區(qū)塊采油速度范圍，結(jié)合圈閉評價目標油藏類型，采用平均值法確定采油速度。表2為中國陸上幾個重點區(qū)域不同類型油藏的采油速度統(tǒng)計結(jié)果，可作為參考取值用。該方法用于評價目標滲透率、原油黏度不太準確或未知的情況時，由于不體現(xiàn)油藏自身性質(zhì)參數(shù)，取值范圍較大，具體應用中采用統(tǒng)計加專家判斷方法確定采油速度值。

表2 中國陸上典型原油建產(chǎn)區(qū)指標參數(shù)統(tǒng)計

注：表中數(shù)字意義為：最小值～最大值/平均值。

2.3 產(chǎn)量遞減率

確定概念方案進入遞減期的遞減率值是產(chǎn)量剖面設計的重要組成部分，對于圈閉項目評價，概念方案產(chǎn)量預測主要依據(jù)統(tǒng)計法建立不同類型油藏遞減率模型進行預測。根據(jù)大量的已開發(fā)油田資料統(tǒng)計，產(chǎn)量進入遞減階段后，不同類型油藏均遵循指數(shù)遞減規(guī)律，油藏類型不同遞減率系數(shù)不同。將最大產(chǎn)能作為基礎(chǔ)值，將統(tǒng)計產(chǎn)量無因次化，同類型油藏遞減率特征規(guī)律性更高。根據(jù)遞減規(guī)律模型即可預測遞減期產(chǎn)量。

Qt=A·e-bt

(5)

式中：Qt為無因次產(chǎn)量，最大值1；A、b為無因次模型系數(shù)；t為時間。

根據(jù)中國陸上典型油區(qū)不同類型油藏大量資料統(tǒng)計分析，建立了9種類型油藏無因次遞減率系數(shù)模型(表3)。

3 關(guān)鍵參數(shù)的應用

圈閉經(jīng)濟評價參數(shù)研究的最終目標是構(gòu)建并形成科學合理的現(xiàn)金流評價方案，概念方案的核心指標包括工作量設計、產(chǎn)能設計和產(chǎn)量剖面設計。通過上述關(guān)鍵參數(shù)的研究，基本能夠解決方案設計的關(guān)鍵問題。

3.1 井網(wǎng)密度參數(shù)預測方案鉆井工作量

概念方案開發(fā)井工作量設計主要取決于圈閉含油氣面積及對應儲量規(guī)模。設計過程中工作量的預測方法很多，主要有統(tǒng)計類比法和經(jīng)驗公式計算法。統(tǒng)計法以單井指標統(tǒng)計類比法為主，類比指標包括單井產(chǎn)能、單井可采儲量、單井控制儲量等，其缺點是類比樣本點少、代表性差，影響預測結(jié)果。經(jīng)驗公式計算法也有不少，經(jīng)過研究，本文主張結(jié)合圈閉區(qū)塊具體流體特征參數(shù)，采用井網(wǎng)密度法。

表3 中國陸上不同類型油藏無因次遞減率系數(shù)

假定圈閉含油氣面積S，探明儲量規(guī)模N，儲量空氣滲透率Ka,原油黏度μo,儲層有效厚度h，即可應用公式(1)計算出相應的井網(wǎng)密度f，則概念方案新鉆井W=Sf。以勝利油田青萊87塊為例，該塊是低滲透油藏，儲層滲透率39.5×10-3μm2，含油面積3.89 km2，地質(zhì)儲量239×104t，油層厚度4.7 m，屬于薄層低滲透油藏，標定采收率16.9%，地下原油黏度1.53 mPa·s。該塊2014年上報探明儲量，投入開發(fā)后鉆井20口，井網(wǎng)密度7.2 口/km2。應用公式(1)、(2)和(3)進行井網(wǎng)密度測算結(jié)果為9.2 口/km2，與實際情況基本一致。

3.2 采油速度參數(shù)預測方案產(chǎn)能

圈閉開發(fā)概念設計中產(chǎn)能表示儲量整體投入開發(fā)后滿負荷生產(chǎn)的年產(chǎn)量。應用公式(4)計算圈閉區(qū)塊產(chǎn)能，即區(qū)塊產(chǎn)能(Qn)等于采油速度(V)與動用地質(zhì)儲量(N)的乘積。區(qū)塊產(chǎn)能確定后，結(jié)合方案鉆井數(shù)可以計算單井年產(chǎn)能，此指標也是方案指標的組成部分。

3.3 遞減率參數(shù)預測產(chǎn)量剖面

在圈閉項目現(xiàn)金流法經(jīng)濟評價模型中，新建產(chǎn)能方案產(chǎn)量預測采用模型設計法。通用的模式如圖1所示，分為建產(chǎn)期、穩(wěn)產(chǎn)期、遞減期三段設計。建產(chǎn)期產(chǎn)量隨著產(chǎn)能建設工作量的增加而增加，產(chǎn)能建設圈閉完成后保持一定時間的穩(wěn)產(chǎn)(一般2～3年)，之后進入產(chǎn)量遞減期。模式表征一般采用采油速度與時間關(guān)系，對應該產(chǎn)量模型，需要預測的產(chǎn)量分為三段。

圖1 新建產(chǎn)能方案采油速度模型

圈閉名稱資源量/104 t面積/km2有效厚度/m滲透率/10-3 μm2地下原油黏度/(mPa·s)采收率/%油藏類型勝坨永559南巖性圈閉3653.0304.619.318特低滲油藏埕北313南古生界潛山圈閉8858.248120.060.015潛山斷塊

表5 圈閉目標概念方案預測結(jié)果

3.3.1 建產(chǎn)期產(chǎn)量

對于油氣開發(fā)概念方案設計而言，建產(chǎn)期一般設定為1年，對應產(chǎn)量為當年產(chǎn)量。一般采用產(chǎn)能貢獻率折算法。根據(jù)近些年中石化新區(qū)建設區(qū)塊的統(tǒng)計分析，當年產(chǎn)量貢獻率取50%，由此當年產(chǎn)量取方案產(chǎn)能的1/2。

3.3.2 穩(wěn)產(chǎn)期產(chǎn)量

穩(wěn)產(chǎn)期產(chǎn)量為產(chǎn)能方案實施完畢后區(qū)塊的年產(chǎn)量。根據(jù)資料統(tǒng)計，穩(wěn)產(chǎn)期產(chǎn)量為產(chǎn)能規(guī)模的85%～90%。穩(wěn)產(chǎn)期的設計主要依據(jù)圈閉所在區(qū)域同類油氣藏新區(qū)方案實施情況類比，油、氣評價有較大差別。根據(jù)中石化近幾年產(chǎn)能建設項目的統(tǒng)計，新區(qū)原油產(chǎn)能建設區(qū)塊現(xiàn)階段沒有穩(wěn)產(chǎn)期，而天然氣穩(wěn)產(chǎn)期則在3～5年之間。指標預測中應根據(jù)不同情況類比設計穩(wěn)產(chǎn)期及油氣年產(chǎn)量指標。

3.3.3 遞減期產(chǎn)量

遞減期產(chǎn)量有2種預測方法：一是統(tǒng)計規(guī)律加經(jīng)驗取值法，根據(jù)圈閉所在區(qū)域已開發(fā)同類型油田的老井遞減參考取值；二是依據(jù)不同類型油藏無因次遞減統(tǒng)計模型預測，也就是本文所用方法。對特定圈閉目標油氣藏，可結(jié)合其不同類型油藏遞減率特征進行遞減率取值和遞減期產(chǎn)量預測。

3.4 應用實例

選取2個圈閉評價目標區(qū)塊，勝坨永559南巖性圈閉是特低滲油藏，埕北313南古生界潛山圈閉是中高滲透潛山斷塊油藏，其主要地質(zhì)參數(shù)見表4。

設定方案產(chǎn)量預測時間為15年，考慮到近些年新區(qū)建產(chǎn)情況，建設期設定為1年，且建設期產(chǎn)能按產(chǎn)能的50%折算；無穩(wěn)產(chǎn)期，遞減率取值采用特低滲透和特殊巖性油藏規(guī)律。結(jié)合本文計算方法，應用表4相關(guān)參數(shù)，計算井網(wǎng)密度及采油速度，構(gòu)建概念方案指標(表5)。

經(jīng)過公式計算，特低滲透油藏勝坨永559南巖性圈閉概念方案井網(wǎng)密度13.3 口/km2，方案鉆井40口，采油速度低，不到1%，單井年產(chǎn)能0.085×104t；中高滲透油藏埕北313南古生界潛山圈閉概念方案井網(wǎng)密度8.8 口/ km2里，方案鉆井72口，采油速度2.13%，單井年產(chǎn)能0.26×104t，均比較符合同地區(qū)近些年同類型油藏新區(qū)產(chǎn)能建設情況。

4 結(jié)論

(1)井網(wǎng)密度計算方法是通過改進謝爾卡喬夫公式及相關(guān)國內(nèi)資料的統(tǒng)計分析構(gòu)建的模型，所需地質(zhì)參數(shù)主要包括油藏有效厚度、儲層滲透率、地層原油黏度和采收率。該類資料是圈閉的基礎(chǔ)地質(zhì)資料，比較容易獲取，因此該方法適應性相對廣泛。不足之處是本文井網(wǎng)密度模型對砂巖油藏適應性較好，對特殊巖性油藏適應性相對較低。

(2)采油速度是決定概念方案產(chǎn)能規(guī)模的關(guān)鍵參數(shù)，本文研究統(tǒng)計的核心點是采油速度與流動系數(shù)的關(guān)系，以不同類型油藏實際資料統(tǒng)計分析為基礎(chǔ)，經(jīng)實例測算具有較好的適用性。

(3)產(chǎn)量遞減率是圈閉概念方案產(chǎn)量剖面的基礎(chǔ)，本文提出的指數(shù)預測法及對應不同類型油藏遞減率系數(shù)的統(tǒng)計研究結(jié)果具有較高的參考價值，在圈閉資源經(jīng)濟評價中直接用于類型取值。

(4)本文對圈閉經(jīng)濟評價中概念方案關(guān)鍵參數(shù)確定提出了一種解決方法，但并不排除經(jīng)驗賦值法和統(tǒng)計類比法，在實際操作中可根據(jù)資料情況開展多種方法的相互校驗。