概率法在油氣儲量計算中的應(yīng)用

摘 要

摘要：油氣儲量計算是規(guī)劃部署開發(fā)策略、制訂開發(fā)方案的基礎(chǔ)。目前常用的計算方法有容積法、類比法和物質(zhì)平衡法等，其中容積法適用性較好，包括確定法和概率法兩種數(shù)值計算方法。
摘要：油氣儲量計算是規(guī)劃部署開發(fā)策略、制訂開發(fā)方案的基礎(chǔ)。目前常用的計算方法有容積法、類比法和物質(zhì)平衡法等，其中容積法適用性較好，包括確定法和概率法兩種數(shù)值計算方法。首先對比分析了確定法和概率法兩種方法的計算原理，然后采用容積法的計算公式，分別運用確定法和概率法計算地質(zhì)儲量并對兩種方法進行應(yīng)用實例分析。對比分析和計算結(jié)果表明：確定法在計算過程中對各物性參數(shù)采用算術(shù)平均值，而概率法首先確定各計算參數(shù)的概率分布規(guī)律與變量變化的整體范圍，然后采用蒙特卡羅方法多次迭代得到不同概率下的儲量值；與確定法相比較，概率法可提供一組基于不同風(fēng)險值的儲量值，從而能更好地評估儲量風(fēng)險，為投資決策者提供更可靠的參考依據(jù)。
關(guān)鍵詞：油氣勘探；油氣開發(fā)；地質(zhì)儲量；參數(shù)；概率法；確定法；容積法；應(yīng)用
0 引言
油氣藏地質(zhì)儲量(OOIP)是油氣藏勘探和開發(fā)各個階段的核心指標(biāo)，是制訂科學(xué)、合理的開發(fā)方案，指導(dǎo)油氣田勘探、開發(fā)工作，確定開發(fā)投資規(guī)模的重要依據(jù)[1]。目前常用的油氣儲量計算方法有容積法、類比法和物質(zhì)平衡法等[2]。其中類比法只用于鉆探前的遠景儲量估算，不能作為上報國家儲量委員會的儲量值；物質(zhì)平衡法是在油氣藏開采一段時間之后由采油工程師根據(jù)壓降、采油曲線等作出評價；而容積法是計算油氣地質(zhì)儲量的主要方法，適用于不同勘探開發(fā)階段、不同的圈閉類型、不同的儲集類型和驅(qū)動方式[3]。對于油藏評價階段，由于缺少長時間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，因此物質(zhì)平衡方法等對生產(chǎn)數(shù)據(jù)要求較高的方法并不適用，而容積法則不同，它采用油氣藏靜態(tài)資料對儲量進行評估，因此適用性較好。
從數(shù)值計算中參數(shù)取值的角度來看，容積法儲量計算包括確定法和概率法。確定法中各計算參數(shù)取值為各參數(shù)的算術(shù)平均值；概率法是一種風(fēng)險分析方法。石油工程師協(xié)會和美國證券交易委員會(SPE/WPC)儲量定義認為，“當(dāng)采用已知的地質(zhì)、工程和經(jīng)濟數(shù)據(jù)時產(chǎn)生的一系列估算范疇及與它們相關(guān)的可能性，這種方法叫做概率法”[4]。自從1997年SPE/WPC的儲量定義承認概率法以來，概率法被Mobiln、USGS等國際機構(gòu)和公司廣泛采用[5]。
1 容積法儲量計算
    容積法計算油氣地質(zhì)儲量首先通過對油氣藏儲層有效厚度、孔隙度、含水飽和度以及儲層在平面上展布確定含油氣面積，并結(jié)合油氣藏壓力、溫度條件下和地面條件下的孔隙流體性質(zhì)，計算油氣地質(zhì)儲量。其數(shù)學(xué)公式如下：
    OOIP=100×AHφ(1-Swi)ρo/Boi    (1)
式中：OOIP為原始地質(zhì)儲量，107kg；A為含油氣面積，103m2；h為平均有效厚度，m；φ為平均孔隙度，%；ρo為地面原油密度，103kg/m3；Boi為平均地層原油體積系數(shù)，無因次；Swi為平均原始含水飽和度，%。
    含油氣面積是油氣藏已知含油氣邊界范圍確定的面積；含油氣邊界是由已知流體界面(油水界面、氣油界面)圈定，通常利用儲層頂面構(gòu)造圖及所編制的有效儲層等厚圖相結(jié)合共同確定。
    儲集層的有效厚度是以大量的單井分析資料為基礎(chǔ)，首先確定油氣藏中每一口井的有效儲層厚度，然后利用每口井的有效儲層厚度勾畫出整個油氣藏的有效儲層等厚圖，計算整個油氣藏的有效儲層平均厚度。
    平均孔隙度和平均原始含水飽和度是地層孔隙結(jié)構(gòu)和地層流體的屬性。平均孔隙度是巖石的總孔隙體積與巖石總體積比值的平均值；平均原始含水飽和度是儲層巖石孔隙中水的體積與孔隙體積比值的平均值，二者均可以從測井解釋和巖心實驗獲得。平均地層原油體積系數(shù)是原油在地下體積與其在地面脫氣后體積之比；地面原油密度是脫氣原油在地面條件下的密度值，二者均可以通過實驗測定。
2 概率法儲量計算
    確定法被認為是最基本的儲量評估方法，也是目前國內(nèi)廣泛采用的一種計算方法。確定法計算過程中，各計算參數(shù)如儲集層的有效厚度、孔隙度和原始含水飽和度等均采用算術(shù)平均值，然而用于儲量計算的參數(shù)往往具有很大不不確定性，確定法不能對地質(zhì)儲量的不確定性進行評估[4]。
    概率法是基于對儲量參數(shù)值范圍的認識和評估，從而計算出對應(yīng)的油氣地質(zhì)儲量。該方法的基本步驟是，首先根據(jù)現(xiàn)有資料，計算出各個變量的概率分布函數(shù)，這些概率分布函數(shù)可以反映出參數(shù)的整個范圍，包括最小值、最大值、期望值或概率分布類型；然后通過蒙特卡羅模擬迭代出儲量的累積概率分布曲線，并求出低值(P90)、中值(P50)、高值(P10)和期望值(EV)，不同級別的儲量與不同的概率值相對應(yīng)[4]，即
   
式中：P為概率分布值；V為參數(shù)值；i為某一參數(shù)序號；n為樣品總數(shù)。
    運用概率法計算地質(zhì)儲量時，采用概率分布函數(shù)量化參數(shù)的不確定性，運用蒙特卡羅模擬抽取模型內(nèi)的每個輸入的概率分布，得到多次迭代的迭代值，從而模型輸出值的分布反映了某個儲量值的概率，從而對地質(zhì)儲量的不確定性進行評估Ⅲ。
    累積概率為90%(P90)對應(yīng)的儲量值為證實儲量(proved reserves)；累積概率為50%(P50)對應(yīng)的儲量值為概算儲量或基準(zhǔn)儲量(probable reserves)；累積概率為10%(P10)對應(yīng)的儲量值為可能儲量(possible reserves)[5～6]。
3 應(yīng)用實例
    該實例為我國西部某氣田實際數(shù)據(jù)。由地球物理測井解釋和巖心、流體取樣實驗得到已鉆評價井的靜態(tài)數(shù)據(jù)，包括儲層厚度，凈毛比(NTG)、儲層孔隙度、含水飽和度、氣體體積系數(shù)等，采用容積法儲量計算公式和Crystall ball[5]蒙特卡羅模擬方法計算氣藏地質(zhì)儲量。
如圖1所示，首先分析各計算參數(shù)的已有數(shù)據(jù)概率分布特征；然后運行蒙特卡羅模擬器，運用容積法計算公式，采用多次迭代方法(5000次)對地質(zhì)儲量的不確定性進行評價，可得到可能地質(zhì)儲量的概率和累積概率分布圖(圖2)，一般取累積概率為50%(P50)對應(yīng)的地質(zhì)儲量作為基準(zhǔn)地質(zhì)儲量(base value)，在本例中基準(zhǔn)地質(zhì)儲量為337.43×108m3，與確定法計算結(jié)果(347.29×108m3)相比，二者誤差較小，但概率法可以提供對應(yīng)于不同累積概率的地質(zhì)儲量值(表1)。
 
表1 不同累積概率值對應(yīng)的地質(zhì)儲量表
累積概率值(%)
地質(zhì)儲量(104m3)
累積概率值(%)
地質(zhì)儲量(104m3)
100
1.66
40
372.94
90
164.17
30
420.30
80
215.76
20
478.49
70
263.44
10
577.04
60
299.47
0
1627.82
50
337.43
 
 
4 結(jié)論
    概率法計算地質(zhì)儲量原理是根據(jù)各參數(shù)已有數(shù)據(jù)的概率分布規(guī)律量化參數(shù)的不確定性，采用多次迭代的方法，求取不同地質(zhì)儲量的分布概率，得到對應(yīng)于不同累積概率的地質(zhì)儲量值，累積概率為90%(P90)對應(yīng)的儲量值為證實儲量；累積概率為50%(P50)對應(yīng)的儲量值為概算儲量或基準(zhǔn)儲量；累積概率為10%(P10)對應(yīng)的儲量值為可能儲量。應(yīng)用實例表明，相對比于確定法，概率法可對不同儲量值的風(fēng)險進行量化，提供對應(yīng)于不同累積概率的地質(zhì)儲量值，為開發(fā)投資提供充分的決策參考依據(jù)[4，7～8]。
參考文獻
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[8] 陳元千.預(yù)測油氣資源Pareto模型的建立、修正與應(yīng)用[J].勘探技術(shù)，2008(4)：43-49.
 
(本文作者：賈成業(yè)1 賈愛林1 鄧懷群2 何東博1 孟德偉1 陳濤濤1 1.中國石油勘探開發(fā)研究院；2.中國石油對外合作經(jīng)理部)