應(yīng)用生命旋回理論預(yù)測(cè)四川盆地常規(guī)天然氣探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)趨勢(shì)

戰(zhàn)薇蕓, 易海永, 吳雪峰, 宋榮彩, 王彥力, 王 眾

(1. 中國(guó)石油西南油氣田公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院,成都 610041;2.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，成都 610059；3.數(shù)學(xué)地質(zhì)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué))，成都 610059)

四川盆地是世界上最早發(fā)現(xiàn)和利用天然氣的地區(qū)，也是中國(guó)現(xiàn)代天然氣工業(yè)的起源地，天然氣產(chǎn)量曾在中國(guó)“領(lǐng)跑”半個(gè)多世紀(jì)。根據(jù)國(guó)家提出的新發(fā)展理念，天然氣作為化石能源中最清潔的能源，在國(guó)內(nèi)消費(fèi)市場(chǎng)仍有較大需求，天然氣勘探開(kāi)發(fā)力度將持續(xù)加大，四川省也提出了建設(shè)中國(guó)“天然氣大慶”的目標(biāo)，到2035年，有望建成中國(guó)第一個(gè)千億級(jí)天然氣生產(chǎn)基地，四川盆地將迎來(lái)天然氣發(fā)展的黃金時(shí)期[1]。

根據(jù)國(guó)土資源部組織的“十三五”油氣資源評(píng)價(jià)，四川盆地天然氣資源量居全國(guó)首位，探明率僅15%，與國(guó)外成熟盆地30%～60%的探明率相比，勘探仍處于早中期，是中國(guó)天然氣勘探開(kāi)發(fā)最具潛力的盆地?！笆晃濉币詠?lái)，四川盆地天然氣儲(chǔ)量、產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)，目前已進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期[2-3]。

根據(jù)四川盆地含油氣地質(zhì)特征和勘探發(fā)現(xiàn)規(guī)律，選取適合的數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)未來(lái)天然氣探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)趨勢(shì)，對(duì)制定油氣戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃具有重要意義。

1 四川盆地勘探概況

1.1 含油氣基本地質(zhì)特征

四川盆地位于上揚(yáng)子地臺(tái)西緣，是在海相克拉通和陸相前陸盆地基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的大型疊合盆地，也是中國(guó)大型含油氣盆地之一。四川盆地沉積蓋層厚度達(dá)6～12 km，以震旦系-中三疊統(tǒng)海相碳酸鹽沉積為主(厚4～7 km)。6套烴源層(海相4套，陸相2套)廣覆式分布，具一定規(guī)模的孔隙型儲(chǔ)層大面積發(fā)育，匹配良好的區(qū)域性蓋層，形成了11套成藏組合，已發(fā)現(xiàn)29套工業(yè)油氣產(chǎn)層，具有縱向上可供勘探層系多、平面上滿盆含氣的特征[4-5]。

1.2 勘探發(fā)現(xiàn)歷程

四川盆地大規(guī)模油氣勘探始于1953年，至今經(jīng)歷了以下4個(gè)階段(圖1)：

第一階段(1953-1977年)，早期地面構(gòu)造、裂縫氣藏勘探階段

該時(shí)期為四川盆地天然氣工業(yè)起步時(shí)期，處于含油氣地質(zhì)條件探索階段，主要在川南地區(qū)開(kāi)展勘探開(kāi)發(fā)工作，以背斜構(gòu)造為鉆探目標(biāo)，在川南、川西南地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一大批碳酸鹽巖縫洞型氣藏，以及臥龍河、威遠(yuǎn)、中壩等一批裂縫-孔隙型整裝氣藏。1964年探明的威遠(yuǎn)震旦系氣藏是中國(guó)第一個(gè)陸上整裝的大型氣藏，形成四川盆地儲(chǔ)量增長(zhǎng)首個(gè)小高峰。

圖1 四川盆地常規(guī)天然氣勘探歷程圖Fig.1 Conventional natural gas exploration history of the Sichuan Basin

第二階段(1978-2004年)，川東高陡構(gòu)造帶突破階段

1977年在川東地區(qū)相國(guó)寺背斜構(gòu)造發(fā)現(xiàn)石炭系孔隙性氣藏，使四川盆地勘探發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，開(kāi)始以裂縫-孔隙性儲(chǔ)層作為主要勘探對(duì)象，以大中型整裝氣藏為目標(biāo)。先后發(fā)現(xiàn)臥龍河、 大池干井、五百梯等一批石炭系大中型整裝氣藏，形成探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)的又一個(gè)高峰。整體勘探石炭系的同時(shí)，兼探二疊系、三疊系，1995年發(fā)現(xiàn)渡口河飛仙關(guān)組鮞灘氣藏，揭開(kāi)了四川盆地長(zhǎng)興組-飛仙關(guān)組礁灘氣藏大規(guī)模勘探的序幕，又發(fā)現(xiàn)了鐵山坡、羅家寨、七里北等一批礁灘大中型整裝氣藏。這一階段累計(jì)探明儲(chǔ)量900×109m3，年均探明33.4×109m3。

第三階段(2005-2011年)，巖性油氣藏探索勘探階段

在巖性油氣藏理論指導(dǎo)下，2005-2006年，川中廣安地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組巖性氣藏、龍崗地區(qū)上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組生物礁巖性氣藏勘探相繼獲得突破，拉開(kāi)了巖性油氣藏規(guī)?？碧降男蚰籟6]。這一階段，勘探對(duì)象由單一的構(gòu)造圈閉氣藏向巖性、構(gòu)造氣藏并舉轉(zhuǎn)變，海陸領(lǐng)域同進(jìn)，進(jìn)一步拓展勘探領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)了廣安、合川、龍崗、普光、元壩等大型氣田，累計(jì)探明儲(chǔ)量123.23×1010m3，年均新增探明儲(chǔ)量達(dá)到176×109m3，2005年、2006年、2009年新增探明儲(chǔ)量均超過(guò)200×109m3，四川盆地開(kāi)始進(jìn)入天然氣儲(chǔ)量快速增長(zhǎng)期。

第四階段(2012年至今)，川中古隆起勘探重大突破階段

2011年、2012年，安岳地區(qū)震旦系燈影組和寒武系龍王廟組勘探分別取得重要成果，實(shí)現(xiàn)了川中古隆起震旦系-下古生界的歷史性突破。以深層、超深層海相碳酸鹽巖大型整裝氣藏為目標(biāo)，在以“古裂陷、古隆起、古侵蝕面”為核心的古老碳酸鹽巖成藏理論指導(dǎo)下，探明儲(chǔ)量繼續(xù)保持高位增長(zhǎng)，截至2021年底，累計(jì)探明儲(chǔ)量200×1010m3，年均新增探明儲(chǔ)量200×109m3，2013年探明了國(guó)內(nèi)最大的單體海相碳酸鹽巖整裝氣藏——磨溪龍王廟組氣藏，探明儲(chǔ)量超400×109m3，是四川盆地迄今為止年新增天然氣探明儲(chǔ)量的最高峰。

2 四川盆地常規(guī)天然氣探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)特點(diǎn)

根據(jù)勘探歷程和年新增天然氣探明儲(chǔ)量分布情況，四川盆地常規(guī)天然氣探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)具有以下特點(diǎn)：

a.大型巖性和復(fù)合圈閉氣藏的發(fā)現(xiàn)是儲(chǔ)量實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)的主體。在以裂縫和構(gòu)造圈閉氣藏為主的勘探階段，儲(chǔ)量增長(zhǎng)總體較為緩慢。1953-2004年，年均新增探明儲(chǔ)量?jī)H21.6×109m3；2005年勘探對(duì)象轉(zhuǎn)為巖性和復(fù)合圈閉氣藏為主以后，年均新增探明儲(chǔ)量189.1×109m3，增長(zhǎng)775%。未來(lái)儲(chǔ)量規(guī)模較大的巖性和復(fù)合圈閉氣藏仍是勘探的主要對(duì)象，儲(chǔ)量有望繼續(xù)保持高位增長(zhǎng)。

b.儲(chǔ)量增長(zhǎng)呈現(xiàn)“多峰、多旋回”特征。新區(qū)、新領(lǐng)域的突破是儲(chǔ)量出現(xiàn)高位增長(zhǎng)的重要因素之一?；仡櫩碧綒v史，每當(dāng)突破一個(gè)新層系，就會(huì)出現(xiàn)一次探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)峰值。第一個(gè)勘探階段中震旦系燈影組的突破帶來(lái)第一個(gè)儲(chǔ)量增長(zhǎng)高峰；川東高陡構(gòu)造勘探階段中，1993年取得石炭系突破后的儲(chǔ)量增長(zhǎng)高峰，2004年取得下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組的增長(zhǎng)高峰；巖性氣藏勘探階段中，2005年川中地區(qū)須家河組的突破形成多個(gè)峰值；2012年以來(lái)，在以川中古隆起為代表的深層海相碳酸鹽巖勘探階段中，震旦系燈影組、寒武系龍王廟組的突破，形成了四川盆地儲(chǔ)量持續(xù)高位增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。

c.探明儲(chǔ)量峰值的出現(xiàn)具有一定周期性(圖1)。勘探第一階段，探明儲(chǔ)量的峰值分別出現(xiàn)在1959年、1964年、1972年，間隔的時(shí)間分別為5 a、 8 a；第二階段，探明儲(chǔ)量峰值出現(xiàn)在1988年、1993年、2001年、2004年，間隔的時(shí)間分別為5 a、 8 a、 3 a；第三和第四階段，探明儲(chǔ)量峰值出現(xiàn)在2005年、2009年、2013年、2015年、2020年，間隔的時(shí)間分別為4 a、 4 a、2 a、 5 a?？梢钥闯隽芽p和構(gòu)造圈閉氣藏勘探階段，6～7 a探明儲(chǔ)量會(huì)出現(xiàn)一次峰值；在巖性和復(fù)合圈閉氣藏為主的勘探階段，大約4 a出現(xiàn)峰值：峰值出現(xiàn)的時(shí)間有縮短的趨勢(shì)。

3 模型設(shè)計(jì)

3.1 生命旋回法

生命旋回法通常用來(lái)對(duì)具有生命周期特點(diǎn)的事物發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行描述，并用來(lái)預(yù)測(cè)其發(fā)展規(guī)律。天然氣作為一種非再生資源，其探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)趨勢(shì)符合生命周期特征。在生命旋回法中，常用的模型有龔帕茲(Gompertz)模型、哈伯特(Hubbert)模型和胡-陳-張(HCZ)模型等。在本研究中，也是選擇這3種模型對(duì)四川盆地天然氣未來(lái)5 a新增探明儲(chǔ)量以及探明儲(chǔ)量高峰期出現(xiàn)的時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3.1.1 龔帕茲模型

龔帕茲曲線是由英國(guó)統(tǒng)計(jì)學(xué)家和數(shù)學(xué)家Gompertz提出的一種生命增長(zhǎng)曲線，也稱為生長(zhǎng)曲線預(yù)測(cè)模型。該模型常用于油氣藏類型較多、地質(zhì)條件較復(fù)雜的地區(qū)或盆地儲(chǔ)量增長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)[7-8]，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

NP=NR·abt

(1)

式中：NP為累計(jì)探明儲(chǔ)量；NR為年度新增探明儲(chǔ)量；a、b為待定參數(shù)，NR>0,a<1,b<1;t為年份。

3.1.2 哈伯特模型

哈伯特模型由美國(guó)學(xué)者Hubbert提出。該模型假設(shè)當(dāng)時(shí)間趨于無(wú)窮大時(shí)，所對(duì)應(yīng)的累計(jì)探明儲(chǔ)量可作為最終可采儲(chǔ)量；并且，受地質(zhì)資源量條件約束，儲(chǔ)量增長(zhǎng)高峰將出現(xiàn)在累計(jì)探明儲(chǔ)量達(dá)到最終可采儲(chǔ)量的一半的時(shí)候[9-11]。哈伯特模型已被大量應(yīng)用在油氣產(chǎn)量、可采儲(chǔ)量、最高產(chǎn)量、累積產(chǎn)量及其對(duì)應(yīng)時(shí)間的預(yù)測(cè)中，取得了很好的效果。近年，該模型也被廣泛應(yīng)用在油氣地質(zhì)儲(chǔ)量、產(chǎn)量趨勢(shì)預(yù)測(cè)方面。

累計(jì)探明儲(chǔ)量的哈伯特模型對(duì)應(yīng)公式如下[12-13]

(2)

式中：NP為累計(jì)探明儲(chǔ)量；NR為年度新增探明儲(chǔ)量；a、b為參數(shù)；t為累計(jì)儲(chǔ)量的年份時(shí)長(zhǎng)。

3.1.3 胡-陳-張模型

1995年由胡建國(guó)、陳元千和張盛宗建立的胡-陳-張(HCZ)油氣田產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型，模型如公式(3)所示, 可以對(duì)油氣田開(kāi)發(fā)全過(guò)程的產(chǎn)量、累積產(chǎn)量、可采儲(chǔ)量和最高年產(chǎn)量及其發(fā)生的時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況吻合[14-15]。

(3)

式中:NP和NR分別為累計(jì)探明儲(chǔ)量和年度新增探明儲(chǔ)量;t為開(kāi)采時(shí)間; 系數(shù)a和b為HCZ預(yù)測(cè)模型常數(shù)。

3.2 多峰模型

多峰預(yù)測(cè)模型是通過(guò)多個(gè)單峰模型進(jìn)行疊加組合而成，能夠反映每個(gè)單峰模型的信息，常用在儲(chǔ)量增長(zhǎng)具有多峰、多旋回特征的盆地中。多峰高斯和多峰哈伯特是比較常用的預(yù)測(cè)模型，在鄂爾多斯、渤海灣等盆地的天然氣探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)中得到應(yīng)用。四川盆地天然氣探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)同樣具有多峰、多旋回的特征，因此本文選用多峰哈伯特模型和多峰高斯模型對(duì)四川盆地天然氣探明儲(chǔ)量未來(lái)增長(zhǎng)趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3.2.1 多峰哈伯特模型

用多峰哈伯特模型預(yù)測(cè)天然氣儲(chǔ)量未來(lái)變化規(guī)律，首先根據(jù)預(yù)測(cè)區(qū)已出現(xiàn)的儲(chǔ)量峰值來(lái)確定哈伯特回旋的數(shù)量和時(shí)間段，再通過(guò)預(yù)測(cè)區(qū)的油氣資源量等條件求解、確定模型中每個(gè)回旋的參數(shù)，最后將預(yù)測(cè)得到的每個(gè)回旋曲線疊加，得到新的預(yù)測(cè)曲線。

多峰哈伯特模型如下[16-17]

(4)

式中:N為年度新增探明儲(chǔ)量；Nmi為第i個(gè)旋回的年儲(chǔ)量高峰值；ai為模型參數(shù);t為儲(chǔ)量提交年份;tmi為儲(chǔ)量高峰值的年份;k為峰總數(shù);i為回旋數(shù)。

3.2.2 多峰高斯模型

多峰高斯模型也稱為混合高斯模型，通常由幾個(gè)單峰高斯模型組合形成多峰高斯模型。通過(guò)表征油氣地質(zhì)儲(chǔ)量和產(chǎn)量的多個(gè)峰值，采用多個(gè)高斯旋回疊加的方式進(jìn)行擬合與預(yù)測(cè)[18-19]。

多峰高斯模型如下

(5)

(6)

式中：Nmi為第i個(gè)旋回的年儲(chǔ)量高峰值；si表示第i個(gè)旋回的標(biāo)準(zhǔn)差參數(shù)，無(wú)量綱；tmi為第i個(gè)儲(chǔ)量高峰值的年份；t為儲(chǔ)量提交年份。

3.3 模型求解步驟及模型評(píng)價(jià)指標(biāo)

a.儲(chǔ)量旋回?cái)?shù)量的確定。建立多峰模型，首先需要確定旋回?cái)?shù)量，包括已出現(xiàn)的和未來(lái)出現(xiàn)的，兩者結(jié)合作為參數(shù)放入模型中。一般有兩種方法，第一種方法是儲(chǔ)量的“外在變化”方法，通過(guò)對(duì)歷史儲(chǔ)量進(jìn)行分析，確定旋回的數(shù)量；第二種方法是根據(jù)變化的“內(nèi)在原因”，分析儲(chǔ)量發(fā)生重大變化的內(nèi)在原因，以此作為新循環(huán)的起點(diǎn)，從而確定旋回的數(shù)量。

b.求解模型的改進(jìn)。有別于傳統(tǒng)的線性試差法，本文引入機(jī)器學(xué)習(xí)法求解模型參數(shù)，即通過(guò)網(wǎng)格搜索算法，以RMSE為損失函數(shù)，使其在迭代過(guò)程中計(jì)算其最小值，即直到損失函數(shù)的值收斂，進(jìn)而求得模型的最優(yōu)解。

(7)

式中：Nv為真實(shí)儲(chǔ)量;Nf為預(yù)測(cè)儲(chǔ)量。

c.模型的評(píng)價(jià)。通過(guò)計(jì)算自相關(guān)系數(shù)(r)和可決系數(shù)(R2)，評(píng)價(jià)模型的優(yōu)劣。其中r和R2的取值在(0,1)范圍內(nèi)；其取值越接近于1，則表示模型的擬合效果越好。

(8)

(9)

4 四川盆地常規(guī)天然氣探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)

4.1 探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)趨勢(shì)分析

儲(chǔ)量增長(zhǎng)受資源、地質(zhì)條件、工程技術(shù)、投資、政策等眾多因素影響，其中資源富集程度對(duì)中長(zhǎng)期儲(chǔ)量增長(zhǎng)預(yù)測(cè)結(jié)果影響較大。參考國(guó)外成熟盆地30%～60%的天然氣最終探明率，以四川盆地天然氣資源量為基礎(chǔ)，將最終探明儲(chǔ)量(NUR)作為控制邊界，對(duì)龔帕茲模型、哈伯特模型、胡-陳-張模型進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)的模型如下所示

NP=NUR·abt

(10)

(11)

(12)

式中：Np為累計(jì)探明儲(chǔ)量；NUR為最終探明儲(chǔ)量；t為開(kāi)采時(shí)間；a和b為預(yù)測(cè)模型常數(shù)。

根據(jù)四川盆地油氣資源評(píng)價(jià)最新成果，常規(guī)氣(含致密氣)資源量3.4×109m3，按照成熟盆地60%的探明率估算最終探明儲(chǔ)量(NUR)將達(dá)到2.04×109m3。以此作為約束條件，使用改進(jìn)后的龔帕茲模型、哈伯特模型和胡-陳-張模型，對(duì)天然氣累計(jì)探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)值經(jīng)驗(yàn)證與歷史值符合度較高(圖2)；并且3種模型的可決系數(shù)(R2)和自相關(guān)系數(shù)(r)均在0.95以上(表1)，說(shuō)明模型預(yù)測(cè)精度較高，可運(yùn)用于累計(jì)探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)。其中胡-陳-張模型的可決系數(shù)為0.982 4，自相關(guān)系數(shù)達(dá)到 0.996 8，在3種模型中最大，表明其預(yù)測(cè)結(jié)果更加真實(shí)可靠，因此本文選擇胡-陳-張模型作為預(yù)測(cè)模型。

表1 改進(jìn)后的模型參數(shù)Table 1 Improved model parameters

圖2 約束后累計(jì)天然氣探明儲(chǔ)量預(yù)測(cè)趨勢(shì)圖Fig.2 Prediction trend diagram of cumulative proved natural gas reserves after constraint

選擇可決系數(shù)最大時(shí)的參數(shù)，作為胡-陳-張模型的輸入?yún)?shù)，預(yù)測(cè)累計(jì)探明儲(chǔ)量，并計(jì)算模型的擬合誤差(表2)。預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的相對(duì)誤差在前期相對(duì)較大，其原因主要有兩方面，一是數(shù)據(jù)本身波動(dòng)性比較大，二是模型曲線本身為光滑曲線，在建模的過(guò)程中，要求損失函數(shù)達(dá)到最小、可決系數(shù)達(dá)到最大，才能達(dá)到最優(yōu)結(jié)果。

表2 胡-陳-張模型預(yù)測(cè)誤差分析Table 2 Prediction error analysis of HCZ model

根據(jù)儲(chǔ)量增長(zhǎng)歷史數(shù)據(jù)，四川盆地常規(guī)天然氣累計(jì)探明儲(chǔ)量在2000年左右開(kāi)始緩慢提升，2001年新增天然氣探明儲(chǔ)量首次突破100×109m3；2004年以來(lái)儲(chǔ)量增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛，年均新增探明儲(chǔ)量達(dá)到190×109m3以上；至2021年底，累計(jì)探明天然氣儲(chǔ)量為343.9×1010m3，占目前累計(jì)儲(chǔ)量的80%。按照當(dāng)前的增長(zhǎng)趨勢(shì)，模型預(yù)測(cè)探明儲(chǔ)量在2034年左右會(huì)達(dá)到峰值，預(yù)計(jì)“十四五”期間常規(guī)天然氣將新增探明儲(chǔ)量124.91×1010m3，年均探明儲(chǔ)量為249.828×109m3。

4.2 多峰預(yù)測(cè)模型

根據(jù)四川盆地常規(guī)天然氣勘探歷程和探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)規(guī)律，大致劃分為7個(gè)旋回，分別用H1、H2、…、H7新增曲線來(lái)表示(圖3)。由于H8曲線還未形成一個(gè)完整的旋回，因此回旋數(shù)量為7。通過(guò)這7條曲線的累加可以很清晰看到每個(gè)階段探明儲(chǔ)量的變化情況[20-21]。

圖3 四川盆地常規(guī)天然氣歷年新增探明儲(chǔ)量Fig.3 Proved reserves of conventional natural gas increased over the years in Sichuan Basin

利用多峰哈伯特和多峰高斯構(gòu)建擬合模型。根據(jù)公式(4)和(5)，對(duì)每個(gè)旋回峰值單獨(dú)計(jì)算；然后將各段預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)相加，構(gòu)成多峰預(yù)測(cè)模型。各段參與計(jì)算的參數(shù)如表3所示，模型擬合評(píng)價(jià)結(jié)果如表4。

表3 多峰模型參數(shù)表Table 3 Multimodal model parameters

表4 多峰模型預(yù)測(cè)效果評(píng)價(jià)Table 4 Multimodal model prediction evaluation

預(yù)測(cè)結(jié)果如圖4所示，從H1到H7旋回兩個(gè)模型預(yù)測(cè)的結(jié)果都與原始數(shù)據(jù)曲線擬合效果較好，探明儲(chǔ)量整體呈逐步上升趨勢(shì)，并且每一旋回的峰值也呈上升趨勢(shì)，如H7旋回的峰值是H6旋回峰值的1.87倍，H6旋回的峰值是H5的1.24倍。根據(jù)四川盆地天然氣勘探歷程，常規(guī)氣探明儲(chǔ)量仍處于快速增長(zhǎng)階段。根據(jù)胡-陳-張模型預(yù)測(cè)的儲(chǔ)量高峰出現(xiàn)在為2034年，對(duì)H8曲線進(jìn)行補(bǔ)全，當(dāng)兩個(gè)模型預(yù)測(cè)的儲(chǔ)量峰值分別達(dá)到599.95×109m3、450×109m3時(shí)，擬合效果達(dá)到最佳(圖4)。

圖4 四川盆地常規(guī)天然氣探明儲(chǔ)量多峰模型預(yù)測(cè)圖Fig.4 Multimodal model prediction of proved conventional natural gas reserves in Sichuan Basin

根據(jù)模型擬合效果評(píng)價(jià)表，多峰哈伯特模型的自相關(guān)系數(shù)為0.944 1，可決系數(shù)為0.883 1，結(jié)合四川盆地目前天然氣勘探形勢(shì)和未來(lái)發(fā)展目標(biāo)，選取多峰哈伯特模型的預(yù)測(cè)結(jié)果更符合實(shí)際。其預(yù)測(cè)結(jié)果與原始數(shù)據(jù)之間的誤差如表5所示。部分預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)相差較大，主要是由于原始數(shù)據(jù)上下浮動(dòng)過(guò)大，導(dǎo)致模型在訓(xùn)練過(guò)程中擬合曲線有誤差；但預(yù)測(cè)結(jié)果仍能較真實(shí)地反映每個(gè)旋回的實(shí)際變化情況。

表5 多峰哈伯特模型預(yù)測(cè)結(jié)果的誤差分析Table 5 Multimodal Hubbert prediction error analysis

峰值預(yù)測(cè)模型可以直觀反映油氣資源全生命周期的發(fā)展規(guī)律，對(duì)中長(zhǎng)期探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)具有較好的指導(dǎo)作用[22]。但天然氣探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)是一個(gè)復(fù)雜的綜合工程，同時(shí)受到地質(zhì)條件、認(rèn)識(shí)程度、工作量等多因素的影響，因此預(yù)測(cè)值和實(shí)際值也會(huì)產(chǎn)生一定程度的偏差。

多峰哈伯特模型預(yù)測(cè)四川盆地常規(guī)氣在2034年達(dá)到探明儲(chǔ)量高峰期的峰值為599.95×109m3左右，屆時(shí)探明率將達(dá)到37%左右；2050年之后增長(zhǎng)速率開(kāi)始放緩(圖5)。預(yù)測(cè)結(jié)果總體與四川盆地目前的勘探開(kāi)發(fā)形勢(shì)和未來(lái)發(fā)展目標(biāo)較匹配，也表明四川盆地常規(guī)天然氣未來(lái)一段時(shí)間仍將處于高速增長(zhǎng)期，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

圖5 四川盆地常規(guī)天然氣探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)圖Fig.5 Prediction of the growth trend of proved conventional gas reserves in Sichuan Basin

5 結(jié) 論

a.四川盆地天然氣資源豐富，勘探歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)，累計(jì)探明儲(chǔ)量已超4×1012m3，目前仍處于快速增長(zhǎng)期?；仡櫵拇ㄅ璧乜碧綒v程，探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)總體呈現(xiàn)多峰、多旋回特征，儲(chǔ)量峰值不斷提高；隨著理論技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)儲(chǔ)量峰值的周期有縮短的趨勢(shì)。

b.探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)具有明顯的全生命周期變化特征，選用胡-陳-張模型預(yù)測(cè)四川盆地天然氣探明儲(chǔ)量峰值時(shí)間。將盆地天然氣資源量和成熟盆地最終探明率作為約束條件，對(duì)胡-陳-張模型進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的模型預(yù)測(cè)四川盆地在2034年前后會(huì)出現(xiàn)儲(chǔ)量增長(zhǎng)高峰，“十四五”期間年均新增探明儲(chǔ)量249.8×109m3。

c.根據(jù)四川盆地天然氣探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)具有多峰、多旋回特點(diǎn)，采用多峰哈伯特模型預(yù)測(cè)年均探明儲(chǔ)量增長(zhǎng)趨勢(shì)。根據(jù)歷年新增探明儲(chǔ)量變化特征，分段擬合預(yù)測(cè)年均新增探明儲(chǔ)量，最終預(yù)測(cè)四川盆地在2034年峰值期探明儲(chǔ)量將達(dá)到599.95×109m3左右，探明率達(dá)到37%。