張庚，庹維志

?

基于氣藏工程方法的頁巖F區(qū)儲量計算與評價

張庚1，庹維志2

（1.東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點實驗室，黑龍江大慶 163318； 2. 中國石油塔里木油田油氣工程研究院，新疆庫爾勒841000）

分別運用體積法和地質(zhì)建模法對頁巖F區(qū)吸附氣地質(zhì)儲量和游離氣地質(zhì)儲量進行計算，進而求得總地質(zhì)儲量，然后分別運用類比法和公式法對頁巖F區(qū)采收率進行預(yù)測，進而求得該區(qū)可采儲量，最后根據(jù)行業(yè)標準對頁巖F區(qū)儲量進行評價。結(jié)果表明：頁巖F區(qū)地質(zhì)儲量約為235.867億m3，采收率約為40.73%，可采儲量約為96.067億m3，為低孔特低滲高有機碳含量中深層低豐度中型頁巖氣田，所得結(jié)論對該區(qū)的認識和開發(fā)具有重要意義。

頁巖氣；地質(zhì)儲量；采收率；可采儲量；儲量評價

從全球范圍來看，頁巖氣資源具有廣闊的發(fā)展前景，在目前國際能源供需矛盾日益突出的情況下，頁巖氣資源越來越受到國內(nèi)外專家和學(xué)者的矚目。在全球范圍內(nèi)頁巖氣可采資源量約為456.2×1012m3，基本相當(dāng)于煤層氣與致密氣資源量的總和[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)和國外已有的油氣儲量計算和評價方法多達近百種[2]，雖然方法較多，但每種方法都有其特定的適用條件，因此，需要針對自己的需要而選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ā?/p>

頁巖氣在儲層中通常以三種形式存在，吸附在基質(zhì)表面的吸附氣、基質(zhì)孔隙和裂縫孔隙中的游離氣及溶解在干酪根中的溶解氣[3]。頁巖氣總地質(zhì)儲量既為游離氣、吸附氣和溶解氣三者地質(zhì)儲量之和，當(dāng)頁巖層段中不含原油時，溶解氣地質(zhì)儲量為零。

1 頁巖F區(qū)基本概況

本文研究區(qū)塊為頁巖F區(qū)，該區(qū)塊總體為我國南方丘陵山地，受到來自北西方向的擠壓應(yīng)力作用，以正向構(gòu)造為主，各背斜帶之間以寬緩的向斜帶為界。海拔最低為250 m，最高為675 m，多在400～600 m之間，目標區(qū)塊在圖中用紅色線條標出，該區(qū)塊地形圖如圖1所示，拐點坐標如表1所示。

2 頁巖F區(qū)地質(zhì)儲量計算

根據(jù)《頁巖氣資源儲量計算與評價技術(shù)規(guī)范》以及頁巖F區(qū)實際情況[4]，本文采用體積法和地質(zhì)建模法對頁巖F區(qū)儲量進行計算。頁巖F區(qū)頁巖氣以吸附氣、游離氣兩種狀態(tài)賦存于頁巖層段中，頁巖氣總地質(zhì)儲量即為吸附氣地質(zhì)儲量與游離氣地質(zhì)儲量之和。根據(jù)該區(qū)塊基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對頁巖氣地質(zhì)儲量進行計算。

圖1 頁巖F區(qū)地形圖

表1 頁巖F區(qū)拐點坐標

2.1 體積法

體積法是頁巖氣資源量評估最常用的一種方法，其精度取決于對氣藏地質(zhì)條件和儲層條件的認識。頁巖F區(qū)地質(zhì)儲量主要包括吸附氣和游離氣兩部分[5]。

（1）吸附氣地質(zhì)儲量

吸附氣是指吸附在頁巖層段的有機質(zhì)表面和泥頁巖表面的氣體，其儲量計算公式如下：

x=0.01gyx（1）

式中：x—吸附氣地質(zhì)儲量，108m3；

g—頁巖氣含氣面積，km2；

—頁巖氣有效厚度，m；

y—頁巖層段質(zhì)量密度，t/m3；

x—頁巖吸附氣含量，m3/t。

根據(jù)區(qū)塊拐點坐標，如表1所示，計算該區(qū)塊面積為g=41.5 km2。

根據(jù)區(qū)塊基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計算求得吸附氣和游離氣地質(zhì)儲量所需參數(shù)如表2所示。

表2 地質(zhì)儲量計算所需參數(shù)

帶入數(shù)據(jù)至（1）式，計算求得該區(qū)塊吸附氣地質(zhì)含量為x=135.889×108m3。

（2）游離氣地質(zhì)儲量

游離氣是指儲存在頁巖基質(zhì)孔隙中和夾層孔隙中的氣體，其儲量計算公式如下：

y=0.01gyy（2）

式中：y—游離氣地質(zhì)儲量，108m3；

g—頁巖含氣面積，km2；

—頁巖有效厚度，m；

y—頁巖質(zhì)量密度，t/m3；

y—頁巖吸附氣含量，m3/t。

將表2數(shù)據(jù)帶入公式（2），計算求得該區(qū)塊游離氣地質(zhì)含量為y=98.492×108m3。

（3）頁巖氣總地質(zhì)儲量

總地質(zhì)儲量為吸附氣與游離氣之和，其表達式為：

z=x+y（3）

式中：z—頁巖氣總地質(zhì)儲量，108m3；

x—吸附氣地質(zhì)儲量，108m3；

y—游離氣地質(zhì)儲量，108m3。

將x和y帶入（3）式計算求得頁巖氣總地質(zhì)儲量z=234.381×108m3。

2.2 地質(zhì)建模法

地質(zhì)建模法采用單元劃分法計算地質(zhì)儲量，根據(jù)頁巖氣藏的儲集空間和儲集體的發(fā)育特點，將儲集體系劃分為儲量計算單元,并對每一個計算單元分別計算地質(zhì)儲量。

式中：z—頁巖氣總地質(zhì)儲量，108m3；

xi—每個網(wǎng)格頁巖吸附氣含氣量，m3/t；

xi—每個網(wǎng)格頁巖游離氣含氣量，m3/t；

—每個網(wǎng)格的頁巖體積，m3；

—每個網(wǎng)格頁巖巖石平均密度，t/m3；

—網(wǎng)格總數(shù)。

本文應(yīng)用PETREL軟件，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件中，建立了地質(zhì)模型，根據(jù)地質(zhì)模型（含氣豐度模型、頁巖體積模型、巖石密度模型）計算頁巖氣地質(zhì)儲量，模擬計算得到吸附氣地質(zhì)儲量為 137.772 ×108m3，游離氣地質(zhì)儲量為 99.581×108m3，總地質(zhì)儲量為237.353×108m3。體積法和PETREL建模法計算的儲量對比結(jié)果如表3所示。

由表3對比結(jié)果可知，體積法和PETREL建模法計算的地質(zhì)儲量絕對誤差僅為1.23%，說明兩種方法計算的地質(zhì)儲量準確可靠，均可代表頁巖F區(qū)的實際地質(zhì)儲量，本文取兩者的平均值作為頁巖F區(qū)地質(zhì)儲量計算結(jié)果，即頁巖F區(qū)地質(zhì)儲量約為235.867億m3，其中吸附氣含量約占58%，游離氣含量約占42%。

表3 不同方法計算地質(zhì)儲量對比

3 頁巖F區(qū)可采儲量計算

頁巖氣可采儲量是指在目前工藝和經(jīng)濟條件下，能從儲氣層中采出的氣量。本文先采用類比法和公式法計算頁巖氣采收率，然后再計算可采儲量。

3.1 采收率計算

（1）類比法

類比法是一種既簡單又方便的采收率預(yù)測方法，它是通過把目標區(qū)塊和目標區(qū)塊地質(zhì)條件相似的區(qū)塊進行比較，從而得到該區(qū)塊頁巖氣采收率的一種方法[6]。

通過查詢相關(guān)資料可知，頁巖F區(qū)為深水陸棚沉積，分布穩(wěn)定，巖性主要為含碳質(zhì)、粉砂質(zhì)泥頁巖，泥頁巖厚度約為87 m。平均孔隙度為4.87%，儲集空間以微孔隙、納米級孔隙為主，泥頁巖微層理面、層間縫發(fā)育；該氣藏特點諸如深度、厚度、孔隙度、有機碳含量、滲透率、初始水平井產(chǎn)量等均與美國Barnett氣藏接近，見表4。Barnett頁巖氣藏的采收率早期約為7%~8%，隨著水平井和壓裂技術(shù)的不斷進步，目前采收率已達到16%，預(yù)計最終可達到30%左右?？紤]到頁巖F區(qū)的干酪根類型較Barnett氣田干酪根類型生油潛力大，樂觀估計，頁巖F區(qū)采收率可達35%左右。

表4 頁巖F區(qū)與Barnett氣田參數(shù)對比表

（2）公式法

a）吸附氣采收率計算

利用等溫吸附曲線與頁巖氣臨界解析壓力的關(guān)系，估算頁巖氣臨界解析壓力，然后結(jié)合頁巖氣井的枯竭壓力，估算頁巖F區(qū)吸附氣采收率，其公式為：

L/（+L） （5）

臨界解析壓力：

c=mL（L-m） （6）

理論最大采收率為：

Ra=1-a（L+c）c（L+a）（7）

式中：L—蘭氏體積，m3/t；

L—蘭氏壓力，MPa。

c—臨界解吸壓力，MPa；

m—實測頁巖含氣量，m3/t；

a—頁巖氣廢棄壓力，MPa

Ra—吸附氣采收率，%。

根據(jù)頁巖F區(qū)Langmuir等溫吸附曲線求得計算吸附氣采收率所需參數(shù)如表5所示。

表5 吸附氣采收率計算所需參數(shù)

將表2數(shù)據(jù)帶入公式（7），計算求得吸附氣采收率Ra=24.36%

b）游離氣采收率計算

根據(jù)陳元千在《中國<頁巖氣資源/儲量計算與評價技術(shù)規(guī)范>計算方法存在的問題與建議》一文中的闡述[7]，游離氣采收率的計算公式如下：

Rf=1-[aa]/[ii] （8）

式中：a—頁巖氣廢棄壓力，MPa；

a—a下頁巖氣藏裂縫系統(tǒng)中游離氣的氣體偏差系數(shù)，1；

i—原始地層壓力，MPa；

i—i下頁巖氣藏原始氣體偏差系數(shù)，1；

Rf——游離氣采收率，%。

用天然氣壓縮因子計算軟件算得：a= 0.911 4，i=1.039 3；同時根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)算得a=6.96 MPa，i=34.5 MPa。將以上數(shù)據(jù)帶入公式（8）計算求得游離氣采收率Rf=76.99%。

c）綜合采收率計算

頁巖氣綜合采收率按下式計算：

R=（x×Ra+y×Rf）/z（9）

根據(jù)公式（9）計算求得頁巖F區(qū)綜合采收率為R=46.46%

對比類比法和公式法看出，兩種采收率預(yù)測結(jié)果相近，但也有一定差距，產(chǎn)生這種差距的原因是每種方法都有它的局限性和特殊性，同時頁巖氣田在開發(fā)過程中具有復(fù)雜性和風(fēng)險性，為了平衡各種因素的影響，我們?nèi)烧叩钠骄底鳛轫搸rF區(qū)采收率預(yù)測值，即頁巖F區(qū)采收率約為40.73%。

3.2 可采儲量計算

可采儲量可按下式進行計算：

R＝z×R（10）

式中：R—頁巖氣可采儲量，108m3；

z—頁巖氣地質(zhì)儲量，108m3；

R—頁巖氣采收率，%。

頁巖F區(qū)的地質(zhì)儲量約為235.867×108m3，采收率約為40.73%，根據(jù)公式（9）計算得到可采儲量約為 96.067億m3。

4 頁巖F區(qū)儲量評價

根據(jù)中華人民共和國地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標準 DZ/T0254-2014中的《頁巖氣資源/儲量計算與評價技術(shù)規(guī)范》對頁巖F區(qū)的資源/儲量規(guī)模和品位等進行評價[4]，結(jié)果見表6。

表6 頁巖F區(qū)儲量評價結(jié)果

由上表評價結(jié)果可知，頁巖F區(qū)為低孔特低滲高有機碳含量中深層低豐度中型頁巖氣田。

5 結(jié)論

（1）利用體積法和地質(zhì)建模法對頁巖F區(qū)地質(zhì)儲量進行計算，結(jié)果約為235.867億m3，其中吸附氣含量約占58%，游離氣含量約占42%。

（2）利用類比法和公式法對頁巖F區(qū)采收率進行預(yù)測，預(yù)測采收率約為40.73%，進而求得可采儲量約為96.067億m3。

（3）根據(jù)《頁巖氣資源/儲量計算與評價技術(shù)規(guī)范》對頁巖F區(qū)儲量進行評價，確定該區(qū)為低孔特低滲高有機碳含量中深層低豐度中型頁巖氣田。

［1］ 鄒才能，翟光明，張光亞，等．全球常規(guī)-非常規(guī)油氣形成分布、資源潛力及趨勢預(yù)測[J]．石油勘探與開發(fā)，2015，42(1)：19-21．

［2］ 谷寧，朱學(xué)謙，邢麗雯．非常規(guī)氣儲量計算方法分析[J]．天然氣與石油，2014，32 (6)：45-48．

［3］ 張雪芬，陸現(xiàn)彩，張林曄，等．頁巖氣的賦存形式研究及其石油地質(zhì)意義[J]．地球科學(xué)進展，2010，25 (6)：597-599．

［4］ DZ/T0254-2014．頁巖氣資源/儲量計算與評價技術(shù)規(guī)范[S]．中國標準出版社，2014：5-6+18-20．

［5］ 席境陽，周曉玲．適用于頁巖氣藏儲量的幾種計算方法[J]．重慶科技學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012，14 (4)：5-7，

［6］ 杜殿發(fā)，付金剛，周志海，等．頁巖氣藏采收率計算方法探討[J]．特種油氣藏，2015，22(5)：74-76．

［7］ 陳元千，周翠．中國《頁巖氣資源/儲量計算與評價技術(shù)規(guī)范》計算方法存在的問題與建議[J]．油氣地質(zhì)與采收率，2015，22 (1)：2-3．

Calculation and Evaluation of Shale Zone F Reserves Based on Gas Reservoir Engineering Method

1，2

（1. Northeast Petroleum University EOR Key Laboratory of Ministry of Education, Heilongjiang Daqing 163318，China； 2. PetroChina Tarim Oilfield Oil and Gas Engineering Research Institute，Xinjiang Korla 834000，China）

The adsorbed gas geological reserves and the free gas geological reserves of shale zone F were calculated by using volume method and geological modeling method, respectively.And then total geological reserves were calculated. Afterwards, the recovery of shale zone F was predicted by using analogy method and formula method, respectively. And then the recoverable reserves were calculated. Finally, the reserves of shale zone F were evaluated according to the industry standard. The results show that the geological reserves of shale zone F is about 23.5867 billion cubic meters, recovery is about 40.73%, recoverable reserves is about 9.6067 billion cubic meters. This zone is a low porosity, ultra-low permeability, high content of organic carbon,medium-deep, low abundance and medium-sized shale gas field. The conclusion is of great significance to realization and development of this zone.

shale gas; geological reserves; recovery; recoverable reserves; reserves evaluation

TE 377

A

1671-0460（2016）07-1589-04

2016-02-29

張庚（1989-），男，黑龍江省雞西市人，在讀碩士研究生，現(xiàn)就讀于東北石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，研究方向：提高采收率原理與技術(shù)。E-mail：dqzhanggeng@126.com。