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非常规油气资源评价方法探讨 非常规油气资源简介 非常规油气资源评价的技术路线 资源评价的主要技术方法 汇报提纲 中国石油 油气资源金字塔分布示意图 油砂 致密气 煤层气 已成为全球非常规油气勘探的重点领域 页岩气 成为全球非常规天然气勘探的热点领域 致密油 正成为全球非常规石油勘探的亮点领域 非常规油气剩余潜力大 已成为全球战略性接替领域 1970年总产量突破6000亿方 1973年达高峰6400亿方 之后20年产量持续下降 2009年总产量再上6000亿方 主要是非常规天然气的贡献致密气突破最早 其次是煤层气 页岩气突破最晚 但近期发展最快 非常规油气剩余潜力大 已成为全球战略性接替领域 2010年全年石油消费量达到4 55亿吨 原油进口2 39亿吨 国内产量2 03亿吨 2010年我国石油对外依存度55 2 首次超越美国 53 5 2010年天然气消费量达1100亿立方米 产量945亿立方米 进口44亿立方米 煤层气36亿立方米 比上年增长20 4 但仍远远不能满足要求 2000年 2010年我国天然气产量柱状图 中国天然气历史产量及需求预测 预测2015中国天然气需求2430亿方 缺口1000亿方 中国的能源形势 Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil Oil 致密油 全球非常规石油勘探开发的新热点 通过非常规资源评价 建立非常规油气资源评价和选区评价方法及标准 摸清吐哈 三塘湖盆地非常规油气资源潜力和分布状况 即摸清 家底 明确非常规油气有利勘探区带 为油田的勘探开发部署提供依据非常重要 非常规油气资源简介 非常规油气资源评价的技术路线 资源评价的主要技术方法 汇报提纲 中国石油 主要研究思路 关键技术 1 国内外致密油气 源岩油气油气资源评价技术 2 非常规油气成藏基础理论研究技术 3 非常规油气 如致密砂岩气 藏储层精细描述技术 矿物组成 厚度 有机质丰度 有机质成熟度 油气地质资源量 渗透率 地层压力 岩石脆度 生产能力 页岩油气地质综合评价关键参数 页岩油气是指赋存于烃源岩 页岩 泥灰岩等 中的 连续分布的油气藏 重点评价生烃能力 孔渗条件和可压裂潜力 非常规油气资源简介 非常规油气资源评价的技术路线 资源评价的主要技术方法 汇报提纲 中国石油 国内 外非常规油气资源评价方法 非常规油气地质 邹才能 页岩气资源量估算方法 或 S 页岩含气面积 km2 h 有效页岩厚度 km g 含气页岩孔隙度 Sg 含气饱和度 页岩岩石密度 t km3 Gf 吸附气含量 108m3 t 含气量 108m3 t 其中孔隙度 g 含气饱和度Sg 吸附气含量Gf是影响该方法结果可靠程度的关键参数 美国主要页岩气资源评价方法示意图 国内 外致密砂岩气资源量主要计算方法 采用类比法 FASPUM 统计法 体积法 和成因法 盆地模拟法 计算吐哈盆地致密砂岩气资源量 再采用特尔菲法对FASPUM法 体积法和盆地模拟法计算出的资源量进行加权平均得到吐哈盆地致密砂岩气资源量 类比法 统计法 成因法 物质平衡法盆地 数值 模拟法有机碳 生烃率 法氯仿沥青A法 有的归入体积法 干酪根热降解法 Tissot法 热压模拟法岩石热解法 已生出的油气聚散平衡计算法地层流体异常压力恢复法热解模拟法 用于油页岩 资源丰度 类比法面积丰度类比法体积丰度类比法地质条件类比法参数 如含气量 类比法FORSPAN法 国外随机模拟法 MonteCarlo法 无井成藏条件预测法 随机模拟法 MonteCarlo法 有井蒙特卡罗法 概率统计法 统计模拟法 计算机随机模拟法 体积法 容积法 规模概率法 甜点 规模序列模型法 甜点 发现过程 模型 法 产量 储量 递减法单井储量估算法 资源空间分布预测法FASPUM法 规模概率法 综合分析法 特尔菲法 类比法的核心是确定平均资源丰度 统计法核心研究资源大小和油藏个数 成因法主要是研究烃源岩层和生烃中心 即研究油源 资源丰度类比法是勘探开发程度较低地区常用的方法 一种简单快速的评价方法 简要过程是 以页岩气为例 1 确定评价区页岩系统展布面积 有效页岩厚度等关键评价参数 2 根据评价区页岩吸附气含量 页岩地化特征 储层特征等关键因素 结合页岩沉积 构造演化等地质条件 选出具有相似地质背景的已成功勘探开发的页岩气区 估算评价区资源丰度或单储系数 按如下方式估算评价区页岩气资源量 资源丰度类比法 式中 Q 为评价区页岩气资源量 108m3 S 为评价区有效页岩面积 km2 H 为有效页岩厚度 m K 为页岩气资源丰度 108m3 km2 A 为页岩气单储系数 108m3 km2 m Q S k或Q S h a 类比法 首先确定评价区页岩系统展布面积 有效页岩厚度 其次根据评价区页岩吸附气含量 页岩地化特征 储层特征等关键因素 结合页岩沉积 构造演化等地质条件 已知含气页岩对比 按地质条件相似程度 估算评价区资源丰度或单储系数 最终按如下方式估算评价区页岩气资源量 Q Sk或Q Sha式中 Q为评价区页岩气资源量 108m3 S为评价区有效页岩面积 km2 h为有效页岩厚度 m k为页岩气资源丰度 108m3 km2 a为页岩气单储系数 108m3 km2 m 上述评价方法涉及参数10余项 与常规油气资源评价相比 这些参数既有内涵上的较大差异 又存在获取上的较大难度 尤其突出的是一些关键评价参数 如有效页岩面积 有效页岩厚度 有机碳含量 可采系数等 将筇竹寺组页岩特征与美国五大页岩气含气盆地对比 见表3 确定出四川盆地西南部地区下寒武统筇竹寺组页岩气资源丰度为0 74 108 1 52 108m3 km2 资源丰度类比法 川西南下寒武统筇竹寺组页岩气资源量估算 类比法 参数类比法 含气量类比法是以含气量作为主要的类比资源参数进行类比 其资源量基本计算公式为 Q 预测区的页岩气总资源量 1012m3 Si 预测区泥页岩有效面积 km2 h 预测区泥页岩有效厚度 km Gi 类比标准区泥页岩含气量 t m3 ai 预测区类比单元与标准区的类比相似系数 由下式计算得到 i 预测区子区的个数 i块或i层 工作流程 页岩气资源预测类比参数取值标准 福斯潘 FORSPAN 法模型 连续型 油气藏评价 美国页岩气 FORSPAN模型预测流程图 福斯潘模型 FORSPAN 法是USGS在1999年为连续型油气藏资源评价而提出的一种评价方法 该方法以连续型油气藏的每一个含油气单元为对象进行资源评价 即假设每个单元都有油气生产能力 但各单元间含油气性 包括经济性 可以相差很大 以概率形式对每个单元的资源潜力作出预测 该方法适合于已开发单元的剩余资源潜力预测 已有的钻井资料主要用于储层参数 如厚度 含水饱和度 孔隙度 渗透率 的综合模拟 权重系数的确定 最终储量和采收率的估算 如果缺乏足够的钻井和生产数据 评价也可依赖各参数的类比取值 福斯潘法涉及参数众多 基本参数有4个方面 1 评价目标特征 2 评价单元特征 3 地质地球化学特征 4 勘探开发历史数据等 类比法 2003年对沃斯堡盆地Barnett页岩气资源进行了资源估算 国内还未见实例文献 例如 2 评价单元特征参数 体积法 吐哈致密气 三塘湖页岩油 Q 天然气资源量 108m3S 含气面积 km2H 气层厚度 m 储层孔隙度 Kg 天然气压缩因子 无量纲Sg 储气层含气饱和度 B 体积系数 无量纲 体积法是天然气资源评价常用方法之一 通过对致密砂岩气储层及其饱含气范围的界定 可求得饱含致密砂岩气的致密储层体积 进而求得致密砂岩气的资源量 统计法 2 页岩气计算公式 参数意义 Q 气为页岩气资源量 1012m3 S 为泥页岩有效面积 km2 H 为泥页岩有效厚度 km 为泥页岩密度 g cm3 G 为含气量 m3 t Q气 S h G 1 常规气藏计算公式 式中 G为含气量 m3 t Gf为游离气含气量 m3 t Ga为吸附气含气量 m3 t 为页岩孔隙度Sw为页岩含水饱和度 So为页岩含油饱和度 Bg为气体体积系数 lb lb mol M为气体摩尔质量GSL为最大吸附气量 m3 t P为地层压力PL为临界解吸压力T为地层温度 b为页岩密度 g cm3 s为页岩气地下原始密度 页岩气含气量一般有五种方式获取 1 直接测定含气量 游离气 吸附气 实测方法要求 2 通过与相似页岩层系的类比获得 3 通过测定孔隙度 含水饱和度 地层压力 临界解吸压力 最大吸附量 体积系数等计算含气量 计算公式 G Gf 游离气 Ga 吸附气 4 录井全脱气计算含气量 2010年吐哈用 5 录井热解S0计算含气量 开放体系偏小 实例 威远气田区下寒武统筇竹寺组页岩气资源量的估算容积法估算的是页岩孔隙 裂缝空间内的游离气 有机物和黏土颗粒表面的吸附气体积的总和 即GIP总 GIP游 GIP吸关键参数取值 容积法中关键参数为有效厚度 有机碳含量 页岩气藏埋深 吸附气含量 含气页岩孔隙度及页岩岩石密度等 录井全脱气计算含气量 含气量计算方法 a 钻井液含气量 单位体积的钻井液里气体含量浓度G x a b单位 x 全脱烃总量 a 脱气量ml b 蒸馏所用样品体积ml b 冲淡系数 破碎单位体积的岩石所循环过的钻井液体积 E Q T D2 4 无量纲Q 排量m3 min T钻时min m D 钻头外径m c 地面含气量 单位体积的岩石在地面所释放出的气体体积 M E G 100单位 m3 m3d 地层含气量 单位体积岩石里所含的气体体积 C B M单位 m3 m3B 气体压缩系数 一般为0 4 式中 Kf 可发现性系数 表示各油气藏 或者甜点 被发现的概率 XI 第I个油气藏 或者甜点 规模 N 勘探层中油气藏 或者甜点 总数 反应勘探水平的参数 其值从 到 0表示发现过程是随机取样过程 0表示勘探成效比随机取样还要差 0表示勘探是有成效的 1比示油气藏 或者甜点 被发现的概率与油气藏 或者甜点 的规模成正比 即是说油气藏 或者甜点 的发现是按其规模由大到小进行的 FASPUM法 常规 非常规油气皆可 吐哈致密砂岩气2010年曾用 FASPUM法是美国地质调查所R A erovelli和RiehardH Balay研制的石油资源快速评价系统 该方法的基础是概率解析法 应用了条件概率理论以及期望值和方差的许多定律 在风险结构分析中考虑了油气资源存在的不确定性及其数值大小 适用于老油区或者勘探程度低的新探区的石油及天然气资源量计算 对地下各勘探层进行勘探并发现油气田 藏 的过程 实际上是从勘探层油气藏母体中进行不放回抽样的过程 而且这个过程是与油气藏大小有关的有偏过程 即是说大油气藏往往比小油气藏先发现 该过程可用考夫曼定律 KaufmanG 1977 表示 应用油藏工程和概率论原理 研究油气藏 或者甜点 特征参数 勘探层特征 勘探目标特征 储层参数 烃体积参数和附加参数等 并通过一系列统计和处理 得到油气资源量评价预测的概率分布值 统计法 USGS类比法 这一技术已在美国的阿拉斯加和北极以及挪威 马来西亚及我国塔里木盆地北部等地广泛应用 获得显著成效 在苏北海安南部凹陷的应用效果很好 地矿部华东石油地质局地质研究所 刘伟张淮1994年 其公式 1 勘探层特征 包括烃源岩 S 时间配置 T 运移 M 和潜在储集岩相 R 及勘探层边缘概率 MP 五个区域性特征 2 勘探目标特征 表示对勘探层内勘探目标随机抽样时该特征是有利于油气藏形成概率 包括圈闭机制 TM 有效孔隙度 P 烃类聚集 A 和油气藏的条件概率 CP 该特征值的取值范围为 0该特征一定不存在 和1 该特征一定存在 3 储层参数 包括储层岩性 油气配合比及采收率等 根据本区储集岩类型 烃源岩类型 热成熟度 测井及录井油气显示 油气藏类型 孔隙结构及驱油方式赋值 4 体积参数 由圈闭面积 储层厚度 有效孔隙度 圈闭充填率 储层埋深 烃饱和度和可供勘探目标等6个参数组成 用来描述烃饱和度和可供勘探目标等6个参数组成 5 附加数据 FASPUM还用原始地层压力 储层温度 气油比 油层体积系数和天然气压缩系数5个地质变量 FASPUM法 石油资源快速评价系统统一公制通用版本 FastAppraisalSystemforPetroleum UniversalMetricVersion 是美国地质调查所R A erovelli和RiehardH Balay研制的石油资源快速评价系统 该方法适用于老油区或者勘探程度低的新探区的石油及天然气 包括非伴生气和溶解气 资源量计算 可以在勘探早期通过若干钻井和油气藏参数的分析 获取对整个探区油气资源整体评价的信息 为勘探决策提供科学依据 是一种经济 快速 方便的评价手段 评价参数由勘探层特征 勘探目标特征 储层参数 烃体积参数和附加数据等五方面参数组成 这些参数赋值的正确与否 是FASPUM评价的关键 FASPUM法 式中 Qm 为序号等于m的随机变量的数值 Qn 为序号等于n的随机变量的数值 Qm Qn为已发现甜点储量 K 为帕莱托分布系数 为实数 m n 1 2 为甜点序号 整数序列中的任一数值 但m n 当含油气区的油气藏规模序列符合帕雷托分布定律时 设定一个最小经济油田规模后 通过K值大小和最大油气藏储量就可计算出评价单元的总资源量 油气藏 甜点 规模序列法 多用于常规油气 三次资评 小草湖洼陷根缘气 甜点 规模预测曾用 概念 将盆地已发现的油气田按由大到小进行排列 得到油气田规模序列后 根据离散型随机变量的分布规律预测尚未发现的油气资源量 油气田规模序列分布可以用概率分布模型表示 如帕雷托 帕莱托 模型 统计法 帕莱托定律 根缘气 甜点 资源结构预测方法 刘丽芳张金川卞昌蓉2006 在实际应用中 要求应用地区达到中等勘探程度 已钻探的探井最好多于40口 其中含油气井和干井均不低于15口 应具备的资料 表1 基础地质资料 如目的层构造图 沉积相带图 地层厚度图等 综合评价结果图 盆地模拟结果图 如生 排烃强度图 流体势分布图等 地震属性分布图等 资源空间分布预测法 一种利用多元统计学与信息处理技术预测油气空间分布的方法 该方法用马氏距离判别法对信息进行集成 用贝叶斯公式计算已知样本的含油气概率 并由此建立不同马氏距离值下的含油气概率模板 然后采用该模版预测油气资源在空间分布的概率 胡素云郭秋麟等2010年取得专利 专利号 2 统计法 式中 N 储量 104t A 含油面积 km2 h 有效厚度 km 有效孔隙度 f Soi 原始含油饱和度 f o 原油密度 g cm3 Boi 原油体积系数 注 容积法计算储量时 一般把A o Boi视为定值 而h Soi的数值随着钻井位置和井数的多少变化 蒙特卡罗 洛 法 页岩油气 致密油气 煤层气等 基本思想 蒙特卡洛法以随机变量为对象 以概率论为理论基础 提供一条储量概率分布曲线 提供不同可靠程度的储量数字 人们可按不同需要取值 欲求给定问题的数值解 则先构造一个表征给定问题的概率模型 Y X1 X2 Xn 计算得到的结果是一条储量概率分布曲线 一般使用容积法公式计算储量 N 100A h Soi o Boi 勘探初期可选用概率低的大储量数字作为勘探的风险值 开发初期 可选用概率高的小储量数字 在一般储量计算方法得不到确定值的情况下 使用概率法选择一个范围值 变量 统计法 蒙特卡洛法在吉祥屯气藏储量计算中的应用 特种油气藏 施尚明 李照勇2005 4 蒙特卡洛法计算储量步骤 首先建立符合h Soi统计规律的参数模型 储量参数累积分布函数一般采用频率统计法 样品等频率法 理论分布法 三角分布法等 然后通过计算机产生的伪随机数进行抽样模拟计算 得出一个计算单元的储量概率分布曲线 最后对多个计算单元的储量进行概率累加 得到油田总的储量概率分布曲线 通过用油气发现过程中的量化信息 如探井数 已发现 甜点 的规模和发现时间等 来建立模型 进而达到模拟和预测甜规模结构的目的 目前国内应用较广泛的是最大似然模型 P J Lee 1985 和发现过程抽样分析模型 解国军 2001 二者基本假设相同 都认为发现过程是一个不等概率的顺序取样问题 即在已抽取的 甜点 样本不放回条件下 从总体中发现一个 甜点 的可能性与其大小的 次幂呈正比 为勘探效率系数 不同的是 前者假设 甜点 自然总体服从对数正态分布 通过构置似然函数 利用有偏样本分布去估计剩余的 甜点 后者假设 甜点 自然总体服从帕莱托分布 根据Horvitz Thompson无偏估计量 求出不同 值和最大 甜点 规模条件下的 甜点 分布序列 再利用蒙特卡罗抽样模拟勘探过程 按照最小均方差原则 求得最合理的 甜点 规模结构 发现过程 模型 法 根缘气 甜点 资源结构预测方法 刘丽芳张金川卞昌蓉2006 统计法 盆地模拟是以一个油气生成 运移聚集单元为对象 首先建立地质模型 然后建立数学模型 通过对含油气盆地 五史 的分析模拟 在时空概念下 由计算机定量地模拟含油气盆地的形成和演化 烃类的生成 运移和聚集 最终来评价含油气盆地资源潜力 得到有利的勘探区带 盆地模拟法 地史模型参数 地层名称 地质年代 岩性种类 艾里均衡系数 孔 深关系曲线 井名 位置 海拔 潜水面 地层底深 各地层每种岩性百分含量 古水深 热史模型参数 现今及古地表年均温度 孔隙流体和岩石骨架热导率 不同岩性的生热率 今热流值 Ro 深度曲线 今地温梯度 生烃史模型参数 干酪根类型数 烃源岩的名称 油气转换率 生油率 生气率 与Ro关系曲线 烃源岩密度 残余有机碳恢复系数曲线 干酪根的百分含量 烃源岩的厚度 残余有机碳百分含量 排烃史模型参数 地层水含盐量 不同烃源岩的排油门限饱和度 各烃源岩层已排出油的裂解气 油 气 水地表密度 PVT函数中溶解油气比与压力关系曲线 运聚史模型参数 渗透率变化系数 孔隙度与压力函数 地层体积因子与压力关系曲线 粘度与压力关系曲线 油 水系统中毛管压力 相对渗透率曲线 油 气系统中毛管压力 相对渗透率曲线 烃源岩层排烃量分配系数 成因法 式中 Qs 生油量或残留生油量 108t As 生油岩面积 km2 Hs 生油岩厚度 km 生油岩密度 108t km3 Ba 氯仿沥青 A 含量 f 注 当氯仿沥青 A 属原始含量时 计算的Q值为生油量 当其属残余物时 计算的Q值为残留生油量 氯仿沥青 A 法 常规油气 三塘湖页岩油曾用 氯仿沥青 A 法Chloroformasphalt A method应用生油岩中氯仿沥青 A 的含量计算残留生油量或生油量的方法 其公式如下 Qs As Hs Ba 成因法 式中 Q 资源量 108t K排 排烃系数 S 有效烃源岩面积 km2 H 有效烃源岩厚度 m A 氯仿 A 含量 d 烃源岩密度 t m3 K聚 聚集系数 影响计算结果的关键性参数是排烃系数与聚集系数 这两个参数必须从相同类型刻度区中获取 这种算法适合于源