数值模拟在压降法计算气藏动储量中的应用

张子为，卫国峰，赵雅庆，李 浩，周 贤，孟盼龙，张喜平

（1.中国石油长庆油田分公司第一采气厂，陕西靖边 718500；2.中国石油华北油田分公司勘探开发研究院，河北任丘 062550）

数值模拟在压降法计算气藏动储量中的应用

张子为1，卫国峰1，赵雅庆1，李 浩1，周 贤2，孟盼龙1，张喜平1

（1.中国石油长庆油田分公司第一采气厂，陕西靖边 718500；2.中国石油华北油田分公司勘探开发研究院，河北任丘 062550）

压降法是计算气藏动储量的常用方法。准确获取平均地层压力是评价气藏动储量的关键，但实际生产中普遍存在测压数据点少的问题。如果气藏（井）实测压力数据点少于3个，计算精度将难以保证。提出了运用数值模拟方法获取井点面积加权平均地层压力进而求取气藏（井）动储量的方法：首先必须高质量完成气藏历史拟合，然后根据单井泄流半径确定所涉及的井周网格数，将泄流面积内的网格压力取平均值，最后各井地层压力平均得到整个气藏的面积加权地层压力。目前，数值模拟技术已经得到了广泛的推广和应用，通过这种方法即可以较好地计算压降法动储量。

动储量；压降法；数值模拟；平均地层压力

1 压降法

气藏可动储量是指在现有工艺技术和目前井网及开采方式的条件下，已开发地质储量中投入生产直至天然气产量和波及范围内的地层压力降为零时，可以从气藏中流出的天然气总量[1]。常用的气藏（井）动储量评价方法有：压降法（又称定容封闭气藏物质平衡法）、产量不稳定法、弹性二相法、产量递减法等[2-5]。压降法具有应用简便、精度高等优点，是最常用的方法。

1.1 压降法原理

定容气藏，也常被称为定容封闭性气藏或定容消耗式气藏。该气藏没有水驱作用，或边底水很不活跃，定容气藏的物质平衡方程式为：

由式（3）可以看出，定容气藏的视地层压力（p/Z）与累积产气量（Gp）成直线下降关系。对于封闭性气藏，只要已经确知原始地层视压力（pi/Zi），以及投产后任两个视地层压力（p/Z）测点和相应的累积产气量（Gp），即可由式（4）计算出气藏的原始地质储量。本方法一般要求采出程度大于10%，采出程度过低，压力产量误差对计算结果影响较大，压力数据越多，分析越准确[6]。

1.2 压降法应用现状

对于单井动储量的计算，只需有两个以上的压力恢复测试数据即可。

对于气藏动储量的计算，一般需要在某时间段（一般可以取一年）内有多个井点的测压数据，然后采用井点面积加权平均的方法计算平均地层压力。或者将工区所有气井动储量求和，也可用于评价气藏动储量。但由于存在井间压力干扰，这样计算得到的气藏动储量一般偏大。

从以上分析不难看出，准确求取气藏（井）动储量的关键在于准确获取地层压力。在科研生产实践中，通常采用的是动态监测法获取地层压力，即通过现场下入压力计来测试或解释井底流压、地层静压等数据，这种方法直接、可靠。但常常受制于恶劣的地理环境和气候、降低投资成本和人力成本、维持开井时率等因素，客观上普遍存在测压数据点少的问题。一旦气藏（井）实测压力数据点少于3个，评价精度将难以保证。

特别对于人工压裂低渗气藏，由于低渗造成的压力传导速度慢，气井动储量是逐渐增大的，压力点数量少和数据陈旧也会导致评价动储量偏小。由于以上因素的影响，压降法的应用受到一定的限制，还不能完全满足科研生产需要。本文提出了运用数值模拟方法获取井点面积加权平均地层压力、进而求取气藏（井）动储量的方法，可以较好解决上述问题。近几十年，数值模拟已在国内外开展了大量研究和应用，已属于常规成熟技术，但此方法获取地层压力、计算动储量在国内尚未专门提出。

2 数值模拟法求平均地层压力

众所周知，数值模拟方法是将连续的地层属性离散成网格参数，并输入计算机模拟软件进行求解运算的。建立了完善的数值模型并完成与生产动态数据的吻合之后，可以得到模型任一时间下、任一网格点的地层压力。因此，通过数值模拟、油藏工程方法确定气井的泄流面积后，可以根据每个网格点的压力通过一定的运算来得到本井泄流面积范围内的平均地层压力。进而，对工区内所有气井地层压力进行算数平均就得到了气藏平均地层压力。注意，不可选用FPR关键字，它表示油藏平均压力，包含了未被控制和波及到地层的压力，这部分地层压力如果参与平均，必然会导致所得地层压力偏高，进而导致评价得到气藏动储量偏高。

图1 不同泄流半径对应的压力范围

假设某区数值模型平面网格步长为100 m，现已知某井泄流半径为100 m，泄流面积31 400 m2，则可以选取井周3个网格点的压力进行平均（图1a所示情形）；若已知某井泄流半径为125 m，则可以选取井周5个网格点的压力进行平均（图1b所示情形）；若已知某井泄流半径为170 m，则可以选取井周9个网格点的压力进行平均（图1c所示情形）。其余情形可据此类推，为应用简便并兼顾精度可适当作近似（见表1）。对于井周1网格点、4网格点、5网格点、9网格点可分别选取 WBP、WBP4、WBP5、WBP9 关键字求单井地层压力，其他情况需要对所涉及的网格压力求平均。其他网格步长的情况同样据此类推。

表1 不同泄流半径对应的井周网格数

3 本方法主要步骤

简述本方法主要步骤如下：

（1）气藏数值模型的建立和历史拟合，要求对全区储量、产气、气水比（或产水量），单井流压、产气、气水比（或产水量）高精度拟合。

（2）建议等间距选取5个以上时间点，分别求得的各时间点下各井泄流面积范围内的地层压力，然后作算数平均得到该区块的平均地层压力。

（3）由（2）中的结果，统计对应时间下的累积产气量数据和压缩因子数据，根据1.1中所述方法，计算气藏动储量。

需要说明的是，本方法的计算精度主要由数值模拟的完成质量决定，模拟质量越高，计算即越准确。

4 计算实例

现以靖边气田A区为例，通过所述方法求取气藏动储量。计算过程如下：（1）数值模型建立和历史拟合过程略。（2）该区单井泄流面积泡泡图（见图2），由于数值模拟网格大小为100 m×100 m，据此确定泄流范围所涉及的网格数，并求取单井地层压力。（3）统计一系列时间点下的平均地层压力（所有气井地层压力求算数平均）和累积产气量（见表2），并通过曲线拟合求取气藏动储量（见图3）。

图2 靖边气田A区单井泄流面积泡泡图

表2 靖边气田A区历年数值模拟井点平均压力

图3 靖边气田A区压降法计算动储量

根据压降法原理，计算出区块动储量61.1×108m3。区块多种方法（实测压力的压降法、产量累积法等）核算确定的动储量为63.6×108m3，本方法计算误差仅为3.9%。另外，运用该区较少的实测压力数据，分别计算或类比得到了气井动储量，并求和得到气藏动储量为73.6×108m3。单井求和所得气藏动储量比整体计算略大，符合认识，说明本方法求取平均地层压力具有较高的精度。

5 结论

（1）压降法计算气藏动储量应用简便、精度高，在科研生产中应用广泛，但客观上存在测压数据点少的问题；

（2）本文提出了用数值模拟方法求取单井地层压力的办法，进而求取平均地层压力，可获取任一时间下的平均地层压力，解决了气藏缺少测压数据的问题。通过对比，由本方法计算得到气藏动储量具有较好的精度，并且数值模拟技术已经普及应用，这一方法的应用门槛较低，便于实际应用。

符号说明：

G、Gp分别为气藏地质储量和累积产气量，×108m3；分别为原始视地层压力和目前视地层压力，MPa；Bgi、Bg分别为原始天然气体积系数和目前天然气体积系数。

［1］ 张伦友，等．关于可动储量的概念及确定经济可采储量的方法［J］．天然气勘探与开发，1996，19（4）：75-76．

［2］ 张明禄，等．长庆气区低渗透非均质气藏可动储量评价技术［J］．天然气工业，2010，30（4）：50-53．

［3］ 刘琦，罗平亚，孙雷，等．苏里格气田苏五区块天然气动态储量的计算［J］．天然气工业，2012，32（6）：46-49．

［4］ 程时清，杨秀祥，谢林峰，等．物质平衡法分区计算定容气藏动储量和压力［J］．石油钻探技术，2007，35（3）：66-68．

［5］ 陈霖，熊钰，张雅玲，等．低渗气藏动储量计算方法评价［J］．重庆科技学院学报（自然科学版），2013，15（5）：31-35．

［6］ 邓绍强，黄全华，肖莉，等．低渗透气藏储量早期预测［J］．西南石油学院学报，2005，27（6）：33-35．

第四次工业革命将由石油驱动？

活跃于可再生能源的研究人员普遍承认一个事实：工业革命需要能源。但如果仅依靠可再生能源，不但无法为发电厂提供足够的能量来满足全球用电所需，而且无法驱动炼厂生产出风力涡轮机、汽车和太阳能电池板等所需的材料。

以太阳能发电为例。硅是太阳能电池板的核心元素。因此，首先硅要被开采出来，然后在1 500至2 000摄氏度的高温下进行加工处理。但这种热量目前只能由煤炭、石油、天然气来提供，而无法靠太阳能装置完成。EIA数据显示，太阳能热能装置目前可以产生的最高温度是1 380华氏度，即749摄氏度。

当然，这并不是说未来太阳能或者风能设备无法为熔化金属的炼厂提供动力，以此来制造更多的风力发电机，或开采锂、钴和铜等元素的电动卡车，但至少目前不具备这个能力，我们仍然要依靠化石燃料来推动可再生能源。

彻底抛弃石油和天然气是不可能的，但一些引领第四次工业革命的技术正处于不断地研发当中，可以帮助我们努力减少一些能源消耗。例如3D打印机技术。在一些传统行业，文件或产品仍将按需打印，这种技术能够减少纸张和能源消耗。瑞典金融服务集团Nordea的挪威分析师Thina Margrethe Saltvedt认为，3D打印机和电动汽车可以帮助减少石油消耗。另外人们还可以考虑通过互联网进行远程办公，越来越多的人在家工作，就意味着大量的碳排放有希望减少。

第四次工业革命带来的有利之处的确很多，而且仍处于上升趋势，但有时也会被看作是一种挑战，尤其是自动化的大趋势将造成工人对于下岗引发的恐慌。

在崇尚清洁能源和环保的新世界里，能源行业将如何表现，答案始终非常模糊，也相当令人期待。在遥远的未来，只有当人们不再笃定地认为只有汽油和天然气能够做燃料的时候，这个问题也许才会变得明朗起来。然而，目前用到石油和天然气的地方还有很多，包括能源的生产。乐观来看，这也激发了清洁能源和生物降解材料的创新工作，并将持续激励着科研人员欢迎由石油驱动下的第四次工业革命的到来。

（摘自中国石油报第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

张子为（1988-），助理工程师，本科，现从事天然气生产及科研工作，邮箱：zhzw2_cq@petrochina.com.cn。