气藏动态储量预测方法综述

陈小刚　王宏图　刘　洪　庞　进

文章编号：1006-6535(2009)02-0009-05

摘要：随着气井生产的不断进行，气藏动态储量的确定对开发方案的制订、开发设施的设计以及气藏价值的评估显得越来越重要。国内外许多专家都在气藏储量方面做了大量的研究，并提出了一系列预测气藏动态储量的方法，经过不断的改进和修正，使气藏动态储量预测方法不断地接近于气田生产实际。以气藏动态资料为基础对气藏动态储量的预测方法现状进行了全面的综述和分析，并针对物质平衡法、压力恢复试井法和典型曲线分析法3种确定气藏动态储量的常用方法进行了系统分析研究，提出和讨论了各种方法的适用条件。分析得出了以流动物质平衡法为主，典型曲线分析法为辅助手段的一种气藏动态储量预测方法，简易实用。对整个油气藏开发具有重要的经济和实用价值。

关键词：气井；动态储量；物质平衡法；预测方法；现状

中图分类号：TE15

文献标识码：A

前 言

储量计算是一项十分重要的工作，是气藏综合评价的重要成果，也是气藏开发的基础。对于处在不同勘探与开发阶段的气藏，所采用的储量计算方法也有所不同。对于一个已经投入开发的气藏，人们关心的是气藏动态储量有多大，只有确定这个问题，才能够进行气藏开发动态、开采机理等分析，从而认识和了解气藏的开发状况，指导气藏开发。

目前对气藏动态储量的计算方法主要有3种：一是物质平衡法；二是通过试井所得到的预测方法；三是通过实践所归纳总结的经验法以及其他预测方法。

1 物质平衡法

物质平衡是用来对储层以往和未来动态进行估算的一种油藏工程基本方法，它以储层的质量守恒定律为基础。气藏物质平衡理论从1936年Schilthuis提出以来，在气藏动态分析上，得到了广泛的应用和发展^[1]，主要表现为4种类型的气藏：①定容封闭性气藏物质平衡；②水驱气藏物质平衡；③凝析气藏物质平衡；④异常高压气藏物质平衡。传统物质平衡法在计算气藏储量时无法考虑普遍存在的地层非均质性及其对流动产生的影响，因而用它计算的指标往往过于乐观。为了克服传统物质平衡法的这一缺点，高承泰^[2]提出了具有补给区的物质平衡法。经计算表明，新方法更加符合气藏实际，具有一定的使用价值。同时在1965年提出和进行气藏动态的气罐模拟试验，模拟具有补给的产气过程，试验结果能够较好地反映实际气藏的生产动态特征。

程时清等人^[3]在考虑非均质性和动用差异性时，提出了利用物质平衡法分区计算定容气藏动态储量，并结合弹性二相法联立计算在不关井条件下的地层压力。现场数据说明，分区计算动态储量比全区整体计算更接近真实的结果，误差更小。高承泰等人^[4]又将气藏分区物质平衡法推广应用到边水气藏被划分成任意区块的情形，并研制出了可快速获得最优区块布井方案的MMBS软件，有利于发挥高产区块的产能，减少低产井。李欣等人^[5]针对低渗透气藏生产实际情况，提出了一种瞬态物质平衡法，从而大大减少了测压造成的停工关井时间。胡森清^[6]在忽略水体和岩层压缩率的条件下，通过对物质平衡法通式的推导，得出了缝洞型有水封闭性气藏储量的回归公式。

Hammerlindll利用气藏压力降为正常压力梯度点的有关参数值，以及水和地层的压缩率值，提出了物质平衡单点修正法，同时又可分为平均的体系压缩率法和变气藏体积法2种^[7]。当水侵和辅助能源迟来时，又提出了Ramagost-Farshad法^[7]；同时Roach-Poston-Chen等人^[7]在假定气藏存在水驱，但与f(p、t)项无关，而且地层压缩率值随压力和时间的变化未知时，提出图解法储量评价方法。随后由L.Mattar和R.McNeil提出利用气体物质的“流动”平衡来预测天然气储量^[8]：①标准的拟稳定状态分析法(PSS)，它是通过在直角坐标系绘制出一张压力的平方值对时间的变化关系曲线图来预测天然气储量；②“流动”物质平衡法(FMB)是在当气藏处于拟稳定状态流动时，气藏内所有地点的压力均按相同的比例下降。其中有气砂层表面压力和井口套管压力流动物质平衡法；③油罐模型法；④近似井口物质平衡法(AWMB)。

2 试井法求解气藏储量

2.1 弹性二相法

弹性二相法是根据压力降落试井的压力变化而得到的一种方程法^[1]。主要适用于小型的有界封闭弹性气驱气藏或地层水不活跃气藏以及单井系统，且流动达到拟稳定状态阶段。针对弹性二相法计算天然气动态储量在理论上存在一定偏差的情况，冯友良^[9]对其进行了合理的修正，即修正的弹性二相法。张枫等人^[10]根据气井生产的各种数据和测试资料，提出了应用压降曲线的弹性二相法计算气藏储量，该方法简单易行，且大大提高了储量的计算精度。

2.2 油藏影响函数法(RIF)

1964年K.H.Coats等人首次提出了用于估算水侵动态的水体影响函数AIF^[11]。2000年黄全华在此基础上提出和建立了适用于油藏的油藏影响函数，用于裂缝系统储量的早期预测^[12]，2003 年又将其推广应用到了气藏中^[13]。

2.3 气藏探边测试法

1956年由Jones首先提出了探边测试方法的完整理论，其后许多研究者作了大量的工作，推导出了适用于气藏的探边测试试井方法。气藏探边测试法^[14]是一种利用不稳定试井估算单并控制储量的方法，在气藏试采阶段，通过压力降落试井可以作出气井压力降落曲线。目前主要用于连通性较好的中、小型气藏。

2.4 试凑法

主要用于开井生产长时间不能关井，气井具有稳定试井和开采资料，用其来进行气井生产史拟合估算气井储量^[1]。同时由邓绍强等人^[15]结合物质平衡方程和气井产能方程得出了采气曲线方程法。

2.5 压力恢复试井法

压力恢复试井资料计算储量的方法主要有压差曲线法、压力恢复不稳定晚期法和对数差值法3种 ^[16]。①压差曲线法。在气井关井前已经以恒定产量生产了足够长的时间，并在关井以后压力恢复达到过渡阶段。要求采出程度大于5%。主要适用于定压边界，对低渗透或近似于封闭气藏不适用；②不稳定晚期法。当压力波已传播到地层边界但还未形成等速度变化。测试条件：需在气井关井之前已经定产量生产了足够长的时间，地层内的压力变化达到拟稳定。要求采出程度大于5%。压力恢复期间探测半径内遇断层反映会严重影响储量计算结果，不适合非均质地层；③对数差值法。计算压力恢复期间地层压力波传播半径内的储量。测试条件：需在气井关井之前有较长的生产时间，与产量大小无关，压力恢复时间不宜超过生产时间。采出程度无严格要求。压力恢复曲线有边界反映时，利用边界反映出现之前的资料作分析。

3 经验法及其他方法求解气藏储量

随着油气田开发工作的展开，积累的动态资料越来越多，采用动态法计算油气藏储量就显得非常的重要，目前以经验法为主进行油气藏储量预测。

3.1 相关经验公式法

相关经验公式法是一种概算法^[17]。在油气田的勘探评价阶段或开发的早期，可以利用有关的相关经验公式，先对油气藏的采收率作出预测，再计算它们的储量。但在实际应用时，由于存在着方法的适应性和资料的可靠性问题，故由相关经验公式预测的数值需要根据专家经验和类似油气藏的对比进行合理的调整，并要求随动态资料的丰富对该方法的标定结果重新更换方法标定。

3.2 产量累计法^[1]

它是基于产量、累计产量随时间变化的统计规律而建立的。当气井无控制生产情况下或气藏采出程度超过50%，气井产量发生连续递减后，用该法计算得到的储量和压降法储量比较接近，对一些由于特殊原因长期不能关井的气井，提供了一种计算储量的简便方法。

第2期陈小刚等：气藏动态储量预测方法综述 3.3 衰减曲线法

1970年Колытов首次提出了衰减曲线，经多年的应用实践表明，该衰减曲线的预测精度较差，目前国内油气田广泛采用了修正的衰减曲线方法。主要有以下4种^[18]：①三点配线法；②典型曲线拟合法；③诺模图法；④线性分析法(Ⅰ～Ⅵ)。

3.4 水驱曲线法^[17]

水驱曲线法是预测水驱油、气藏可采储量的特有方法。目前水驱曲线法约有30余种，经过多年的理论研究和大量油气田的实际应用，总结了甲、乙、丙、丁4种类型水驱曲线法。主要适用于活跃水驱气藏，即一般开采初期部分气井开始大量出水甚至水淹，气藏稳定期短，水侵特征曲线呈直线上升的气藏。

3.5 曲线分析法

3.5.1 Arps递减曲线分析法

该方法是由J.J.Arps (阿普斯)^[19]在经验的统计模型基础上推导出的一系列不同类型的产量递减曲线表达式。主要包括指数递减曲线、调和递减曲线和双曲线递减曲线。

3.5.2 Fetkovich典型曲线分析法

20世纪80年代初，M.J.Fetkovich (菲特柯维奇)以均质地层不稳定渗流理论为基础，结合Arps的经验公式，提出了一套比较完整、受渗流机理控制的产量递减曲线分析方法^[20]。Fetkovich(1973，1987，1996)比较系统地研究了产量-时间标准曲线，研究结果将理论产量递减曲线和Arps(1945，1956)产量递减方程组合到一起，直观地展示了产量递减和边界影响，奠定了该领域的理论基础。Her-Yuan Chen和Lawrence(2000)将Fetkovich的研究结果加以扩充，包含了线性流动情形。为了使计算方法便于拓展和应用，高春光等人^[21]从不稳定渗流理论出发，阐述了产量-时间标准曲线的理论基础，并在计算方法方面作了必要改进。后由Fraim和Lee研究出了无因次累计产量—无因次时间典型曲线，解决了生产数据的干扰^[22]。史乃光等人^[23]采用典型曲线匹配技术提出了现代产量递减曲线分析方法，这种分析方法只需要一个月连续生产的数据，便可取得理想的效果，同时可替代常用的不稳定试井方法，主要适用于低渗、低孔及无水油气井的地层参数与单井储量计算，但存在典型曲线匹配的多解性问题。

3.5.3 Blasingame典型曲线分析法

Blasingame等^[24]利用叠加时间函数原理，研发出了能够解释在Arps和Fetkovich典型曲线中的不稳定流区域井底流压变化情况的一种新的产量递减曲线分析方法。Fraim与Wattenberger在考虑气体性质的变化，并结合拟合时间提出了与油藏具有相同特性的指数曲线分析法^[25]。之后Blasingame-McCray-Palacio^[26]又研发出了不稳定流曲线将随着调和曲线递减的典型曲线分析法，并引入速率积分函数和速率积分导数函数，使Blasingame典型曲线分析法得到了一个更加完美的拟合。目前主要有5种分析模型：直井，径向流模型；直井，水力压裂模型；水平井模型；注水开发模型；井间干扰模型。

3.5.4 A-G典型曲线分析法^[27]

Agarwal和Gardner根据Fetkovich与Palacio-Blasingame的理论，并应用等效恒速与恒压方法的概念，提出了用于分析生产数据的一种新的递减典型曲线，同时建立了常规试井的无因次变量典型曲线。包括速率-累计产量分析图、速率-时间分析图。

3.5.5 重整压力积分典型曲线分析法(NPI)

在1989年，由Blasingame首次提出重整压力积分(使用压力积分的典型曲线分析)^[28]，其目的在于为没有遭受干扰或数据分散时的压降提供一种有效的诊断方法。其中包括重整压力、重整压力积分和压力积分导数。

3.5.6 不稳定典型曲线分析法

它是在Blasingame、Agarwal-Gardner和NPI分析方法中，通过无因次时间的使用而建立起来的一种曲线分析方法^[29]。它不是数据分析的一种新方法，而是为早期生产数据或极低渗透率油气藏的分析提供了一种理想的远景替换方案。

3.6 数学模型法

数学模型法是一种全程的预测方法。已故翁文波院士于1984年发表的泊松旋回(Poisson cycle)模型，人们通常称之为翁氏模型^[30]。近几年来，由于理论研究工作的深入，在数学模型的研究和应用方面，我国已经取得了突破性进展。主要有4种具有较好实用价值的数学模型^[17]：①广义翁氏模型：主要预测油气田不同开发时间的产量、累积产量和某一经济极限产量下的可采储量，但不能预测含水率及其他有关的开发指标；②威布尔(Weibull)模型：预测油气田产量、累计产量、可采储量、剩余可采储量、剩余可采储量的储采比和采油速度，以及预测油气田的最高年产量和发生时间的方法，通过罗马什金油田的实际应用，表明该模型具有很好的实用性和可靠性；③HCZ(胡-陈-张)模型：预测产量、最大年产量及其发生的时间，以及油田的可采储量，都与油田的实际生产数值基本一致，但不能预测其含水率、产水率、产液量及累计产水量和累计产液量；④逻辑推理(Logistic)模型：预测油气田产量、累计产量、可采储量、最高单产量及其发生时间的关系式，主要适用于在采出可采储量50%而进入递减阶段的油气田。

3.7 其他预测方法

1927年由巴内托(Pareto)提出了表征有序变量值之间关系的巴内托定律，它是由已发现的油气田可采储量去预测尚未发现的油气田可采储量^[31]。1984年C.J.Hearn等最早提出了储层流动单元(Flow Units)的定义；1997年J.M.Alden从储层微观孔隙结构特征出发，以孔喉半径为基础，认为流动单元是具有相同渗流特征的微相或岩相的组合；我国学者焦养泉等在1998年提出了储层流动单元系指沉积体系内以隔挡层为边界，按地下动力条件进一步划分的建筑块或结构单元；同时根据FZI流动层段指标划分流动单元的基木原理，由史玉成等人^[32]提出了流动单元法计算单井储量。同年段虞荣等人^[33]提出了用于裂缝系统的多重分形和小波变换来预测油气储量。2004年卢双舫等人^[34]根据齐波夫定律对离散型随机变量概率分布的描述，提出了齐波夫方法。关于储量预测的方法还有一些相关文章，但基本与上述分析方法类似，本文不再阐述。

4 结论及建议

(1) 物质平衡法是最为常用的气藏储量计算方法，可以直接利用生产数据进行气藏储量预测，但要求气藏生产达到一定时期，一般认为累计采气量大于原始地质储量的15%，同时受产量波动的影响较大。

(2) 试井方法是通过对生产井压力变化测试而得到的，简单易行，但在进行气井测试时需要对生产时间、气藏压力进行准确把握，计算精度较低。

(3) 随着动态资料的积累，虽然经验法成为目前油气藏预测的主要方法之一，尤其是典型曲线分析方法，但它不能作为气藏储量预测的最终结果，常常视为一种辅助分析的手段。

(4) 在进行气藏储量预测时，首先根据气藏的性质与开发情况优选出合适的方法，然后尽可能采用满足气井实际生产条件的方法进行预测结果的对比分析。

(5) 建议采用以物质平衡法为主，典型曲线分析法为辅进行气藏动态储量的预测。

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编辑 刘兆芝