張庚，庹維志

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基于氣藏工程方法的頁(yè)巖F區(qū)儲(chǔ)量計(jì)算與評(píng)價(jià)

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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶 163318； 2. 中國(guó)石油塔里木油田油氣工程研究院，新疆庫(kù)爾勒841000）

分別運(yùn)用體積法和地質(zhì)建模法對(duì)頁(yè)巖F區(qū)吸附氣地質(zhì)儲(chǔ)量和游離氣地質(zhì)儲(chǔ)量進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而求得總地質(zhì)儲(chǔ)量，然后分別運(yùn)用類(lèi)比法和公式法對(duì)頁(yè)巖F區(qū)采收率進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而求得該區(qū)可采儲(chǔ)量，最后根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)頁(yè)巖F區(qū)儲(chǔ)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：頁(yè)巖F區(qū)地質(zhì)儲(chǔ)量約為235.867億m3，采收率約為40.73%，可采儲(chǔ)量約為96.067億m3，為低孔特低滲高有機(jī)碳含量中深層低豐度中型頁(yè)巖氣田，所得結(jié)論對(duì)該區(qū)的認(rèn)識(shí)和開(kāi)發(fā)具有重要意義。

頁(yè)巖氣；地質(zhì)儲(chǔ)量；采收率；可采儲(chǔ)量；儲(chǔ)量評(píng)價(jià)

從全球范圍來(lái)看，頁(yè)巖氣資源具有廣闊的發(fā)展前景，在目前國(guó)際能源供需矛盾日益突出的情況下，頁(yè)巖氣資源越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家和學(xué)者的矚目。在全球范圍內(nèi)頁(yè)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(jì)，目前國(guó)內(nèi)和國(guó)外已有的油氣儲(chǔ)量計(jì)算和評(píng)價(jià)方法多達(dá)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(duì)自己的需要而選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ā?/p>

頁(yè)巖氣在儲(chǔ)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(yè)巖氣總地質(zhì)儲(chǔ)量既為游離氣、吸附氣和溶解氣三者地質(zhì)儲(chǔ)量之和，當(dāng)頁(yè)巖層段中不含原油時(shí)，溶解氣地質(zhì)儲(chǔ)量為零。

1 頁(yè)巖F區(qū)基本概況

本文研究區(qū)塊為頁(yè)巖F區(qū)，該區(qū)塊總體為我國(guó)南方丘陵山地，受到來(lái)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(biāo)區(qū)塊在圖中用紅色線(xiàn)條標(biāo)出，該區(qū)塊地形圖如圖1所示，拐點(diǎn)坐標(biāo)如表1所示。

2 頁(yè)巖F區(qū)地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算

根據(jù)《頁(yè)巖氣資源儲(chǔ)量計(jì)算與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》以及頁(yè)巖F區(qū)實(shí)際情況[4]，本文采用體積法和地質(zhì)建模法對(duì)頁(yè)巖F區(qū)儲(chǔ)量進(jìn)行計(jì)算。頁(yè)巖F區(qū)頁(yè)巖氣以吸附氣、游離氣兩種狀態(tài)賦存于頁(yè)巖層段中，頁(yè)巖氣總地質(zhì)儲(chǔ)量即為吸附氣地質(zhì)儲(chǔ)量與游離氣地質(zhì)儲(chǔ)量之和。根據(jù)該區(qū)塊基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量進(jìn)行計(jì)算。

圖1 頁(yè)巖F區(qū)地形圖

表1 頁(yè)巖F區(qū)拐點(diǎn)坐標(biāo)

2.1 體積法

體積法是頁(yè)巖氣資源量評(píng)估最常用的一種方法，其精度取決于對(duì)氣藏地質(zhì)條件和儲(chǔ)層條件的認(rèn)識(shí)。頁(yè)巖F區(qū)地質(zhì)儲(chǔ)量主要包括吸附氣和游離氣兩部分[5]。

（1）吸附氣地質(zhì)儲(chǔ)量

吸附氣是指吸附在頁(yè)巖層段的有機(jī)質(zhì)表面和泥頁(yè)巖表面的氣體，其儲(chǔ)量計(jì)算公式如下：

x=0.01gyx（1）

式中：x—吸附氣地質(zhì)儲(chǔ)量，108m3；

g—頁(yè)巖氣含氣面積，km2；

—頁(yè)巖氣有效厚度，m；

y—頁(yè)巖層段質(zhì)量密度，t/m3；

x—頁(yè)巖吸附氣含量，m3/t。

根據(jù)區(qū)塊拐點(diǎn)坐標(biāo)，如表1所示，計(jì)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(jì)算求得吸附氣和游離氣地質(zhì)儲(chǔ)量所需參數(shù)如表2所示。

表2 地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算所需參數(shù)

帶入數(shù)據(jù)至（1）式，計(jì)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(chǔ)量

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

y=0.01gyy（2）

式中：y—游離氣地質(zhì)儲(chǔ)量，108m3；

g—頁(yè)巖含氣面積，km2；

—頁(yè)巖有效厚度，m；

y—頁(yè)巖質(zhì)量密度，t/m3；

y—頁(yè)巖吸附氣含量，m3/t。

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

（3）頁(yè)巖氣總地質(zhì)儲(chǔ)量

總地質(zhì)儲(chǔ)量為吸附氣與游離氣之和，其表達(dá)式為：

z=x+y（3）

式中：z—頁(yè)巖氣總地質(zhì)儲(chǔ)量，108m3；

x—吸附氣地質(zhì)儲(chǔ)量，108m3；

y—游離氣地質(zhì)儲(chǔ)量，108m3。

將x和y帶入（3）式計(jì)算求得頁(yè)巖氣總地質(zhì)儲(chǔ)量z=234.381×108m3。

2.2 地質(zhì)建模法

地質(zhì)建模法采用單元?jiǎng)澐址ㄓ?jì)算地質(zhì)儲(chǔ)量，根據(jù)頁(yè)巖氣藏的儲(chǔ)集空間和儲(chǔ)集體的發(fā)育特點(diǎn)，將儲(chǔ)集體系劃分為儲(chǔ)量計(jì)算單元,并對(duì)每一個(gè)計(jì)算單元分別計(jì)算地質(zhì)儲(chǔ)量。

式中：z—頁(yè)巖氣總地質(zhì)儲(chǔ)量，108m3；

xi—每個(gè)網(wǎng)格頁(yè)巖吸附氣含氣量，m3/t；

xi—每個(gè)網(wǎng)格頁(yè)巖游離氣含氣量，m3/t；

—每個(gè)網(wǎng)格的頁(yè)巖體積，m3；

—每個(gè)網(wǎng)格頁(yè)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(yè)巖體積模型、巖石密度模型）計(jì)算頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量，模擬計(jì)算得到吸附氣地質(zhì)儲(chǔ)量為 137.772 ×108m3，游離氣地質(zhì)儲(chǔ)量為 99.581×108m3，總地質(zhì)儲(chǔ)量為237.353×108m3。體積法和PETREL建模法計(jì)算的儲(chǔ)量對(duì)比結(jié)果如表3所示。

由表3對(duì)比結(jié)果可知，體積法和PETREL建模法計(jì)算的地質(zhì)儲(chǔ)量絕對(duì)誤差僅為1.23%，說(shuō)明兩種方法計(jì)算的地質(zhì)儲(chǔ)量準(zhǔn)確可靠，均可代表頁(yè)巖F區(qū)的實(shí)際地質(zhì)儲(chǔ)量，本文取兩者的平均值作為頁(yè)巖F區(qū)地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果，即頁(yè)巖F區(qū)地質(zhì)儲(chǔ)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(jì)算地質(zhì)儲(chǔ)量對(duì)比

3 頁(yè)巖F區(qū)可采儲(chǔ)量計(jì)算

頁(yè)巖氣可采儲(chǔ)量是指在目前工藝和經(jīng)濟(jì)條件下，能從儲(chǔ)氣層中采出的氣量。本文先采用類(lèi)比法和公式法計(jì)算頁(yè)巖氣采收率，然后再計(jì)算可采儲(chǔ)量。

3.1 采收率計(jì)算

（1）類(lèi)比法

類(lèi)比法是一種既簡(jiǎn)單又方便的采收率預(yù)測(cè)方法，它是通過(guò)把目標(biāo)區(qū)塊和目標(biāo)區(qū)塊地質(zhì)條件相似的區(qū)塊進(jìn)行比較，從而得到該區(qū)塊頁(yè)巖氣采收率的一種方法[6]。

通過(guò)查詢(xún)相關(guān)資料可知，頁(yè)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(yè)巖，泥頁(yè)巖厚度約為87 m。平均孔隙度為4.87%，儲(chǔ)集空間以微孔隙、納米級(jí)孔隙為主，泥頁(yè)巖微層理面、層間縫發(fā)育；該氣藏特點(diǎn)諸如深度、厚度、孔隙度、有機(jī)碳含量、滲透率、初始水平井產(chǎn)量等均與美國(guó)Barnett氣藏接近，見(jiàn)表4。Barnett頁(yè)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(jìn)步，目前采收率已達(dá)到16%，預(yù)計(jì)最終可達(dá)到30%左右?？紤]到頁(yè)巖F區(qū)的干酪根類(lèi)型較Barnett氣田干酪根類(lèi)型生油潛力大，樂(lè)觀(guān)估計(jì)，頁(yè)巖F區(qū)采收率可達(dá)35%左右。

表4 頁(yè)巖F區(qū)與Barnett氣田參數(shù)對(duì)比表

（2）公式法

a）吸附氣采收率計(jì)算

利用等溫吸附曲線(xiàn)與頁(yè)巖氣臨界解析壓力的關(guān)系，估算頁(yè)巖氣臨界解析壓力，然后結(jié)合頁(yè)巖氣井的枯竭壓力，估算頁(yè)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(shí)測(cè)頁(yè)巖含氣量，m3/t；

a—頁(yè)巖氣廢棄壓力，MPa

Ra—吸附氣采收率，%。

根據(jù)頁(yè)巖F區(qū)Langmuir等溫吸附曲線(xiàn)求得計(jì)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(jì)算所需參數(shù)

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

b）游離氣采收率計(jì)算

根據(jù)陳元千在《中國(guó)<頁(yè)巖氣資源/儲(chǔ)量計(jì)算與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范>計(jì)算方法存在的問(wèn)題與建議》一文中的闡述[7]，游離氣采收率的計(jì)算公式如下：

Rf=1-[aa]/[ii] （8）

式中：a—頁(yè)巖氣廢棄壓力，MPa；

a—a下頁(yè)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(yè)巖氣藏原始?xì)怏w偏差系數(shù)，1；

Rf——游離氣采收率，%。

用天然氣壓縮因子計(jì)算軟件算得：a= 0.911 4，i=1.039 3；同時(shí)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(jì)算求得游離氣采收率Rf=76.99%。

c）綜合采收率計(jì)算

頁(yè)巖氣綜合采收率按下式計(jì)算：

R=（x×Ra+y×Rf）/z（9）

根據(jù)公式（9）計(jì)算求得頁(yè)巖F區(qū)綜合采收率為R=46.46%

對(duì)比類(lèi)比法和公式法看出，兩種采收率預(yù)測(cè)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(shí)頁(yè)巖氣田在開(kāi)發(fā)過(guò)程中具有復(fù)雜性和風(fēng)險(xiǎn)性，為了平衡各種因素的影響，我們?nèi)烧叩钠骄底鳛轫?yè)巖F區(qū)采收率預(yù)測(cè)值，即頁(yè)巖F區(qū)采收率約為40.73%。

3.2 可采儲(chǔ)量計(jì)算

可采儲(chǔ)量可按下式進(jìn)行計(jì)算：

R＝z×R（10）

式中：R—頁(yè)巖氣可采儲(chǔ)量，108m3；

z—頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量，108m3；

R—頁(yè)巖氣采收率，%。

頁(yè)巖F區(qū)的地質(zhì)儲(chǔ)量約為235.867×108m3，采收率約為40.73%，根據(jù)公式（9）計(jì)算得到可采儲(chǔ)量約為 96.067億m3。

4 頁(yè)巖F區(qū)儲(chǔ)量評(píng)價(jià)

根據(jù)中華人民共和國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DZ/T0254-2014中的《頁(yè)巖氣資源/儲(chǔ)量計(jì)算與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》對(duì)頁(yè)巖F區(qū)的資源/儲(chǔ)量規(guī)模和品位等進(jìn)行評(píng)價(jià)[4]，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 頁(yè)巖F區(qū)儲(chǔ)量評(píng)價(jià)結(jié)果

由上表評(píng)價(jià)結(jié)果可知，頁(yè)巖F區(qū)為低孔特低滲高有機(jī)碳含量中深層低豐度中型頁(yè)巖氣田。

5 結(jié)論

（1）利用體積法和地質(zhì)建模法對(duì)頁(yè)巖F區(qū)地質(zhì)儲(chǔ)量進(jìn)行計(jì)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(lèi)比法和公式法對(duì)頁(yè)巖F區(qū)采收率進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)采收率約為40.73%，進(jìn)而求得可采儲(chǔ)量約為96.067億m3。

（3）根據(jù)《頁(yè)巖氣資源/儲(chǔ)量計(jì)算與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》對(duì)頁(yè)巖F區(qū)儲(chǔ)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定該區(qū)為低孔特低滲高有機(jī)碳含量中深層低豐度中型頁(yè)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(shì)預(yù)測(cè)[J]．石油勘探與開(kāi)發(fā)，2015，42(1)：19-21．

［2］ 谷寧，朱學(xué)謙，邢麗雯．非常規(guī)氣儲(chǔ)量計(jì)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(yè)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(jìn)展，2010，25 (6)：597-599．

［4］ DZ/T0254-2014．頁(yè)巖氣資源/儲(chǔ)量計(jì)算與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范[S]．中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014：5-6+18-20．

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

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

［7］ 陳元千，周翠．中國(guó)《頁(yè)巖氣資源/儲(chǔ)量計(jì)算與評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》計(jì)算方法存在的問(wèn)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(kāi)發(fā)工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：提高采收率原理與技術(shù)。E-mail：dqzhanggeng@126.com。