基于概率分析的非常規(guī)油氣選區(qū)方法

谷　寧　郭金瑞　李　慶

1.中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院,　北京　100083；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院,　北京　100083

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基于概率分析的非常規(guī)油氣選區(qū)方法

谷寧1郭金瑞1李慶2

1.中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院,北京100083；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院,北京100083

摘要：為有效篩選出具有開(kāi)發(fā)潛力和經(jīng)濟(jì)效益的非常規(guī)油氣區(qū)帶,有必要在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下建立非常規(guī)油氣的選區(qū)模型。在研究非常規(guī)區(qū)帶石油地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上,分析了控制非常規(guī)油氣資源成藏和開(kāi)采的關(guān)鍵因素,建立了以地質(zhì)條件和資源情況為評(píng)價(jià)對(duì)象的雙因素半定量評(píng)價(jià)模型；通過(guò)分析北美23個(gè)非常規(guī)區(qū)帶中每個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)的概率分布特征及有利區(qū)取值要求,確定模型中各參數(shù)評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系,并據(jù)此對(duì)待評(píng)價(jià)區(qū)帶的地質(zhì)條件和資源情況兩個(gè)因素進(jìn)行打分評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)資源潛力較大和儲(chǔ)層特性認(rèn)識(shí)較深的已開(kāi)發(fā)非常規(guī)油氣區(qū)帶的開(kāi)發(fā)效果評(píng)價(jià),驗(yàn)證了用地質(zhì)條件和資源情況兩個(gè)因素來(lái)描述非常規(guī)區(qū)帶所建立的選區(qū)評(píng)價(jià)模型，可以清晰地揭示待評(píng)價(jià)非常規(guī)區(qū)帶的開(kāi)發(fā)潛力；采用概率分析的方法確定各參數(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo),有效解決了非常規(guī)油氣評(píng)價(jià)中參數(shù)不確定性大的問(wèn)題,更適合非常規(guī)油氣資源的選區(qū)評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：非常規(guī)油氣；勘探選區(qū)；概率分布

0前言

近年來(lái),海外非常規(guī)油氣項(xiàng)目逐漸增多,如何在眾多海外非常規(guī)資源中選擇具有良好開(kāi)發(fā)潛力的項(xiàng)目成為石油公司在海外投資方面亟待解決的問(wèn)題。

目前勘探開(kāi)發(fā)關(guān)注的主要非常規(guī)資源包括致密油、致密氣、頁(yè)巖氣、煤層氣等。非常規(guī)油氣藏在成藏特征，儲(chǔ)層性質(zhì)，油氣賦存方式及油、氣、水關(guān)系等多個(gè)方面與常規(guī)油氣藏不同[1-6]。在成藏特征方面,非常規(guī)油氣成藏的重要標(biāo)志是非浮力聚集[2],表現(xiàn)為大面積廣泛分布、局部富集的特點(diǎn)。非常規(guī)油氣藏通常源儲(chǔ)共生或近源,沒(méi)有明顯的圈閉邊界,流體分異差,無(wú)統(tǒng)一油水界面。在儲(chǔ)層性質(zhì)方面,非常規(guī)油氣儲(chǔ)層通常物性較差[7-10],以納米級(jí)孔喉為主,孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜,滲透率小于0.1×10-3μm2,非均質(zhì)性強(qiáng)[10-13]。在油氣賦存方式方面,非常規(guī)油氣可以游離態(tài)、吸附態(tài)和溶解方式存在于有機(jī)質(zhì)、黏土顆粒及孔隙表面,流動(dòng)機(jī)制復(fù)雜多樣。這些特點(diǎn)使非常規(guī)油氣藏的勘探選區(qū)評(píng)價(jià)方法也必然與常規(guī)油氣藏的勘探選區(qū)評(píng)價(jià)方法不同。非常規(guī)油氣藏選擇有利區(qū)主要取決于是否發(fā)育大規(guī)模優(yōu)質(zhì)成熟烴源巖、是否有利于開(kāi)采以及可采資源的規(guī)模是否足夠大。

從各石油機(jī)構(gòu)和公司陸續(xù)公布的不同非常規(guī)油氣藏有利區(qū)的界定標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看,“優(yōu)質(zhì)成熟烴源巖”幾乎是所有有利區(qū)界定標(biāo)準(zhǔn)中所關(guān)注的最重要的指標(biāo),代表參數(shù)包括非常規(guī)油氣藏的總有機(jī)碳含量、成熟度等,在美國(guó)能源信息署(EIA)、美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)等機(jī)構(gòu)及各石油公司的有利區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)中都包含這兩個(gè)參數(shù)。其次非常規(guī)油氣藏發(fā)育的規(guī)模也是重要的有利區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo),代表參數(shù)為含油氣儲(chǔ)層的凈厚度,在EIA、USGS、Exxon Mobil、BP和Chevron公司的評(píng)價(jià)指標(biāo)中都包括這一參數(shù)[14]。由于非常規(guī)油氣藏通常滲透率較低,儲(chǔ)層物性不好,需要采用水力壓裂等特殊的開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行開(kāi)采[15-17],其采收率受儲(chǔ)層條件的影響很大,因此儲(chǔ)層條件是否有利于油氣開(kāi)采也成為有利區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)中的重要參數(shù)[18],如美國(guó)能源信息署(EIA)認(rèn)為,海相沉積的頁(yè)巖黏土含量低,脆性礦物含量高；非海相沉積(湖湘、沖積相)黏土含量高,可塑性強(qiáng),不利于壓裂,因此將海相沉積作為其有利區(qū)選擇的標(biāo)準(zhǔn)；BP公司和Chevron公司的標(biāo)準(zhǔn)中則直接將儲(chǔ)層巖石的礦物成分作為界定指標(biāo)；考慮到隨著儲(chǔ)層埋深的增加,開(kāi)采難度和開(kāi)采成本也相應(yīng)增加,BP公司和Exxon Mobil也將儲(chǔ)層埋深作為有利區(qū)的界定指標(biāo)。

因此,非常規(guī)油氣藏有利區(qū)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)具有如下特點(diǎn)：同時(shí)考慮油氣賦存的地質(zhì)條件和對(duì)油氣開(kāi)采有影響的儲(chǔ)層條件；有利區(qū)選擇的指標(biāo)較常規(guī)油氣有利區(qū)選擇的影響參數(shù)明顯增多；不同公司采用不同的指標(biāo),但目前尚不具備相對(duì)統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

本文以非常規(guī)油氣藏有利區(qū)的主控因素為基礎(chǔ),在分析國(guó)內(nèi)外非常規(guī)油氣藏選區(qū)方法及評(píng)價(jià)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,將非常規(guī)油氣藏的勘探選區(qū)標(biāo)準(zhǔn)分為地質(zhì)條件和資源情況兩個(gè)因素,用11個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)來(lái)表征；在此基礎(chǔ)上,提出了根據(jù)各參數(shù)的概率分布特點(diǎn)和取值要求確定非常規(guī)油氣選區(qū)評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系,力圖建立更客觀的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,在相對(duì)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)下優(yōu)選非常規(guī)油氣有利區(qū)帶,為進(jìn)一步勘探開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1評(píng)價(jià)體系的建立

1.1評(píng)價(jià)參數(shù)的選取

非常規(guī)油氣藏勘探選區(qū)的目的在于選擇地質(zhì)條件有利于油氣生成、保存,還要易于開(kāi)發(fā)的潛力區(qū)域,同時(shí)為了使未來(lái)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)能夠具有經(jīng)濟(jì)性,潛力區(qū)域的資源量和資源豐度還要達(dá)到一定的規(guī)模。因此,本文考慮地質(zhì)條件和資源情況兩個(gè)因素,建立了雙因素、3類、11個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)的非常規(guī)油氣藏勘探選區(qū)體系(表1)。

地質(zhì)條件中考慮非常規(guī)油氣藏的烴源巖和儲(chǔ)層兩類評(píng)價(jià)指標(biāo),烴源巖類參數(shù)主要通過(guò)烴源巖質(zhì)量參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)區(qū)帶的油氣生成能力,包括烴源巖的總有機(jī)碳含量和成熟度兩個(gè)參數(shù)?？傆袡C(jī)碳含量是衡量烴源巖生烴潛力的重要參數(shù)[19],在其它條件相近的前提下,巖石中有機(jī)質(zhì)的含量越高,其生烴能力越高；同時(shí)在頁(yè)巖氣等非常規(guī)資源中,有機(jī)質(zhì)作為吸附氣的重要載體,其豐度與儲(chǔ)層內(nèi)的油氣資源量密切相關(guān)。有機(jī)質(zhì)只有達(dá)到一定的熱演化程度才能生成油氣,因此熱成熟度也是評(píng)價(jià)烴源巖質(zhì)量的重要指標(biāo)。儲(chǔ)層類評(píng)價(jià)參數(shù)主要評(píng)價(jià)非常規(guī)區(qū)帶對(duì)油氣的儲(chǔ)集能力及油氣的開(kāi)采潛力,包括儲(chǔ)層的孔隙度、滲透率、黏土含量、埋藏深度和厚度。儲(chǔ)層的孔隙度和厚度越大,儲(chǔ)集的油氣就越多；巖石的滲透率越大、埋藏深度越淺,油氣開(kāi)采就越容易；非常規(guī)油氣儲(chǔ)層通常為低孔低滲,需要采用水力壓裂等增產(chǎn)措施來(lái)開(kāi)發(fā),因此其黏土含量越低,塑性越小,越有助于提高壓裂效果,進(jìn)而提高非常規(guī)油氣藏的采收效率。

資源情況主要考慮資源的富集,用油氣資源量和資源豐度兩種情況4個(gè)參數(shù)來(lái)表示。只有達(dá)到一定資源規(guī)模的非常規(guī)油氣藏才具有開(kāi)采價(jià)值,因此油氣資源量是衡量一個(gè)油氣藏資源潛力的重要指標(biāo)；同時(shí)非常規(guī)油氣藏雖然是大面積廣泛分布,但其油氣豐度分布很不均勻,在大面積低豐度的儲(chǔ)層中只有找到油氣豐度較高的甜點(diǎn)區(qū),才能使其勘探開(kāi)發(fā)具有經(jīng)濟(jì)效益。

表1非常規(guī)油氣藏選區(qū)體系

評(píng)價(jià)因素指標(biāo)分類評(píng)價(jià)指標(biāo)地質(zhì)條件烴源巖儲(chǔ)層總有機(jī)碳成熟度孔隙度滲透率黏土含量埋藏深度厚度資源情況資源富集油可采資源豐度氣可采資源豐度油可采資源量氣可采資源量

1.2評(píng)價(jià)模型的建立

將每個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)分為1～0.75、0.75～0.5、0.5～0.25、0.25～0等4個(gè)等級(jí)進(jìn)行打分(表1),分別建立每個(gè)待評(píng)價(jià)非常規(guī)區(qū)帶的地質(zhì)條件和資源情況兩個(gè)因素的定量化指標(biāo):

(1)

(2)

P資源量=P油資源量+P氣資源量

(3)

P資源豐度=P油資源豐度+P氣資源豐度

(4)

根據(jù)式(1)和(2)分別計(jì)算待評(píng)價(jià)非常規(guī)區(qū)帶地質(zhì)條件和資源情況的得分,并將其點(diǎn)在地質(zhì)條件得分和資源情況得分的雙因素坐標(biāo)圖中(圖1),將地質(zhì)條件和資源情況得分都不小于0.5的區(qū)帶定為Ⅰ類區(qū)帶,代表其地質(zhì)條件有利于對(duì)該區(qū)帶油氣藏成藏及進(jìn)行開(kāi)發(fā),其資源規(guī)模也較大；將地質(zhì)條件和資源情況得分都不小于0.25,但地質(zhì)條件或資源情況中任一項(xiàng)小于0.5的區(qū)帶定為Ⅱ類區(qū)帶,這類區(qū)帶地質(zhì)條件或資源情況較一類區(qū)帶差,但仍有潛力；其余為Ⅲ類區(qū)帶,代表其地質(zhì)條件或資源狀況較差,目前尚不具有開(kāi)發(fā)的潛力。

圖1　區(qū)帶雙因素選區(qū)評(píng)價(jià)模型

1.3評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

為了對(duì)1.2中地質(zhì)條件和資源情況進(jìn)行打分評(píng)價(jià),需要首先建立表1中11個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的打分指標(biāo)。

1.3.1數(shù)據(jù)的分布特征

分析北美西加拿大盆地、威利斯頓盆地、粉河盆地、二疊盆地、墨西哥灣盆地、密執(zhí)安盆地和阿巴拉契亞盆地等盆地中非常規(guī)油氣區(qū)帶的油氣藏特征參數(shù),以總有機(jī)碳含量(圖2)，氣、油的成熟度(圖3、4)及儲(chǔ)層孔隙度(圖5)等參數(shù)為例可以看出,不僅不同的非常規(guī)油氣藏之間評(píng)價(jià)參數(shù)變化較大,同一非常規(guī)油氣藏內(nèi)部,各參數(shù)的變化范圍也很大,反映非常規(guī)油氣藏成藏的特征參數(shù)不確定性大、規(guī)律不明顯。為在這些分散的數(shù)據(jù)中找出其規(guī)律,從而確定各參數(shù)的打分評(píng)價(jià)指標(biāo),本文對(duì)上述非常規(guī)油氣藏參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。

圖2　總有機(jī)碳含量分布范圍

圖3　非常規(guī)氣成熟度分布范圍

圖4　非常規(guī)油成熟度分布范圍

圖5　儲(chǔ)層孔隙度分布范圍

1.3.2評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的確定

用概率分析的方法對(duì)北美23個(gè)非常規(guī)油氣藏中各評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行分析,根據(jù)數(shù)據(jù)分布特點(diǎn)和取值要求,大致可將表1中的11個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)分為3種類型來(lái)確定打分指標(biāo)。

圖6　總有機(jī)碳含量累積概率分布

b)數(shù)據(jù)分散,在某一峰值區(qū)間數(shù)據(jù)取最佳值。這類數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)可以采用相對(duì)概率分布確定,如反映熱成熟度的鏡質(zhì)體反射率,其只有在生油窗和生氣窗內(nèi)時(shí)才最有利于油氣生成,偏離生油窗和生氣窗則不利于油氣生成。以氣源巖的鏡質(zhì)體反射率為例(圖7),根據(jù)其相對(duì)概率分布曲線,取相對(duì)概率最大的區(qū)間為1～0.75

圖7　氣源巖成熟度的相對(duì)概率分布

表2評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)價(jià)因素評(píng)價(jià)指標(biāo)指標(biāo)區(qū)間1～0.750.75～0.50.5～0.250.25～0地質(zhì)條件總有機(jī)碳?w㊣/(%)油成熟度/(%)氣成熟度/(%)孔隙度/(%)滲透率/(×10-3μm2)黏土含量/(%)埋藏深度/m厚度/m8.3～26.20.85～0.961.05～1.498～15>7.373.5～15550～1680>1144.7～8.72.0～4.70.2～2.00.8～0.850.7～0.8<0.70.96～1.011.01～1.11>1.110.9～1.050.6～0.9<0.61.49～1.641.64～1.94>1.946～84.9～60～4.90.67～7.370.01～0.670.005～0.0115～2020～27.527.5～601680～23602360～32503250～495061～1149～61<9資源情況油可采資源豐度/(m3·m-2)0.084～0.1110.056～0.0840.003～0.0560～0.003氣可采資源豐度/(m3·m-2)37.9～50.725.2～37.912.6～25.20～12.6油可采資源量/(×106m3)>636509～63637～5090～37氣可采資源量/(×109m3)>2832283～283228～2830～28

分值的區(qū)間,以最佳區(qū)間為中心,向外擴(kuò)一個(gè)區(qū)間為0.75～0.5分值區(qū)間,再向外擴(kuò)一個(gè)區(qū)間為0.5～0.25區(qū)間,以此類推,作為氣源巖成熟度的打分標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

c)如果所獲得的數(shù)據(jù)少,不足以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,取值要求越大越好,則采用階梯分級(jí)的方法。這類數(shù)據(jù)包括油的可采資源豐度、氣的可采資源豐度等數(shù)據(jù)。以天然氣的可采資源豐度為例,其確定打分等級(jí)的方法采用階梯分級(jí)的方法(圖8),對(duì)應(yīng)得到天然氣可采資源豐度的打分標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

根據(jù)上述方法確定的各指標(biāo)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

圖8　天然氣可采資源豐度等級(jí)的確定方法

圖9　非常規(guī)油氣區(qū)帶打分評(píng)價(jià)結(jié)果

表3待評(píng)價(jià)的北美非常規(guī)油氣區(qū)帶

盆地非常規(guī)區(qū)帶密執(zhí)安盆地AntrimUtica阿巴拉契亞盆地Ohio頁(yè)巖Huron段UticaMacellus西加拿大盆地MontneyDuvernayVikingCardium威利斯頓盆地Bakken二疊盆地WoodfordWolfcampBarnettEagleFordBonespring阿納達(dá)科盆地WoodfordMississipiLimeLowerAtokaShale粉河盆地NiobraraMowryTurnerFrontier墨西哥灣盆地Tuscaloosa

2實(shí)例應(yīng)用

北美非常規(guī)油氣資源較豐富,也是最早進(jìn)入非常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)的地區(qū)。用上述評(píng)價(jià)體系,對(duì)北美8個(gè)重點(diǎn)盆地的23個(gè)非常規(guī)油氣區(qū)帶的地質(zhì)條件和資源情況進(jìn)行打分評(píng)價(jià),區(qū)帶的分布見(jiàn)表3,打分結(jié)果見(jiàn)圖9?？梢钥闯鲆活悈^(qū)包括Eagleford、Montney、Bakken、Mississipi Lime、Duvernay、Bonespring、Wolfcamp、Viking和Macellus等油氣區(qū)帶,其中Eagleford、Bakken和Macellus是美國(guó)較成熟的非常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)區(qū)帶,從圖9可以看出,其地質(zhì)條件較有利,資源規(guī)模和資源豐度也較大,符合勘探開(kāi)發(fā)中對(duì)這三個(gè)非常規(guī)油氣區(qū)帶的認(rèn)識(shí)；二類區(qū)包括墨西哥灣盆地的Tuscaloosa，阿納達(dá)科盆地的Woodford，二疊盆地的Barnett，阿巴拉契亞盆地的Utica，粉河盆地的Niobrara、Turner，西加拿大盆地的Cardium和Antrim等非常規(guī)油氣區(qū)帶,其中Tuscaloosa和阿納達(dá)科盆地的Woodford兩個(gè)非常規(guī)油氣區(qū)帶資源量和資源豐度較大,但地質(zhì)條件稍差,是未來(lái)開(kāi)發(fā)的潛力區(qū)；Cardium、Turner和Antrim三個(gè)區(qū)帶的地質(zhì)條件較好,但資源規(guī)模稍??；三類區(qū)帶包括密執(zhí)安盆地的Utica，二疊盆地的Woodford，粉河盆地的Frontier、Mowry，阿巴拉契亞盆地的Ohio頁(yè)巖Huron段和阿納達(dá)科盆地的Lower Atoka Shale等油氣區(qū)帶,這些區(qū)帶的地質(zhì)條件較差或資源規(guī)模較小,目前沒(méi)有開(kāi)發(fā)潛力。

3結(jié)論

1)非常規(guī)油氣區(qū)帶在勘探選區(qū)評(píng)價(jià)時(shí)具有評(píng)價(jià)參數(shù)多、評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)分散、規(guī)律性不強(qiáng)等特點(diǎn),本文建立了評(píng)價(jià)非常規(guī)油氣區(qū)帶的雙因素半定量模型。模型將非常規(guī)油氣區(qū)帶的勘探開(kāi)發(fā)潛力用地質(zhì)條件和資源情況兩個(gè)因素來(lái)描述,可以清晰地揭示待評(píng)價(jià)非常規(guī)區(qū)帶的潛力和挑戰(zhàn),為合理選擇潛力區(qū)提供依據(jù)。此外,本文用概率分析的方法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的打分標(biāo)準(zhǔn),可以有效解決各評(píng)價(jià)參數(shù)數(shù)據(jù)分散、不確定性大等特點(diǎn),給評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定提供理論基礎(chǔ)。

2)根據(jù)本文的選區(qū)評(píng)價(jià)方法對(duì)北美23個(gè)非常規(guī)油氣區(qū)帶進(jìn)行評(píng)價(jià),結(jié)果顯示該方法可有效區(qū)分出不同勘探潛力等級(jí)的非常規(guī)油氣區(qū)帶。同時(shí)通過(guò)目前已投入開(kāi)發(fā)的非常規(guī)區(qū)帶的評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出,本文的評(píng)價(jià)方法是可靠的。

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收稿日期：2016-02-29

作者簡(jiǎn)介：谷寧(1972-)，女，黑龍江大慶人，高級(jí)工程師，博士，主要從事海外油氣資源評(píng)價(jià)工作。

DOI:10.3969/j.issn.1006-5539.2016.03.015