致密油地質風險分析方法與流程初探

汪少勇，王社教，李登華，鄭 曼，武 娜

(中油勘探開發研究院，北京 100083)

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致密油地質風險分析方法與流程初探

汪少勇，王社教，李登華，鄭 曼，武 娜

(中油勘探開發研究院，北京 100083)

非常規連續型致密油資源勘探潛力巨大，但由于儲層致密、資源豐度低等因素，仍需要進行地質風險分析。由于石油聚集方式不同，常規的以圈閉為核心的地質風險分析流程并不適用于“連續聚集”的致密油資源，但二者在風險評價方法上有許多相似性。國內外已建立了較為成熟的常規油氣地質風險分析流程與方法，采用地質分析、概率統計的方法定性識別、定量估計成藏地質要素及過程的不確定性。致密油的地質資源豐度一般較低，在其分布范圍內并不是所有井都能鉆遇工業油流，其地質風險分析需與鉆井技術、經濟分析相結合。影響致密油富集及經濟開發的4個獨立的風險因素分別是烴源巖有效性、儲層物性、“甜點”分布控制要素、當前技術水平及開發因素。按照地質分析的順序，致密油風險分析的流程分為5個步驟，分別為定向、定源、定儲、找甜點和定產能。烴源巖是否優質有效、儲層含油是否充足、儲層產能能否達到經濟下限是致密油地質風險分析的重點。

致密油；地質風險分析；分析方法；分析流程

引 言

北美目前已發現Williston、Western Gulf、Permian 等近20個致密油盆地，預計致密油可采資源量為18×108t[1-4]。致密油巨大的資源潛力及產量的飛速增長使其成為當前最熱門的石油勘探領域。中國陸相盆地也具有很好的致密油勘探前景，鄂爾多斯、四川、準噶爾等多個盆地的致密油勘探均取得重要進展，估算的地質資源量可達155×108t，可采資源量在10×108t以上[3-6]。致密油形成的地質條件與常規石油有較大差別，盡管致密油具有“連續聚集性”，但由于儲層的低孔、低滲性，其資源豐度通常較低，并不是每口致密油井都能獲得有經濟效益的產量[6-7]。常規油氣地質風險分析主要關注圈閉是否成藏，而非常規致密油因其連續聚集特征，在地質風險分析時，除了需要識別成藏要素是否有利外，還要關注與油井產能有關的地質風險。在前人總結致密油地質特征的基礎上，通過調研常規油氣地質風險分析方法，首次對致密油地質風險分析要素、各要素定性與定量的風險分析方法做了簡要介紹，并探討了致密油地質風險分析流程。

1 致密油地質特征

1.1 對致密油概念的理解

目前不同學者和機構對致密油有不同定義，大體分為廣義定義和狹義定義2種[8-10]。致密油對應的英文翻譯為“tight oil”或“shale oil”，北美在致密油勘探初期稱致密油為“shale oil”，指賦存于優質生油巖之內或與之緊鄰的細粒沉積儲層(頁巖也為細粒沉積的一種)中的石油，由于“shale oil”對應的中文翻譯為“頁巖油”，因此，研究初期乃至現今，不少學者和機構將致密油等同于頁巖油。而實際上，以泥巖為主的純頁巖對致密油產量的貢獻極少，在頁巖中裂縫不發育的前提下，目前沒有發現頁巖基質孔隙產油的實例，實際的致密油產層主要為致密碳酸鹽巖或致密砂巖[1，11-13]。國外將從油頁巖(oil shale)中萃取出來的石油也稱為“shale oil”，一般翻譯為油頁巖油，不可將其與頁巖油或致密油定義混淆。2012年以來，國外越來越多的文獻報告中開始使用“tight oil”來代替“shale oil”，特指聚集在鄰近(源外)或夾持(源內)在富有機質烴源巖的致密砂巖或致密灰巖中的石油，而且，根據致密油一般油質較輕的特征，加拿大學者將其稱為“light tight oil”，簡稱LTO，翻譯為輕質致密油[14-17]。筆者認為，對“shale oil”的歧義認識根源于對“shale”一詞的不清晰理解，按字面意思翻譯，shale應該是指由細粒的黏土顆粒和其他以方解石和石英為主的礦物組成的具頁理的巖石，而實際上，國外與油氣有關的“shale”應該理解為沉積物顆粒較小的細粒沉積，主要由黏土和粉砂碎屑組成，也包含碳酸鹽、生物硅質等顆粒。一般而言，“shale”儲層可分為3種，對應于3類不同的油藏：①裂縫發育的頁巖，形成常規的裂縫型泥頁巖油藏；②致密的灰泥質頁巖，形成非常規頁巖油藏；③頁巖類致密混合巖，此類頁巖附近或頁巖段中常發育其他致密巖類，如碳酸鹽巖、粉砂巖、砂巖、硅質巖、白云質巖等，以北美Williston盆地的Bakken組為典型代表，這類儲集體中發育的即為致密油[18-19]。

1.2 致密油聚集特征

致密油、頁巖氣等非常規油氣資源又稱“連續型油氣聚集”，許多學者[3-7，20-21]對致密油的地質特征作了詳細介紹，表1列出了國內外典型致密油區的地質特征。

表1 國內外典型致密油地質特征

致密油的連續聚集特征與特低資源豐度性與常規資源顯著不同。國內外已發現的致密油地質資源豐度為1×104～100×104t/km2，大多數盆地致密油地質資源豐度在20×104～40×104t/km2之間，屬于低—特低豐度資源。油井試油產量可以很高，最高可達幾百噸，但致密油井一般從開始生產即遞減，油井穩產期的產量多在1～10 t/d之間。在致密油分布范圍內并不是所有井都能鉆遇工業油流，儲層局部物性較好及裂縫發育區地質資源豐度高，有利于油井高產，為俗稱的“甜點”。因此，盡管致密油在大范圍內具有連續分布特征，為取得勘探成功，仍需要進行地質風險分析。

2 地質風險分析方法

2.1 對地質風險的理解

由于人類對客觀世界由淺入深的認識規律性及地下地質情況的不確定性，加上各種勘探技術手段分辨率和精度的限制，地質人員對地下地質特征的認識只能“逼近”而不能完全再現[22-23]。所以，地質風險(可能導致勘探失利的地質因素)一直存在于油氣勘探活動中，在油氣勘探決策時，進行地質風險分析是很有必要的[24-25]。

地質風險是指油氣藏或“連續的”油氣聚集不存在的概率，與之相對的是地質成功率Pg，即烴源巖、儲層、圈閉、成藏匹配等相互獨立的地質要素都有利的聯合概率，從這個意義上講，地質風險是一個客觀存在的概率值。

對于常規油氣藏，若鉆井未獲工業油氣流，或發現的圈閉油藏規模在給定的最小油藏規模之下，則可認為油氣藏不存在[26]。而對于“連續分布”的致密油資源，其地質成功率理論上應該是100%(圖1)。而實際上，在評價地質風險時，除了考慮其富集條件外，還需考慮其“非常規性”，即致密儲層能否提供有經濟效益的產能。所以致密油的地質風險分析還需關注與鉆井、開發、產能相關的地質要素[27-28]。

常規的以圈閉為核心的地質風險分析流程并不適用于致密油資源，但致密油分布仍然受優質烴源巖及有利儲層的控制，二者在風險評價方法上有許多相似性。據此，可以借鑒常規油氣地質風險分析方法，通過分析影響致密油勘探成功的因素，探討致密油地質風險分析的流程。

2.2 常規油氣地質風險分析

目前，國內外針對常規油氣資源地質風險分析的方法較為成熟，常采用概率統計的方法研究地質參數的不確定性，以鉆后信息反饋來檢驗風險分析結果[29-45]。常規的地質風險評價以圈閉為基本單元，通過地質風險識別、風險估計與評價等步驟，分析圈閉成藏要素及過程存在的概率，進而計算整個圈閉油氣的賦存概率。需要注意的是，聯合概率計算時相乘的各因素必須是獨立的隨機變量。不同學者[32-37]對哪些成藏要素及過程是獨立隨機的有不同看法，但大體上都可以歸納為烴源巖品質、儲層儲集能力、圈閉保存條件、成藏過程匹配四大類。在風險估計與評價中，概率論和統計論的方法貫穿風險分析始終。

2.3 致密油地質風險分析

盡管常規的風險評價流程并不適用于非常規資源，但非常規致密油資源仍然受優質烴源巖及有利儲層的控制，烴源巖的豐度、成熟度，儲層的物性、產能等因素對致密油的成功開發影響巨大[5-7]。致密油地質風險分析的主要內容也包括風險識別、風險估計和評價，常規油氣地質風險識別、風險估計的方法仍適用于非常規致密油資源。但由于致密油的聚集特征與常規油不同，二者的地質風險評價因素有一定差別。

2.3.1 致密油地質風險因素及風險識別

致密油的勘探開發是石油勘探領域由“源外”向“源內”，研究對象由易開發的常規儲層向難開采的非常規儲層的轉變。目前，世界上少有完全未被勘探的盆地，已發現的致密油都位于勘探程度較高盆地的“源內”地區。所以，在分析致密油的地質風險時，要充分利用研究區已有的地質資料，分析影響致密油富集及經濟開發的主要因素，定性分析影響“甜點”存在的有利和不利因素，定量確定各因素存在的概率，估算大面積分布的致密油聚集中“甜點”存在的地質風險。

對于已進行較多常規油氣勘探的研究區，致密油風險識別的流程可以分為5個步驟(圖2)：①“定向”，即確定致密油的有利勘探方向。由致密油形成的地質特征及定義，根據已有的地質資料，可以很容易地確定烴源巖的生烴中心及源儲緊鄰或源儲互層段的發育位置，該位置即為致密油的有利勘探區。由于在常規油氣勘探過程中，研究區已有較多的地質分析資料，因此，該步驟可以明確致密油發育的有利條件是否存在，若存在有利勘探區，則進行下一步分析；若不存在，則致密油賦存的地質風險為1。②“定源”，即確定烴源巖的有效性及范圍。致密油的形成需要廣覆式優質成熟生油巖生成足量的烴類并產生足夠的生烴增壓驅使烴類進入致密儲層，烴源巖的TOC一般需大于2%，Ro為0.6%～1.3%，根據這2項指標，可以劃分出致密油分布的可能范圍。該步驟的地質風險主要集中在烴源巖的有效性上，若優質成熟烴源巖不存在，則致密油的地質風險極高。③“定儲”，即確定致密儲層的分布范圍。根據致密油定義(SY/T 6943-2013)，致密儲層是指空氣滲透率小于2×10-3μm2的致密碳酸鹽巖、致密砂巖，一般情況下，這些致密儲層對應的孔隙度在12%以下。在該步驟中，對于滲透率大于2×10-3μm2的非致密儲層，應具體情況具體分析，若致密儲層分布范圍及儲層厚度都較大，應將其以常規儲層對待，為常規巖性油藏的勘探范疇。若致密儲層的分布局限、厚度較小，可以將其看成是致密儲層中的“甜點”。④“找甜點”，即確定致密儲層中裂縫發育、易于壓裂改造段的位置。“甜點”可分為工程甜點和地質甜點兩部分，工程甜點適于壓裂改造，由儲層中的脆性礦物含量、地應力及各項異性等地質因素控制，地質甜點由裂縫發育、較好儲層物性控制。若致密儲層裂縫不發育、不適于壓裂改造，則難開發，地質風險極高。⑤“定產能”，即確定致密油單井EUR(最終估算的可采儲量)的大小。單井EUR是一個綜合體現了儲層含油性與工程、開發技術性的參數，它反映的是在現有的開發技術下，致密儲層中每口井最終能采出的油量大小。若單井EUR小于研究區給定的最小經濟產量，則致密油的勘探風險高。

圖2 致密油地質風險識別流程

2.3.2 致密油地質風險估算方法

由前文研究可知，烴源巖有效性與儲層含油、產油能力是致密油地質風險分析中需要注意的2個最重要的因素。致密油的地質特征決定了其在地質風險分析時，不需過多考慮圈閉是否存在、保存條件是否有利、油氣運移與聚集在時空上是否匹配等因素，只需關注兩大方面的問題：一是烴源巖是否優質有效，能否生成足量的烴類以形成規模的致密油聚集；二是儲層含油能力如何，在現有技術水平下能否產出具經濟效益的油流。

烴源巖有效性與儲層物性是2個相互獨立的因素，控制“甜點”分布的要素，如儲層的礦物組成、裂縫發育、地應力與各向異性、斷裂發育情況等又與儲層物性無直接聯系，反映儲層產油能力的參數——單井EUR除與儲層物性、“甜點”分布要素等地質因素相關外，還與當前的完井成功率、生產井類型、開發方案等密切相關。由此，可以將影響致密油富集及經濟開發的風險因素歸結為4個獨立的方面，分別是烴源巖有效性、儲層物性、“甜點”分布控制要素、當前技術水平及開發因素。

表2為一個估算致密油有利地質因素存在概率的示例，子因素的權重由特爾菲法確定，權重值的大小可以根據專家經驗給定，也可以通過層次分析的方法經過各因素重要性的比較得出，還可以通過確定各子因素在油氣聚集(油井集合)和無油氣聚集(干井集合)總體中的相關性來確定。以烴源巖為例，在影響烴源巖有效性的所有因素中，有機碳含量(TOC)和烴源巖熱成熟度(Ro)是2個最主要的因素，其次為干酪根類型，對于已經指明勘探方向的致密油區來說，烴源巖分布面積對風險影響不大，烴源巖的厚度也可以由高TOC互補，根據給定的參考值，烴源巖面積、厚度、Ro有利存在的概率都是100%，即無影響致密油形成的風險因素。而通過概率統計的方法，得到該區烴源巖TOC大于2%的概率只有70%，有機質干酪根位于Ⅱ1型以上的概率只有80%。根據給定的各子因素權重，計算的烴源巖有效性概率為87%。同理估算儲層物性、甜點要素、開發技術的有利概率，得到概率分別為74%、72%和84%。根據聯合概率的計算公式，這4個要素均有利的概率為38.9%，則致密油的地質風險為61.1%。

表2 致密油有利地質因素存在的概率(表中概率值為示例數據)

在地質風險定量估值時，不能直接統計的定性參數，如面積、裂縫發育程度、保存有利性、地應力及各向異性等，常設定一個下限值或基準值，然后采用專家經驗法或特爾菲法給出估算值。能通過統計得到概率的定量參數，一般通過概率統計的方法得到其概率值，如以10 000 t為單井勘探成功的EUR下限，則根據研究區內單井EUR的頻率分布圖，可知單井勘探成功的概率為38.6%(表3)。對于不能直接通過統計計算概率的定量參數，可以采用模糊數學、貝葉斯概率估計的方法，給出估計的概率值[46-47]。以TOC的模糊判別為例，根據致密油的評價標準，TOC等于2%是有效烴源巖的下限，則TOC小于2%的烴源巖為較差烴源巖，致密油地質風險高，TOC介于1%～3%之間的為中等豐度烴源巖，TOC大于2%的烴源巖為優質烴源巖。若某塊樣品的測試TOC值為2.25%，則其屬于優質烴源巖的概率為25%，屬于中等烴源巖的概率為75%(圖3)。

表3 EUR頻率統計分布

圖3 TOC的隸屬函數分布及模糊取值示意圖

3 結 論

(1) 雖然致密油具有連續型聚集特征，但由于致密儲層具有特低孔、特低滲特征，其地質資源豐度通常較低，開采難度大，成功勘探的地質風險依然很高，需要進行地質風險分析。在評價地質風險時，除了考慮其富集條件外，還需考慮其“非常規性”，即致密儲層能否提供有經濟效益的產能，所以致密油的地質風險分析還需關注與鉆井、開發、產能相關的地質要素。

(2) 由于石油聚集方式不同，以圈閉為核心的地質風險分析并不適用于“連續聚集”的致密油資源，但二者在風險評價方法上有許多相似性。國內外已建立了較為成熟的常規油氣地質風險分析流程與方法，采用地質分析、概率統計方法定性識別、定量估計成藏地質要素及過程的不確定性。

(3) 致密油風險識別的流程按照地質分析的順序可以分為5個步驟，分別是：確定有利勘探方向，簡稱定向；劃分優質烴源巖范圍，簡稱定源；尋找有利勘探的致密儲層，簡稱定儲；根據成藏配套條件及儲層含油性尋找甜點；估算單井的最終可采儲量(EUR)，確定EUR下限，簡稱定產能。

(4) 影響致密油富集及經濟開發的4個獨立的風險因素分別是烴源巖有效性、儲層物性、“甜點”分布控制要素、當前技術水平及開發因素。每個因素又由若干個子因素組成，通過確定子因素的權重得到各獨立風險因素的概率值，獨立風險因素的聯合概率即為總的地質風險。

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編輯 劉兆芝

20150114；改回日期：20150407

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發”(2011ZX05028-002)；中國石油天然氣集團公司重大專項“四川盆地侏羅系石油勘探開發關鍵技術研究”(2012E-2601)；中國石油天然氣集團公司重大專項“油氣資源評價——中國石油第四次油氣資源評價”(2013E-0502)

汪少勇(1988-)，男，2010年畢業于長江大學資源勘查工程專業，現為該校油氣資源工程專業在讀博士研究生，主要從事油氣資源評價研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.001

P618.13

A

1006-6535(2015)03-0001-07