基于概率分析的非常規油氣選區方法

谷　寧　郭金瑞　李　慶

1.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院,　北京　100083；2.中國石油天然氣股份有限公司規劃總院,　北京　100083

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基于概率分析的非常規油氣選區方法

谷寧1郭金瑞1李慶2

1.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院,北京100083；2.中國石油天然氣股份有限公司規劃總院,北京100083

摘要：為有效篩選出具有開發潛力和經濟效益的非常規油氣區帶,有必要在統一標準下建立非常規油氣的選區模型。在研究非常規區帶石油地質特征的基礎上,分析了控制非常規油氣資源成藏和開采的關鍵因素,建立了以地質條件和資源情況為評價對象的雙因素半定量評價模型；通過分析北美23個非常規區帶中每個評價參數的概率分布特征及有利區取值要求,確定模型中各參數評價的指標體系,并據此對待評價區帶的地質條件和資源情況兩個因素進行打分評價。通過對資源潛力較大和儲層特性認識較深的已開發非常規油氣區帶的開發效果評價,驗證了用地質條件和資源情況兩個因素來描述非常規區帶所建立的選區評價模型，可以清晰地揭示待評價非常規區帶的開發潛力；采用概率分析的方法確定各參數的評價指標,有效解決了非常規油氣評價中參數不確定性大的問題,更適合非常規油氣資源的選區評價。

關鍵詞：非常規油氣；勘探選區；概率分布

0前言

近年來,海外非常規油氣項目逐漸增多,如何在眾多海外非常規資源中選擇具有良好開發潛力的項目成為石油公司在海外投資方面亟待解決的問題。

目前勘探開發關注的主要非常規資源包括致密油、致密氣、頁巖氣、煤層氣等。非常規油氣藏在成藏特征，儲層性質，油氣賦存方式及油、氣、水關系等多個方面與常規油氣藏不同[1-6]。在成藏特征方面,非常規油氣成藏的重要標志是非浮力聚集[2],表現為大面積廣泛分布、局部富集的特點。非常規油氣藏通常源儲共生或近源,沒有明顯的圈閉邊界,流體分異差,無統一油水界面。在儲層性質方面,非常規油氣儲層通常物性較差[7-10],以納米級孔喉為主,孔喉結構復雜,滲透率小于0.1×10-3μm2,非均質性強[10-13]。在油氣賦存方式方面,非常規油氣可以游離態、吸附態和溶解方式存在于有機質、黏土顆粒及孔隙表面,流動機制復雜多樣。這些特點使非常規油氣藏的勘探選區評價方法也必然與常規油氣藏的勘探選區評價方法不同。非常規油氣藏選擇有利區主要取決于是否發育大規模優質成熟烴源巖、是否有利于開采以及可采資源的規模是否足夠大。

從各石油機構和公司陸續公布的不同非常規油氣藏有利區的界定標準來看,“優質成熟烴源巖”幾乎是所有有利區界定標準中所關注的最重要的指標,代表參數包括非常規油氣藏的總有機碳含量、成熟度等,在美國能源信息署(EIA)、美國地質調查局(USGS)等機構及各石油公司的有利區評價指標中都包含這兩個參數。其次非常規油氣藏發育的規模也是重要的有利區評價指標,代表參數為含油氣儲層的凈厚度,在EIA、USGS、Exxon Mobil、BP和Chevron公司的評價指標中都包括這一參數[14]。由于非常規油氣藏通常滲透率較低,儲層物性不好,需要采用水力壓裂等特殊的開采技術進行開采[15-17],其采收率受儲層條件的影響很大,因此儲層條件是否有利于油氣開采也成為有利區評價指標中的重要參數[18],如美國能源信息署(EIA)認為,海相沉積的頁巖黏土含量低,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,不利于壓裂,因此將海相沉積作為其有利區選擇的標準；BP公司和Chevron公司的標準中則直接將儲層巖石的礦物成分作為界定指標；考慮到隨著儲層埋深的增加,開采難度和開采成本也相應增加,BP公司和Exxon Mobil也將儲層埋深作為有利區的界定指標。

因此,非常規油氣藏有利區的評價標準具有如下特點：同時考慮油氣賦存的地質條件和對油氣開采有影響的儲層條件；有利區選擇的指標較常規油氣有利區選擇的影響參數明顯增多；不同公司采用不同的指標,但目前尚不具備相對統一的評價標準。

本文以非常規油氣藏有利區的主控因素為基礎,在分析國內外非常規油氣藏選區方法及評價特點的基礎上,將非常規油氣藏的勘探選區標準分為地質條件和資源情況兩個因素,用11個評價參數來表征；在此基礎上,提出了根據各參數的概率分布特點和取值要求確定非常規油氣選區評價的指標體系,力圖建立更客觀的評價指標體系,在相對統一的標準下優選非常規油氣有利區帶,為進一步勘探開發提供依據。

1評價體系的建立

1.1評價參數的選取

非常規油氣藏勘探選區的目的在于選擇地質條件有利于油氣生成、保存,還要易于開發的潛力區域,同時為了使未來項目開發能夠具有經濟性,潛力區域的資源量和資源豐度還要達到一定的規模。因此,本文考慮地質條件和資源情況兩個因素,建立了雙因素、3類、11個評價參數的非常規油氣藏勘探選區體系(表1)。

地質條件中考慮非常規油氣藏的烴源巖和儲層兩類評價指標,烴源巖類參數主要通過烴源巖質量參數來評價區帶的油氣生成能力,包括烴源巖的總有機碳含量和成熟度兩個參數。總有機碳含量是衡量烴源巖生烴潛力的重要參數[19],在其它條件相近的前提下,巖石中有機質的含量越高,其生烴能力越高；同時在頁巖氣等非常規資源中,有機質作為吸附氣的重要載體,其豐度與儲層內的油氣資源量密切相關。有機質只有達到一定的熱演化程度才能生成油氣,因此熱成熟度也是評價烴源巖質量的重要指標。儲層類評價參數主要評價非常規區帶對油氣的儲集能力及油氣的開采潛力,包括儲層的孔隙度、滲透率、黏土含量、埋藏深度和厚度。儲層的孔隙度和厚度越大,儲集的油氣就越多；巖石的滲透率越大、埋藏深度越淺,油氣開采就越容易；非常規油氣儲層通常為低孔低滲,需要采用水力壓裂等增產措施來開發,因此其黏土含量越低,塑性越小,越有助于提高壓裂效果,進而提高非常規油氣藏的采收效率。

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個參數來表示。只有達到一定資源規模的非常規油氣藏才具有開采價值,因此油氣資源量是衡量一個油氣藏資源潛力的重要指標；同時非常規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層中只有找到油氣豐度較高的甜點區,才能使其勘探開發具有經濟效益。

表1非常規油氣藏選區體系

評價因素指標分類評價指標地質條件烴源巖儲層總有機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評價模型的建立

將每個評價參數分為1～0.75、0.75～0.5、0.5～0.25、0.25～0等4個等級進行打分(表1),分別建立每個待評價非常規區帶的地質條件和資源情況兩個因素的定量化指標:

(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)

根據式(1)和(2)分別計算待評價非常規區帶地質條件和資源情況的得分,并將其點在地質條件得分和資源情況得分的雙因素坐標圖中(圖1),將地質條件和資源情況得分都不小于0.5的區帶定為Ⅰ類區帶,代表其地質條件有利于對該區帶油氣藏成藏及進行開發,其資源規模也較大；將地質條件和資源情況得分都不小于0.25,但地質條件或資源情況中任一項小于0.5的區帶定為Ⅱ類區帶,這類區帶地質條件或資源情況較一類區帶差,但仍有潛力；其余為Ⅲ類區帶,代表其地質條件或資源狀況較差,目前尚不具有開發的潛力。

圖1　區帶雙因素選區評價模型

1.3評價指標的確定

為了對1.2中地質條件和資源情況進行打分評價,需要首先建立表1中11個評價指標的打分指標。

1.3.1數據的分布特征

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、密執安盆地和阿巴拉契亞盆地等盆地中非常規油氣區帶的油氣藏特征參數,以總有機碳含量(圖2)，氣、油的成熟度(圖3、4)及儲層孔隙度(圖5)等參數為例可以看出,不僅不同的非常規油氣藏之間評價參數變化較大,同一非常規油氣藏內部,各參數的變化范圍也很大,反映非常規油氣藏成藏的特征參數不確定性大、規律不明顯。為在這些分散的數據中找出其規律,從而確定各參數的打分評價指標,本文對上述非常規油氣藏參數進行了統計分析。

圖2　總有機碳含量分布范圍

圖3　非常規氣成熟度分布范圍

圖4　非常規油成熟度分布范圍

圖5　儲層孔隙度分布范圍

1.3.2評價指標等級標準的確定

用概率分析的方法對北美23個非常規油氣藏中各評價參數進行分析,根據數據分布特點和取值要求,大致可將表1中的11個評價參數分為3種類型來確定打分指標。

圖6　總有機碳含量累積概率分布

b)數據分散,在某一峰值區間數據取最佳值。這類數據的評價指標可以采用相對概率分布確定,如反映熱成熟度的鏡質體反射率,其只有在生油窗和生氣窗內時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。以氣源巖的鏡質體反射率為例(圖7),根據其相對概率分布曲線,取相對概率最大的區間為1～0.75

圖7　氣源巖成熟度的相對概率分布

表2評價指標的等級標準

評價因素評價指標指標區間1～0.750.75～0.50.5～0.250.25～0地質條件總有機碳?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

分值的區間,以最佳區間為中心,向外擴一個區間為0.75～0.5分值區間,再向外擴一個區間為0.5～0.25區間,以此類推,作為氣源巖成熟度的打分標準(表2)。

c)如果所獲得的數據少,不足以進行統計分析,取值要求越大越好,則采用階梯分級的方法。這類數據包括油的可采資源豐度、氣的可采資源豐度等數據。以天然氣的可采資源豐度為例,其確定打分等級的方法采用階梯分級的方法(圖8),對應得到天然氣可采資源豐度的打分標準(表2)。

根據上述方法確定的各指標的等級標準見表2。

圖8　天然氣可采資源豐度等級的確定方法

圖9　非常規油氣區帶打分評價結果

表3待評價的北美非常規油氣區帶

盆地非常規區帶密執安盆地AntrimUtica阿巴拉契亞盆地Ohio頁巖Huron段UticaMacellus西加拿大盆地MontneyDuvernayVikingCardium威利斯頓盆地Bakken二疊盆地WoodfordWolfcampBarnettEagleFordBonespring阿納達科盆地WoodfordMississipiLimeLowerAtokaShale粉河盆地NiobraraMowryTurnerFrontier墨西哥灣盆地Tuscaloosa

2實例應用

北美非常規油氣資源較豐富,也是最早進入非常規油氣開發的地區。用上述評價體系,對北美8個重點盆地的23個非常規油氣區帶的地質條件和資源情況進行打分評價,區帶的分布見表3,打分結果見圖9。可以看出一類區包括Eagleford、Montney、Bakken、Mississipi Lime、Duvernay、Bonespring、Wolfcamp、Viking和Macellus等油氣區帶,其中Eagleford、Bakken和Macellus是美國較成熟的非常規油氣開發區帶,從圖9可以看出,其地質條件較有利,資源規模和資源豐度也較大,符合勘探開發中對這三個非常規油氣區帶的認識；二類區包括墨西哥灣盆地的Tuscaloosa，阿納達科盆地的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等非常規油氣區帶,其中Tuscaloosa和阿納達科盆地的Woodford兩個非常規油氣區帶資源量和資源豐度較大,但地質條件稍差,是未來開發的潛力區；Cardium、Turner和Antrim三個區帶的地質條件較好,但資源規模稍小；三類區帶包括密執安盆地的Utica，二疊盆地的Woodford，粉河盆地的Frontier、Mowry，阿巴拉契亞盆地的Ohio頁巖Huron段和阿納達科盆地的Lower Atoka Shale等油氣區帶,這些區帶的地質條件較差或資源規模較小,目前沒有開發潛力。

3結論

1)非常規油氣區帶在勘探選區評價時具有評價參數多、評價數據分散、規律性不強等特點,本文建立了評價非常規油氣區帶的雙因素半定量模型。模型將非常規油氣區帶的勘探開發潛力用地質條件和資源情況兩個因素來描述,可以清晰地揭示待評價非常規區帶的潛力和挑戰,為合理選擇潛力區提供依據。此外,本文用概率分析的方法確定各評價指標的打分標準,可以有效解決各評價參數數據分散、不確定性大等特點,給評價指標的確定提供理論基礎。

2)根據本文的選區評價方法對北美23個非常規油氣區帶進行評價,結果顯示該方法可有效區分出不同勘探潛力等級的非常規油氣區帶。同時通過目前已投入開發的非常規區帶的評價結果可以看出,本文的評價方法是可靠的。

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收稿日期：2016-02-29

作者簡介：谷寧(1972-)，女，黑龍江大慶人，高級工程師，博士，主要從事海外油氣資源評價工作。

DOI:10.3969/j.issn.1006-5539.2016.03.015