油氣資源評價關(guān)鍵參數(shù)研究進展

張延?xùn)| 羅小平 劉守川 鮮志堯

（成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都 610059）

油氣資源評價關(guān)鍵參數(shù)研究進展

張延?xùn)| 羅小平 劉守川 鮮志堯

（成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都 610059）

以成因法為主進行油氣資源評價的過程中，一些關(guān)鍵參數(shù)選取具有不確定性，如生烴中的烴產(chǎn)率模擬、排烴中的排烴系數(shù)計算和油氣聚集過程中聚集系數(shù)的選取等。隨著實驗設(shè)備水平的提高，烴產(chǎn)率實驗?zāi)M結(jié)果愈加可靠，應(yīng)該采用生烴潛力法或壓實排烴理論研究排烴系數(shù)。選取聚集系數(shù)則采用回歸分析法，建立運聚系數(shù)與地質(zhì)參數(shù)之間的統(tǒng)計關(guān)系，并通過層次分析法建立油氣運聚單元定量評價結(jié)構(gòu)模型。

資源評價；成因法；烴產(chǎn)率；排烴系數(shù)；聚集系數(shù)

1 油氣資源評價關(guān)鍵參數(shù)

在我國開展的三次全國范圍內(nèi)的資源量評價過程中，所采用的評價方法以成因法為主，類比法、統(tǒng)計法為輔［1］。以盆地模擬法為代表的成因法遵循的是物質(zhì)守恒原理，根據(jù)成因條件研究油氣的生成→運移→聚集成藏這一復(fù)雜的油氣發(fā)生過程，以此預(yù)測資源量。但在實際評價過程中存在以下問題：在當(dāng)前模擬環(huán)境下，源巖中有機母質(zhì)在地質(zhì)歷史條件下生成的油氣預(yù)測值難以接近實際值，烴產(chǎn)率模擬結(jié)果有待提高；在烴類的排出和運聚過程中，對排烴系數(shù)和聚集系數(shù)（或稱排聚系數(shù)）的選取難以定量研究，這已成為資源量評價過程中的關(guān)鍵性難題。圖1給出了應(yīng)用成因法估算資源量的各關(guān)鍵參數(shù)。

圖1 成因評價法中的關(guān)鍵參數(shù)

2 成因評價法中關(guān)鍵參數(shù)的研究

2.1 生烴過程中關(guān)鍵參數(shù)的研究

在以成因法為主的含油氣盆地?zé)N源巖生烴量的計算時，主要基于干酪根熱降解晚期生油理論，其計算方法有氯仿瀝青“A”法、有機碳法、干酪根熱降解法和盆地模擬法。這些方法計算生烴量時都要涉及到烴產(chǎn)率的選取，不同類型干酪根在不同的演化階段處于不同的溫度、壓力等地質(zhì)歷史條件，有著不同的烴產(chǎn)率，通過模擬實驗方法可以進行研究。目前較常用的模擬實驗方法包括體積流熱解法、熱解氣相色譜（質(zhì)譜）法和密閉容器熱解法。模擬系統(tǒng)根據(jù)實驗體系封閉程度又可分為開放體系模擬系統(tǒng)、半開放體系模擬系統(tǒng)和封閉體系模擬系統(tǒng)［2-6］。

上述生烴模擬實驗方法的作用和使用范圍各有不同。對于實驗?zāi)M結(jié)果的可靠性，半開放體系模擬系統(tǒng)較其他幾種實驗系統(tǒng)有很大進步。它可以真實地模擬源巖在邊生邊排的半開放體系下的生烴活動，有效控制模擬體系開放度，并考慮到生油母質(zhì)在地下環(huán)境中上覆巖石壓力和靜水壓力的雙重作用。中國石油化工股份有限公司無錫石油地質(zhì)研究所研制了一套半開放體系的模擬實驗系統(tǒng)就可以滿足這種要求。為滿足實驗研究目的需要，在研究生油母質(zhì)類型及烴類族組分時，需要選用開放體系下熱解氣相色譜（質(zhì)譜）法對熱解產(chǎn)物的成分進行分析。具體操作是，將生油巖或干酪根放在惰性的氣體流中加熱，再將所生成的產(chǎn)物送到氣相色譜（質(zhì)譜）儀中做成分鑒定，然后可依據(jù)產(chǎn)物中烷烴、芳烴、烯烴及雜原子化合物等的相對組分對生油氣母質(zhì)類型及族組分進行分析。目前最好的設(shè)備是熱解－氣相色譜－同位素質(zhì)譜聯(lián)用儀，它可以對氣體的地球化學(xué)特征進行在線分析。若需研究溫度、壓力等因素對生烴的影響或完全模擬生油母質(zhì)的最大生烴量時，就需要選用封閉模擬體系。在石英管封閉體系下，樣品模擬溫度可以加熱到很高（甚至高達1 000℃），能完全模擬有機源巖的最大生氣量。黃金管模擬實驗體系可以通過高壓泵利用水對釜體內(nèi)部施加壓力，以此研究壓力對生烴的影響，且可以任意選擇模擬升溫速率。目前，中國石油勘探開發(fā)研究院油氣地球化學(xué)重點實驗室開發(fā)了一套分體式黃金管模擬實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)的每個反應(yīng)釜體具有單獨加熱和控制系統(tǒng)，可以對不同的釜體進行升溫方式和溫度的控制，使樣品在任一溫度點具有充足的反應(yīng)時間。

2.2 排烴過程中關(guān)鍵參數(shù)的研究

烴源巖排烴特征的研究是資源評價中的一個重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前排烴系數(shù)的計算方法主要為有機質(zhì)熱壓模擬實驗法、有機質(zhì)地化參數(shù)為基礎(chǔ)的盆地模擬法和有機地球化學(xué)分析法等［7-9］。這三種方法各有特點：盆地模擬法依據(jù)源巖的排烴特征，在地質(zhì)模型基礎(chǔ)上，通過數(shù)學(xué)模型計算排烴系數(shù)；熱壓模擬實驗法通過實驗?zāi)M源巖的生烴熱演化模式時的產(chǎn)油氣量和排出油氣量來研究排烴系數(shù)；有機地球化學(xué)分析方法（又稱生烴潛力法）是以實際源巖的自然演化剖面殘余烴量的系統(tǒng)地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)來估算排烴系數(shù)。

生烴潛力法是從排烴門限概念發(fā)展而來的源巖排烴特征研究方法(圖2），該方法是依據(jù)物質(zhì)守恒原理，通過研究源巖生烴潛力指數(shù)在沉積剖面上的變化規(guī)律來研究源巖的排烴特征［10-13］。該方法主要基于以下幾點：烴源巖在沒有油氣排出時的生烴潛力指數(shù)為原始生烴潛力指數(shù)；因油氣的排出而使源巖生烴潛力指數(shù)減小，此時對應(yīng)的生烴潛力指數(shù)為剩余生烴潛力指數(shù)；源巖生烴潛力指數(shù)在自然演化剖面上剛開始變小時對應(yīng)的埋深條件為源巖的排烴門限；源巖原始生烴潛力指數(shù)與某深度處剩余生烴潛力指數(shù)之間的差值為該深度處源巖的排烴率。

圖2 生烴潛力法研究烴源巖排烴特征概念模型

生烴潛力法計算排烴特征是一種行之有效的方法。通過建立研究區(qū)烴源巖層生烴潛力指數(shù)剖面，確定排烴門限并計算不同深度源巖的排烴率，最后結(jié)合有效源巖厚度、密度及有機碳含量，根據(jù)計算公式就可得出排烴強度。但在具體應(yīng)用時，一方面要考慮源巖的非均質(zhì)對生烴潛力指數(shù)取值的影響，要求取演化剖面上不同深度點的生烴潛力指數(shù)平均值，以此減少源巖非均質(zhì)性所帶來的誤差；另一方面對剝蝕源巖區(qū)生烴潛力指數(shù)剖面的建立、排烴率的計算及有效源巖厚度的統(tǒng)計時，要先進行源巖的深度歸位，即源巖區(qū)地層隆升遭剝蝕后又沉降到先前還未隆升的位置，各參數(shù)的選取是以該地層還未隆升前所經(jīng)歷的最大埋深深度層位。

壓實排烴理論也是一種研究排烴問題的方法。它是根據(jù)烴源巖達到排烴門限后開始排烴，因烴類的排出而被壓實而導(dǎo)致孔隙度降低，通過烴源巖有機質(zhì)演化與孔隙度演化關(guān)系曲線，得到現(xiàn)今埋藏的孔隙度值，然后用烴源巖Ro等于0.5%時的孔隙度值（此時的孔隙空間為最大可容納空間，也是最大生烴量）減去現(xiàn)今埋藏的孔隙度值，所得出的孔隙度差值所能容納的空間，就是烴源巖最大的排烴量（圖3）。按照這種理論方法，烴源巖排烴量的計算公式為：

式中：Q—烴源巖排烴量；

H—烴源巖厚度；

S—烴源巖面積；

r—烴源巖密度；

B—烴源巖氯仿瀝青“A”的含量；

Kn—瀝青轉(zhuǎn)化系數(shù)，一般采用15%～20%；

Kc—有機碳轉(zhuǎn)化系數(shù)，一般采用1%～1.2% ；

ф—烴源巖Ro等于0.5%時孔隙度與現(xiàn)今烴源巖埋深孔隙度之差。

上述方法計算的排烴量只是一種理論上的最大值，它是以源巖的最大生烴潛力和Ro等于0.5%時儲層的最大孔隙空間為基礎(chǔ)進行研究。 這種新的理論方法可以使復(fù)雜的排烴計算問題簡單化，避開了對一些排烴中的不確定參數(shù)如排烴量、殘留烴和排烴門限的研究。

圖3 烴源巖生油量與排出量理論模式圖

2.3 聚烴過程中關(guān)鍵參數(shù)的研究

石油聚集系數(shù)指某個地質(zhì)單元內(nèi)石油地質(zhì)資源量與生油量的比值，它是用成因法對資源量評價的一個重要參數(shù)。目前較常用的方法有地質(zhì)類比法、油藏規(guī)模序列法和模糊綜合評價方法等。由于油氣從源巖排出到運移聚集成藏的過程中，影響其取值的地質(zhì)因素復(fù)雜多樣，很難用一個有效的數(shù)學(xué)模型進行定量評價。這幾種預(yù)測油氣聚集系數(shù)的方法本身都有一定的局限性，一般要根據(jù)研究區(qū)的實際情況采取合適的預(yù)測方法。

對聚集系數(shù)預(yù)測，應(yīng)全面分析油氣系統(tǒng)中各成藏體系（運聚單元）的地質(zhì)特征，建立各運聚單元油氣運集系數(shù)與主要地質(zhì)因素（如烴源巖條件、儲集層條件、圈閉條件、保存條件和配套條件）間的統(tǒng)計模型，以此來預(yù)測運聚單元油氣的運聚系數(shù)。柳廣弟于2003年對松遼、渤海灣、鄂爾多斯、塔里木等盆地21個運聚單元運聚系數(shù)的研究，采用回歸分析法建立運聚系數(shù)與地質(zhì)因素間的統(tǒng)計關(guān)系［15］。左勝杰、龐雄奇等人利用此方法對濟陽坳陷運聚效率進行研究［16］。對地質(zhì)條件的評價，影響因素眾多，各因素權(quán)重評價很難確定，成藏體系是有不同功能的子系統(tǒng)（生排烴子系統(tǒng)、儲集子系統(tǒng)、運聚子系統(tǒng)和保存子系統(tǒng)）組成，而每個子系統(tǒng)又有不同的要素組成。在對成藏體系進行定量評價時，應(yīng)分別建立層次結(jié)構(gòu)模型中的各要素對其子系統(tǒng)的自身評價標準，對各參數(shù)的特征進行賦值,再結(jié)合生烴潛力法和油藏規(guī)模序列法,對聚集系數(shù)進行定量預(yù)測。祝厚勤、龐雄奇等人利用層次分析法建立油氣運聚單元定量評價結(jié)構(gòu)模型，對油氣成藏體系進行定量評價［17］。

不論采用何種方法，其最終目是對油氣聚集系數(shù)的取值達到客觀與準確，這要求對研究區(qū)進行深入的研究，在弄清地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，準確劃分油氣運聚單元，并研究各運聚單元和主要地質(zhì)因素之間的相關(guān)性，綜合分析，建立運聚單元石油運聚系數(shù)與主要地質(zhì)因素之間的統(tǒng)計模型，以此降低運聚單元石油運聚系數(shù)取值的主觀性。

3 結(jié) 論

根據(jù)不同的研究目的，采用合理的模擬方法進行烴產(chǎn)率研究，對實驗體系結(jié)構(gòu)的不斷提高，并考慮溫度、壓力等因素對實驗的影響，是實驗結(jié)果正確與否的關(guān)鍵?；谂艧N門限引入的生烴潛力法對排烴系數(shù)的研究，是通過源巖生烴潛力指數(shù)在沉積剖面上的變化規(guī)律來研究源巖的排烴特征。壓實排烴理論從源巖在不同時期的孔隙度變化差異來解決源巖的排烴問題，以此避免對排烴中不確定參數(shù)的研究。影響聚集系數(shù)選取的因素龐雜，重點是要正確認識影響油氣運聚的各種地質(zhì)因素，采用回歸分析法建立運聚系數(shù)與各地質(zhì)因素間的統(tǒng)計模型或正確劃分運聚單元對油氣成藏體系進行定量評價。

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Research and Development of Key Parameters of the Oil and Gas Evaluation

ZHANG Yan-dong LUO Xiao-ping LIU Shou-chuan XIAN Zhi-yao
（State Key Laboratory of Oil and Gas Reservior Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology,Chengdu 610059）

In selecting key parameters,the main genetic method of the oil and gas resource evaluation has some uncertainty,for example,hydrocarbon production rate in the simulation of hydrocarbon,calculation of expulsion rate in the hydrocarbon emission and selection of clustering coefficient in the process of hydrocarbon accumulation.With the improvement of laboratory equipment,simulation results of hydrocarbons rate is more reliable.The hydro-carbon accumulation system is evaluated quantitatively by the quantitative evaluation model based on the analytical hierarchy process.

resourceevaluation；geneticmethod；hydrocarbonyield；hydrocarbonexpulsioncoefficient；hydrocarbon accumulation coefficient

TE155

A

1673-1980（2011）06-0081-04

2011-06-01

張延?xùn)|（1985-），男，甘肅武威人，成都理工大學(xué)能源學(xué)院在讀碩士研究生，研究方向為石油地質(zhì)。