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    油氣成藏體系地質(zhì)風(fēng)險評價方法探討 成藏體系(區(qū)帶)綜合評價

    徐忠美1,2 盛秀杰1,2 唐文蓮2

    (1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083;

    2.中國石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,北京 102249)

    摘 要 油氣勘探是一項高風(fēng)險、高投入、高收益的活動,如何采用有效的技術(shù)來規(guī)避或降低勘探風(fēng)險一直是國際石油公司研究的重點(diǎn)。本文探討了基于油氣成藏體系理論的地質(zhì)風(fēng)險因子,通過成藏要素的分析來建立地質(zhì)風(fēng)險評價參數(shù)體系;在參數(shù)體系建立的基礎(chǔ)上,根據(jù)評價區(qū)勘探程度的不同,分別采用概率法、層次分析法、風(fēng)險模擬等多種方法來開展地質(zhì)風(fēng)險分析。

    關(guān)鍵詞 成藏體系 風(fēng)險評價 概率法 層次分析法 風(fēng)險模擬

    Geological Risk Assessment Method Discussion of

    Petroleum Accumulation System

    XU Zhongmei1,2,SHENG Xiujie1,2,TANG Wenlian2

    (1.Exploration and Production Research Institute,SINOPEC,Beijing 100083,China;

    2.College of Geosciences,China University of Petroleum,Beijing 102249,China)

    Abstract Oil and gas exploration is a activity,which has high risk,high investment and high return.In many oil international exploration company,they focus on how to use effective techniques to avoid or reduce the risk of exploration.This paper discusses the risk assessment method based on the theory of petroleum accumulation system.First,we should establish the geological risk evaluation parameter system based on the theory of petroleum accumulation system.Then,According to the different exploration degree,we canuse the probability method, Analytic Hierarchy Process,risk simulation to carry out the geological risk assessment and optimize the favorable zone.

    Key words petroleum accumulation system;risk assessment;probability method;Analytic Hierarchy Process;Risk simulation

    石油地質(zhì)勘探是一項高風(fēng)險的活動,進(jìn)行科學(xué)的地質(zhì)風(fēng)險分析是油氣勘探的基本內(nèi)容之一。隨著風(fēng)險分析技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,現(xiàn)今多數(shù)大型石油公司和國家石油機(jī)構(gòu)都把風(fēng)險分析作為勘探評價及決策的一項重要且必需的研究內(nèi)容,這對降低勘探成本及提高勘探成功率具有重大意義。

    在油氣勘探中,關(guān)鍵的決策不是鉆探哪個圈閉,而是勘探哪個盆地或區(qū)帶[1]。因?yàn)椋谟蜌饪碧街械拿恳粋€油氣藏都是獨(dú)特的——是所有地質(zhì)因素的復(fù)雜結(jié)合。同時,油氣藏通常成群出現(xiàn)并具有一定的規(guī)律性。掌握了這些規(guī)律性,那么我們就有了開啟油氣勘探秘密的鑰匙。

    因此,地質(zhì)學(xué)家通過不同的視角或地質(zhì)理論來揭示其地質(zhì)規(guī)律,以此來規(guī)避地質(zhì)風(fēng)險。常用的方法包括:以油氣產(chǎn)生過程為主線的 “生、儲、蓋、運(yùn)、圈、保” 分析;以烴源巖為中心的 “含油氣系統(tǒng)分析”;以系統(tǒng)論為指導(dǎo)的 “油氣成藏體系評價”。

    1 油氣成藏體系定義及風(fēng)險因子識別

    1.1 油氣成藏體系概念及內(nèi)涵

    油氣成藏體系(petroleum accumulation system,PAS)是地表以下含油氣的自然系統(tǒng)[2-4]。它包括了形成油氣藏的一切必要元素以及這些要素之間的有效配置結(jié)構(gòu)。其中的成藏要素包括烴源體、輸導(dǎo)體和圈閉體,要素之間的有效配置能夠產(chǎn)生任何單一元素所不具備的功能——形成油氣藏。油氣成藏體系概念具有以下內(nèi)涵:(1)元素—結(jié)構(gòu)—功能,體現(xiàn)了系統(tǒng)論思想與石油地質(zhì)研究的緊密結(jié)合,也是油氣成藏體系研究的主要內(nèi)容;(2)三大成藏要素中,烴源是物質(zhì)基礎(chǔ),圈閉是勘探目標(biāo),疏導(dǎo)是紐帶,強(qiáng)調(diào)了二者之間相互關(guān)聯(lián)、相互制約的 “系統(tǒng)性” 綜合方法;(3)結(jié)構(gòu)研究采用 “源位匹配” 的思路,不同結(jié)構(gòu)的油氣成藏體系研究的內(nèi)容、重點(diǎn)和思路均有差異;(4)功能(形成油氣藏)是油氣成藏體系研究的核心,是烴源、輸導(dǎo)、圈閉三者相互作用的結(jié)果,并隨時間在空間發(fā)生變化。

    1.2 地質(zhì)風(fēng)險因子識別

    以系統(tǒng)論為指導(dǎo)的 “油氣成藏體系” 地質(zhì)風(fēng)險評價,地質(zhì)單因素選取是定量評價的基礎(chǔ)。油氣成藏體系中,油氣藏的形成主要取決于3個方面——優(yōu)質(zhì)烴源是油氣藏形成的物質(zhì)基礎(chǔ),完好的區(qū)域蓋層是油氣富集的關(guān)鍵,優(yōu)質(zhì)儲層與大型圈閉的配套。

    據(jù)此,進(jìn)一步梳理成藏要素的評價因子。構(gòu)成烴源體的地質(zhì)單因素包括有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)類型、成熟度、烴源巖厚度、供烴面積系數(shù)和生烴強(qiáng)度等;構(gòu)成輸導(dǎo)體的地質(zhì)單因素有輸導(dǎo)層類型、供烴方式、運(yùn)移距離、生運(yùn)聚的時間匹配、生儲蓋配置等;構(gòu)成圈閉體的地質(zhì)單因素有圈閉類型、圈閉面積系數(shù)、圈閉幅度、儲層沉積相、儲層孔隙度、儲層滲透率、儲層埋深、蓋層厚度、蓋層巖性及斷裂破壞程度等。

    2 油氣成藏體系地質(zhì)風(fēng)險評價方法

    根據(jù)勘探程度的不同,可以選擇不同方法來開展油氣成藏體系地質(zhì)風(fēng)險評價。其中,針對低勘探程度區(qū),由于資料有限和認(rèn)識不足,可以基于概率論來開展快速評價和優(yōu)選;針對中低勘探程度地區(qū),在深入開展成藏要素及評價因子分析的基礎(chǔ)上,可以選擇層次分析法來開展地質(zhì)風(fēng)險評價;針對高勘探程度區(qū),盡可能結(jié)合各種勘探信息和成果,基于成藏理論來開展地質(zhì)風(fēng)險模擬。

    2.1 基于概率論的地質(zhì)風(fēng)險評價

    概率論以及現(xiàn)代決策等理論引入石油資源評價,使得地質(zhì)學(xué)家們在認(rèn)識和方法上產(chǎn)生了一個飛躍。能將所謂靈感或直接的、唯理或機(jī)制的、唯象或統(tǒng)計的兩種思路結(jié)合在一起,用于勘探實(shí)踐。針對地質(zhì)研究的 “不定性” ——其實(shí)質(zhì)就是 “隨機(jī)性”,采用概率方法能有效揭示隨機(jī)地質(zhì)現(xiàn)象的統(tǒng)計規(guī)律。

    概率是指任一事件發(fā)生可能性的數(shù)量陳述,通常用來表示未來事件的不確定性。概率以百分比或者用從0(絕對不可能)到1(絕對肯定)之間的某個數(shù)值來表示。假定事件A的概率記為P(A),則0≤P(A)≤1。在地質(zhì)風(fēng)險分析中,常用的基本概率法則有4條。

    1)任一隨機(jī)事件發(fā)生的概率等于1減去該事件不發(fā)生的概率。

    2)相互獨(dú)立的隨機(jī)事件同時發(fā)生的概率等于每一事件單獨(dú)發(fā)生概率的乘積(乘法定理)。設(shè)事件A1,A2,…,An獨(dú)立,則P(A1,A2,…,An)=P(A1)×P(A2)×…×P(An)。該法則可用來估計地質(zhì)風(fēng)險分析單元的發(fā)現(xiàn)概率。例如,烴源巖、儲層和圈閉是某勘探目標(biāo)含油氣的基本地質(zhì)風(fēng)險因素。在鉆前預(yù)測中,設(shè)A表示事件“烴源存在”,B表示事件 “儲層存在且其孔隙度等于或大于風(fēng)險評價中設(shè)定的孔隙度下限值”,C表示事件 “圈閉存在且其封閉條件良好”。其存在概率依次為0.9、0.8和0.6,則該勘探目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率P為:P=P(A)×P(B)×P(C)=0.9×0.8×0.6=0.432。

    3)兩個互斥事件A、B,事件A +B和的概率等于事件A的概率與事件B的概率之和(加法定理),即:P(A+B)=P(A)+P(B)。如果有兩個事件是一次試驗(yàn)得出的兩種可能結(jié)果,而它們又不能同時發(fā)生,我們就說它們是互斥(互相排斥)的。在油氣勘探中,鉆一口探井是一次試驗(yàn)。這口井是干井或者是發(fā)現(xiàn)了油(或氣),是互相排斥的兩種可能結(jié)果。該井為干井或是有油氣發(fā)現(xiàn)的概率,是這兩個單獨(dú)概率之和:P(油或干)=P(油)+P(干)。

    4)兩個獨(dú)立隨機(jī)事件中至少一個事件發(fā)生的概率,等于1減去這兩個事件均不發(fā)生概率的乘積(組合定理)。例如,某遠(yuǎn)景區(qū)有兩套潛在烴源巖(A和B)。烴源巖A的存在概率P(A)為0.6,烴源巖B的存在概率P(B)為0.3。若該區(qū)某勘探目標(biāo)的油源來自烴源巖A或烴源巖B或同時來自烴源巖A、B,則其烴源巖的存在概率P為:P=1-(1-P(A))×(1-P(B))=1-(1-0.6)×(1-0.3)=0.72。

    2.2 基于層次分析的地質(zhì)風(fēng)險評價

    2.2.1 方法介紹

    層次分析法是根據(jù)問題的性質(zhì)和要求,將問題按層次進(jìn)行分析和求解的一種決策方法,也稱為解析遞階過程(Analytic Hierarchy Process),簡稱AHP法,是美國運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty于20世紀(jì)70年代提出的,是一種定性與定量分析相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法[5,6]。它將決策者對復(fù)雜對象的決策思維過程系統(tǒng)化、模型化、數(shù)學(xué)化,可用于求解多目標(biāo)、多準(zhǔn)則問題,特別是它將決策者的經(jīng)驗(yàn)判斷予以量化,因此,對目標(biāo)(因素)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺乏必要的數(shù)據(jù),甚至是沒有明確的結(jié)構(gòu)問題,都具有廣泛的實(shí)用價值。

    層次分析法的主要思想是:首先根據(jù)問題的性質(zhì)和要達(dá)到的總目標(biāo),將問題按層次分解成不同的因素。同一層次內(nèi)各個不同因素的權(quán)重,可通過他們兩兩之間進(jìn)行成對判斷比較得到。下一層次因素的重要程度,既要考慮本層次,又要考慮上一層次的權(quán)因子。因此,一般要計算組合權(quán)重,并一層一層計算下去,直到最后一層。由于他們的相對重要性在最后都可以算出,則多方案的相對優(yōu)劣也相應(yīng)地清楚了。

    應(yīng)用層次分析法計算油氣成藏體系地質(zhì)風(fēng)險時,首先通過地質(zhì)研究劃分出多個成藏體系或者亞成藏體系(甚至更細(xì)的評價單元)。一個成藏體系或亞成藏體系包含烴源體、輸導(dǎo)體、圈閉體3大功能元素,而每一個元素又是一系列地質(zhì)單因素的集合。這些評價單元與參數(shù)構(gòu)成了成藏體系內(nèi)由高到低的層次組成序列。因此,在進(jìn)行成藏體系定量評價時,遵循由地質(zhì)單因素→元素→聚集單元→亞成藏體系→成藏體系的評價序列(圖1)。如前所述,地質(zhì)單因素的選取及其評價標(biāo)準(zhǔn)的確定是正確定量評價成藏體系的關(guān)鍵。

    圖1 成藏體系定量評價單元及評價參數(shù)

    2.2.2 應(yīng)用實(shí)例

    黃驊坳陷位于冀東平原渤海之濱,構(gòu)造位置處于燕山褶皺帶之南,滄縣隆起以東,埕寧隆起之西,南與濟(jì)陽坳陷毗鄰。其油氣勘探始于1955年,通過40多年的勘探,在黃驊坳陷大港油田探區(qū)已查明了北塘、板橋、歧口、滄市、南皮、鹽山、吳橋等7個有利的生油凹陷,確定了9個潛山構(gòu)造帶、9個斷裂構(gòu)造帶、6個裙邊構(gòu)造帶等24個二級正向構(gòu)造帶。由于探區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,有待進(jìn)一步對控制油氣藏分布、儲量豐度的主要因素進(jìn)行解析。

    根據(jù)前人研究成果[7],黃驊坳陷劃分為4大成藏體系和16個亞成藏體系。按照烴源體、輸導(dǎo)體、圈閉體3大功能元素,進(jìn)一步選擇了22個地質(zhì)因素進(jìn)行成藏體系地質(zhì)風(fēng)險評價。根據(jù)劃分的評價單元,逐一分析了各個評價單元地質(zhì)因素的參數(shù)取值,并進(jìn)一步求取了各個成藏體系的風(fēng)險評價結(jié)果。

    評價結(jié)果表明,中部灘海成藏體系各因素最好,其次是中部板橋-黃驊成藏體系,南部成藏體系較差,北部成藏體系最差(圖2)。

    2.3 基于成藏理論的地質(zhì)風(fēng)險模擬

    2.3.1 方法介紹

    前述兩種地質(zhì)風(fēng)險評價方法主要是針對中低勘探程度。這些方法在區(qū)塊優(yōu)選時具有簡便、快捷的優(yōu)點(diǎn),但是也存在評價結(jié)果不能直接指導(dǎo)勘探部署的問題。這是因?yàn)椋瑢⒃u價對象作為一個整體來評價的研究方法中,一個評價對象只有一個統(tǒng)一的含油氣概率值,無法反映單一評價對象內(nèi)部不同部位含油氣性的差異,導(dǎo)致其無法為中高勘探程度區(qū)的鉆探部署提供更進(jìn)一步的指導(dǎo)。基于此,以White[8,9]為代表的部分學(xué)者通過疊合油氣成藏的各因素,進(jìn)而來定性分析評價區(qū)的地質(zhì)風(fēng)險。同時,Chen等[10,11]提出了基于多元統(tǒng)計、模糊邏輯和貝葉斯的算法來評價地質(zhì)有利性及區(qū)域地質(zhì)風(fēng)險評價的方法,胡素云和郭秋麟[12]在此基礎(chǔ)上對該方法進(jìn)行了發(fā)展和完善。

    本質(zhì)上,地質(zhì)風(fēng)險評價是在鉆井之前定量估計待鉆位置上油氣存在的可能性。在一個成藏體系中,地質(zhì)變量是油氣資源空間分布的特征函數(shù),從統(tǒng)計角度來推測在某一特定位置油氣存在的可能性,實(shí)際上等同于勘探的風(fēng)險計算。與已知總體相似性的比較來確定待探位置上油氣存在的可能性,實(shí)際上是一分類問題。而由于各種不確定性造成的分類錯誤等同于勘探風(fēng)險。通過分析地質(zhì)因素和屬性的分布規(guī)律,采用科學(xué)、合理的統(tǒng)計學(xué)判別分析方法,能客觀地判別未鉆探井的類別——油氣井或干井,進(jìn)而計算待鉆位置的含油氣概率。

    2.3.2 應(yīng)用實(shí)例

    齊家地區(qū)位于大慶長垣西部外圍地區(qū),西至龍虎泡—大安階地東界,工區(qū)主體地處黑龍江省大慶市境內(nèi)。多年的勘探工作表明,該區(qū)為有利的生油凹陷區(qū),油氣資源豐富,生儲蓋匹配合理,在中下部具有良好的找油氣前景。但本區(qū)的油藏條件十分復(fù)雜,埋藏深、物性差、產(chǎn)能低,油水分布復(fù)雜,油藏分布零散;其中,扶楊油層是本區(qū)主要勘探目的層。

    本區(qū)已鉆探249口探井,根據(jù)油氣顯示分為油井和干井兩個總體——油井164口,干井85口。將扶楊油層油氣成藏特征細(xì)化到油源條件、儲層條件、蓋層條件、構(gòu)造條件和運(yùn)移條件,建立整個齊家地區(qū)扶楊油層勘探風(fēng)險評價參數(shù)體系與取值標(biāo)準(zhǔn),并將參數(shù)賦值給每一口樣本井。通過對扶楊油層7個參數(shù)的篩選,設(shè)定有利構(gòu)造指數(shù)、沉積相和孔隙度3個參數(shù)為有效參數(shù)(圖3)。

    圖2 黃驊坳陷四大成藏體系定量評價直方圖

    圖3 扶楊油層地質(zhì)參數(shù)有效性對比分析

    利用馬氏距離和費(fèi)希爾算法,得到齊家地區(qū)扶楊油層含油氣條件概率等值線圖(圖4,圖5)。圖中陰影部分代表已探明、控制或預(yù)測儲量,從圖中可以看出,利用馬氏距離預(yù)測的有利區(qū)與實(shí)際儲量區(qū)疊合較好,說明利用馬氏距離算法預(yù)測油氣有利區(qū)是可行的。

    圖4 扶楊油層馬氏距離含油氣條件概率圖

    圖5 扶楊油層費(fèi)希爾含油氣條件概率圖

    根據(jù)預(yù)測結(jié)果,齊家扶楊有利區(qū)主要為薩西、杏西、杜37-金80井區(qū)和龍28-金396井區(qū);有利區(qū)的成藏概率一般大于70%;主要受到有利構(gòu)造指數(shù)(超壓、斷層)、沉積相和孔隙度的影響。

    3 小結(jié)

    1)石油地質(zhì)勘探是一項高風(fēng)險的活動,地質(zhì)風(fēng)險評價的重點(diǎn)是選擇合適勘探區(qū)帶,進(jìn)而選擇鉆探目標(biāo)。

    2)以 “系統(tǒng)論” 為指導(dǎo)的油氣成藏體系研究方法,通過成藏要素分析來建立地質(zhì)風(fēng)險評價模型和評價因子標(biāo)準(zhǔn),其評價結(jié)果能有效指導(dǎo)勘探區(qū)帶優(yōu)選。

    3)針對不同勘探程度的評價區(qū),需要選擇合適的評價方法。低勘探程度區(qū),通常基于概率論來開展快速評價和優(yōu)選;針對中低勘探程度地區(qū),在深入開展成藏要素及評價因子分析的基礎(chǔ)上,可以選擇層次分析法來開展地質(zhì)風(fēng)險評價;針對高勘探程度區(qū),盡可能結(jié)合各種勘探信息,基于成藏體系理論來開展地質(zhì)風(fēng)險模擬。

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    建立區(qū)域評價數(shù)據(jù)庫工作;區(qū)域地質(zhì)特征分析,包括區(qū)域地層格架的建立、地震資料連片解釋、沉積體系及巖相分析、表層構(gòu)造和斷裂體系分析、基底結(jié)構(gòu)和盆地演化特點(diǎn)分析工作;含油氣系統(tǒng)分析包括烴源識別、儲、蓋層特征及時空分布、盆地模擬分析、含油氣系統(tǒng)描述等工作;勘探區(qū)塊選擇包括成藏區(qū)帶評價、有利區(qū)塊選擇、謀求油氣探礦...

    中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所
    從地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)、生氣儲氣能力,以及油氣生成期、運(yùn)聚期和圈閉期在時空上的匹配關(guān)系,提出了評價預(yù)測聚氣成藏的有利地段。全國主要城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評價:屬中國地質(zhì)調(diào)查計劃項目,負(fù)責(zé)人劉長禮研究員。該項目取得重大進(jìn)展,科技成果入選中國地質(zhì)學(xué)會2008年度十大地質(zhì)科技成果。項目完成了15省(區(qū))177個...

    油氣資源評價一些問題的思考
    (1)油氣資源評價早期對象主要是石油,當(dāng)時對少量伴生氣一般是折算為當(dāng)量石油來處理的,所以,評價理論與方法是在石油地質(zhì)研究基礎(chǔ)上建立起來的。現(xiàn)在,天然氣,包括致密砂巖氣、煤層氣、水溶氣、頁巖氣、天然氣水合物等非常規(guī)天然氣,已逐漸成為油氣勘探的重要領(lǐng)域,而天然氣成藏機(jī)理和成藏地質(zhì)條件遠(yuǎn)較石油復(fù)雜,因此,如何開...

    張金亮的科學(xué)研究
    主要開展了深盆氣藏、深層巖性油氣藏和淺層巖性油氣藏研究工作。在深盆氣藏研究方面,主要以直接型深盆氣藏和間接型深盆氣藏概念和實(shí)例為依據(jù),通過建立實(shí)驗(yàn)室模擬新技術(shù),提出并解決了國外深盆氣研究中存在的一些不足,明確了深盆氣藏形成的成藏機(jī)制、主控地質(zhì)因素及成藏模式,對深盆氣藏形成的地質(zhì)條件和分布規(guī)律...

    吳沖龍成就及榮譽(yù)
    同時,他致力于盆地地質(zhì)過程數(shù)學(xué)模擬的理論和方法探索,主持完成了三維油氣成藏動力學(xué)模擬評價系統(tǒng)的研究與開發(fā),在盆地三維動態(tài)模擬、油氣系統(tǒng)動力學(xué)和煤變質(zhì)作用的熱動力學(xué)以及礦產(chǎn)資源預(yù)測評價等方面,取得了較為系統(tǒng)的創(chuàng)新性成果。

    林暢松的發(fā)表論文
    62.朱毅秀,金之鈞,林暢松,呂修祥,解啟來.2005.塔里木盆地塔中地區(qū)早二疊世巖漿巖及油氣成藏關(guān)系.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì).61.于炳松,陳建強(qiáng),林暢松.2005.塔里木盆地奧陶系層序地層格架及其對碳酸鹽巖儲集體發(fā)育的控制.石油與天然氣地質(zhì).60.肖建新,林暢松,劉景彥.2005.塔里木盆地北部庫車坳陷白堊系沉積古地理.現(xiàn)代地質(zhì).59.吳朝東...

    促進(jìn)我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的建議
    (一)大力加強(qiáng)煤層氣基礎(chǔ)理論研究 借鑒國外先進(jìn)的理論經(jīng)驗(yàn),在常規(guī)天然氣地質(zhì)學(xué)的理論和方法啟發(fā)下,通過典型煤層氣藏的詳細(xì)解剖,研究煤層氣藏的形成過程與非均質(zhì)性,總結(jié)煤層氣富集成藏規(guī)律;完善煤層氣藏數(shù)值模擬技術(shù);研究關(guān)于煤層氣藏“工業(yè)指標(biāo)”的問題,建立煤層氣藏描述的方法和參數(shù)體系。從而構(gòu)建起較完備的煤層氣藏...

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