西南石油大学学报(自然科学版)  2019, Vol. 41 Issue (2): 64-74
油气资源评价方法的分类、内涵与外延    [PDF全文]
赵迎冬 , 赵银军    
1. 广西师范学院地理科学与规划学院, 广西 南宁 530001;
2. 北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室, 广西 南宁 530001
摘要: 根据计算基础、计算方式、计算过程的不同,可将油气资源评价方法分为成因法、统计法、类比法3大类,并且这3类评价方法可进一步细分。通过对不同油气资源评价方法的实质与关键问题分析,认为成因法实质上是一种"模拟法",不同成因法的计算侧重点有所不同,计算过程可看做"递减"模式;统计法通过分析各种统计数据来计算油气资源量,实质上是一种"数据法",计算过程可看做"递增"模式;类比法通过与刻度区的相似性来确定预测区中油气资源的富集程度,其计算结果往往会受一些敏感参数的影响,实质上是一种"主观认识法",计算过程可看做"中值"模式。对不同评价对象与不同勘探程度地区需要选择适用的评价方法,以提高可靠程度。本文还讨论了一种新的资源量结果综合法,即结果区间法,可更直观地分析资源量计算结果的分布范围,提高最终结果的准确度。
关键词: 资源评价     评价方法     成因法     统计法     类比法     方法适用性    
Classification, Content and Extension of Evaluation Methods for Oil and Gas Resources
ZHAO Yingdong , ZHAO Yinjun    
1. School of Geography and Planning, Guangxi Teachers Education University, Nanning, Guangxi 530001, China;
2. Key Laboratory of Environment Change and Resources Use in Beibu Gulf(Guangxi Teachers Education University), Ministry of Education, Nanning, Guangxi 530001, China
Abstract: According to differences in calculation principles, modes and processes, evaluation methods for oil and gas resources can be classified into three major categories, namely genetic methods, statistical methods, and analogical methods. These three types of methods can be further divided into subcategories. By studying the nature and the key problems of different evaluation methods for oil and gas resources, it is believed that genetic methods can be considered "simulation methods" in nature. Each genetic method has its own computing focus and calculations can be viewed as a "gradually decreasing" mode. Meanwhile, statistical methods estimate oil and gas resources through analyzing data, so they can be called "data methods". Their calculation processes can be viewed as a "gradual increasing" mode. Lastly, analogical methods determine the degree of enrichment of oil and gas resources in the prediction area based on the area's similarity with respect to a calibration area. The calculation results are often influenced by some sensitive parameters. These methods are "subjective cognition methods" and their calculation processes can be viewed as a "median". Some suitable evaluation methods must be selected in order to enhance reliability in different evaluation or exploration areas. This paper also discusses a new way to integrate resource amounts. This interval method can be used to more intuitively analyze resource coverage and enhance the accuracy of the final results.
Keywords: resource evaluation     evaluation method     genetic method     statistical method     analogy method     method suitability    
引言

油气资源评价是运用多学科、多手段、多方面资料成果和信息,在系统工程分析条件下,以石油地质基础研究为主线,对油气资源的过去、现在和将来状况进行综合分析[1-3]。油气资源评价方法是进行油气资源评价的直接手段,如今油气资源评价在理论与方法上都取得了重大突破[4-13],然而,各种资源评价方法都存在一定优缺点,给评价工作带来困难。因此,国内外众多学者与机构为获得更高的评价质量,在资源评价方法改进方面进行过大量研究,已取得一定的成果与共识[14-23]。本文在目前较为成型的油气资源评价方法体系上,梳理与分析了国内外常规与非常规油气资源评价的方法分类与基本原理,阐述了各评价方法的实质与关键问题,提出各种评价方法的适用范围以及提高最终资源量结果准确性的方法,为今后油气资源评价工作提供借鉴。

1 油气资源评价方法分类 1.1 整体分类

实际上,油气资源评价广义上应包括资源量计算、经济性评价、环境评价等几个方面,但在实际中为方便区分,将油气资源评价狭义上定为资源量计算,而将经济性评价与环境评价独立出来,因此,一般情况下油气资源评价方法即指资源量计算方法。

如果按细目划分,国内外目前已产生和发展的油气资源评价方法可多达百余种,但依其主要原理,划分为成因法、统计法和类比法3大类较为合适[4, 8, 18],也有人将其归纳为4大类或是5大类等[24-25]。究其差异原因,是其对部分评价方法有一定的细分,如表 1所示,将容积法单独列举出做为一类方法,然而,实际上容积法是对储集空间数据的计算,使用了统计数据与相应公式,也应属于统计法。而将专家打分法(特尔菲法)单独列为一类方法,与其他方法并列也并不合适,实际上专家打分法只是对不同计算方法的一种综合取值,跟算数平均值一样是一种数据综合,不能算做一种资源评价方法。

表1 油气资源量计算方法分类 Tab. 1 Classification of hydrocarbon resource assessment methods

对比国外近几年使用的资源评价方法,美国、加拿大、挪威等国使用的主要计算方法可归纳为类比法,而俄罗斯、澳大利亚等国使用的计算方法则包含了成因法、统计法与类比法。

按照基本原理,亦可以从不同角度对评价方法进行分类,本文从计算基础、计算方式、计算过程3个方面制定评价方法的分类依据。如分析资源评价的计算基础是以“地质分析为主”还是“数据统计为主”,计算方式是通过“地质模拟”还是“数学模拟”,计算过程是注重“过程计算”还是“结果计算”来进行分类。具体如图 1所示,可以看出成因法、类比法、统计法分别为3个端元,有各自的计算特点,如成因法是以地质分析为计算基础,地质模拟为计算方式,计算过程强调生排聚等过程中的资源量情况;而统计法是以数据统计为计算基础,数学模拟为计算方式,计算过程中不考虑中间步骤,直接计算结果;类比法则以地质分析为计算基础,地质模拟为计算方式,直接计算资源量结果。由此可见,油气资源评价方法分为成因法、统计法和类比法3大类最为合适。

图1 油气资源评价方法分类与依据 Fig. 1 Classification and foundation of hydrocarbon resource assessment methods
1.2 成因法细分

成因法遵守油气从生成到运移、到聚集成藏的原则,通过对烃源岩中烃类的生成量、排出量、吸附量、散失量、破坏量等计算,确定油气藏中油气最终的保留量,其计算过程展示了油气藏形成的完整成因过程,因此称“成因法”。而根据成因过程中以不同阶段为计算重点,成因法又可细分为多种方法,具体如表 2所示,如盆地模拟法是侧重于生烃量与排烃量的计算,氯仿沥青“A”法、氢指数法与残留有机碳法侧重于通过残留烃量的计算获得排出烃量与聚集烃量,而物质平衡法侧重于对滞留烃量、运移散失烃量、破坏烃量以及无价值烃量的计算从而获得最终资源量[26]

表2 成因法细分表 Tab. 2 Subdivided of genetic method

成因法通常用于盆地级、凹陷级油气资源的评价,而当研究区资料较丰富时,也可以根据运聚单元划分计算区带级油气资源量,此时就需要使用供油单元法(也称运聚单元法)。供油单元法其实质上是盆地模拟法、氯仿沥青“A”法等方法的“缩小版”,使用原理基本相同。

1.3 统计法细分

统计法因需要在大量数据统计的基础上进行计算而得名,因此,所有涉及到统计数据的资评方法都可称之为“统计法”,无论数据是以何种类型,何种使用方式出现。

本文依据不同的数据类型,将统计法进行了细分,当使用勘探信息时,如勘探时间与油气储量增长之间的关系、勘探进尺与油气储量增长之间的关系等,可称该类为历史统计法,即通过统计历史规律计算资源量;当使用现今储量数据,通过数学关系式预测未发现的储量序列,可称该类为储量趋势外推法;当通过统计圈闭信息获得单储系数、充满系数等参数,计算出剩余圈闭资源量的方法,可称之为容积法,具体如表 3所示。

表3 统计法细分表 Tab. 3 Subdivided of statistical method
1.4 类比法细分

类比法按类比原则实际上可分为地质条件类比法与其他条件类比法,其中,其他条件类比则指不通过地质条件,直接通过储量丰度等条件进行类比,但准确性与可靠性都不高,因此目前使用较少。而地质条件类比应用最为广泛,通过分析预测目标区的生、储、盖、圈、运、保等6大地质条件,再与刻度区类比,得到目标区资源量。针对不同的储集类型的资源评价要选择相应的刻度区,碎屑岩储层选择碎屑岩型刻度区,如南堡凹陷高柳刻度区,而碳酸盐岩储层需选择如塔中北斜坡奥陶系该类型的碳酸盐岩刻度区。地质条件类比法又可分为成藏条件方面的综合类比与其他单一地质因素的类比,如表 4所示,通过成藏条件类比得资源丰度,进而计算资源量,也可通过类比得出剩余储量数据进行计算,如EUR类比法[27];而单一地质因素的类比只对几大地质条件中的某一项进行类比,如有效储层预测法。

表4 类比法细分表 Tab. 4 Subdivided of analogy method
2 油气资源评价方法内涵 2.1 成因法

成因法的计算手段通常是模拟或模型计算,如盆地模拟法模拟生烃量,而氯仿沥青A法通过对残留烃量计算模拟出排烃量,物质平衡法中对于散失烃和破坏烃量通过设计模型与参数进行计算,因此,成因法实质上是一类“模拟法”。

成因法一般从计算生烃量出发,根据不同阶段烃含量的减少情况得到最终剩余烃量,因此,成因法计算过程可看做一种“递减”模式。成因法的烃量变化过程特征如图 2所示。

图2 成因法烃量成因过程 Fig. 2 The formation process of hydrocarbons by genetic method

(1) 当烃源岩达到生烃门限后生烃速度加快,根据盆地模拟结果可得生烃量,该阶段可看做“初始烃量”。(2)埋藏过程中岩石孔隙空间减小使烃源岩中的烃类排出,即达到排烃门限后,烃源岩开始排烃,该排烃量可以根据残留氯仿沥青“A”含量或岩石孔隙度变化得出[28],该阶段可看做“减残留烃阶段”。(3)烃类从排出到圈闭聚集又会经过一个损耗过程,包括散失烃与储层滞留烃[29],该类值可以通过公式算得,当排烃量大于该类值之和时,烃类开始聚集成藏,即达到了成藏门限,该阶段可看做“减损耗烃阶段”。(4)当成藏后期发生构造运动时,聚集起来的烃类会被破坏而部分减少,该阶段可看做“减损破坏烃阶段”。(5)而最终的保留烃量中又有一部分是无勘探价值或是无法发现的,不能算做资源量。排除掉无勘探价值的保留烃,剩余部分称为资源量,包括常规与非常规资源量,该阶段可看做“减损无价值烃阶段”。由此可见,不同阶段所计算的烃含量以及总烃含量变化过程可以完整呈现出来,同时,这些阶段又可组合成一个完整的油气资源成因过程。

由于成因法是“递减”模式,因此,在某些“递减”环节参数把握不足时,会低估烃类减少量,造成最终资源量结果偏大,这也是为什么常用成因法来计算某一区域资源量最大值。

相比其他两大类方法,成因法是从油气生成到油气聚集成藏过程的完整体现,而统计法与类比法只是针对油气形成有效资源后进行分析,相当于成因法的最后一个环节。因此,可将成因法看做成因端元,而统计法与类比法看做结果端元。因此,如果一个地区的资源量发生巨大变化,首先应该体现在成因法计算的生烃量上。生烃量是整个成因过程的基础,因此,生烃量计算为基础的盆地模拟法使用最多,并且涉及参数多,计算过程复杂,是成因法中的最重要方法。

2.2 统计法

统计法实质上是一种数据法,通过分析储量规模、探井进尺、探井成功率、单井发现率等统计数据来计算油气资源量,因此,其计算过程一般不具有地质意义,即无法以地质经验去验证其计算结果的准确性。不同统计法所采用的函数模型不同,因此,所得到的结果也会有一定的差别(图 3)。有时利用同一组统计数据,当统计法不同时,也会导致计算结果存在差异。例如同一组储量规模数据,使用规模序列法和发现过程模型法得到的最终结果肯定不同,仅依据目前的认识与计算方法并不能建立起准确的函数模型,只能通过现有的函数模型进行多次模拟[30],得到一个储量分布范围,且如果使用的统计法越多,其计算结果的准确性越高。同理也适用于历史统计法,通过勘探进尺或勘探时间等信息推算出储量增长极限值的范围,而实际资源量应处于该范围内。容积法是通过圈闭信息的统计值推算出剩余圈闭中资源量的分布范围,所获得圈闭信息越多时,其计算结果才越可靠。因此,统计法的计算过程只是一个不断逼近真实资源量的过程,且应用的统计法越多,得到的油气资源量分布区间越集中,计算结果越接近真实值。

图3 统计法预测原理 Fig. 3 Forecasting principle of statistical method

相比成因法,可将统计法计算过程看做一种“递增”模式,因为统计法通常是根据目前勘探数据进行计算的,如三级储量(探明、控制、预测),已钻井数,已勘探年份等。可将通过目前勘探数据计算储量的资源量称为已发现资源量,也称现实资源量,是已被证实可靠的资源量。而通过统计法计算出的资源量就可看做是对剩余资源量的预测,是在已发现资源量上的增量。不同的统计数据预测曲线不同,预测出的资源量也不相同(图 3)。而统计数据的多少也会影响预测资源量结果,随着勘探的推进,储量通常也会随之增长,导致统计法计算出的资源量相比前一次会有所增加,类似一个递增过程。有些统计法计算过程较为保守,如油藏发现过程法,会造成预测的资源量结果偏小,因此可用统计法计算某一区域资源量的最小值。

使用统计法时最需要注意的是,进行统计计算的地区是否构成一个统计单元,即完整的计算体系,该统计单元需要相对其他统计单元完全独立。但是,通常统计法计算中不包含任何地质意义,其形成的统计单元也不包含地质意义,因此,划分统计单元时需要引入地质信息,即引用地质单元来建立统计单元,如统计单元可以是一个运聚单元、构造单元、成藏组合等,也可以是多个地质单元的组合。此外,使用统计法过程中还可以引用成因法或类比法相关参数来进行约束,如使用成因法约束资源量最大极限值[31]

2.3 类比法

地质类比法的基本原理是“相似类比”思想,通过刻度区[32]中已经确定的地质因素,来确定预测区中未知的地质因素,从而实现由未知到已知的过程。由于使用类比法时,对预测区的地质情况判断主观认识较多,其实质上是一种“主观认识法”。而使用选择刻度区具有确定性,因此,某一区域只跟其最相似的刻度区类比,其资源量计算结果适中,类比法计算过程可看做一种“中值”模式。

类比法能规避成因法与统计法中存在的问题,直接使用已知资源来推测未知资源,方法与原理简单。刻度区是类比法使用的重点之一,是应用时的“钥匙”,因此,类比法十分依赖刻度区的选取,选取的正确与否直接影响评价结果。类比法所使用的类比参数包括了6大成藏条件下的多项二级参数,每项二级参数都对整体成藏条件起到影响。因此类比参数的准确选择与预测也是类比法应用的重点之一,是刻度区与预测区之间联系的“桥梁”。但是资源计算结果有时会受到一些特别参数的影响,如火山活动、断层疏导等,通常这些参数不具备代表性,但却决定着某些区域是否成藏,因此,可将这类参数称为敏感参数。此外,还有些普通参数在某些地区的影响比重较大,也是类比时的关键所在,如凹陷中心区的储层物性就为敏感参数。因此,类比法中不能忽视的一点就是发现这些敏感参数,当存在敏感参数时,则通过敏感参数与普通参数共同加以类比,获得准确的结果。

3 油气资源评价方法外延 3.1 评价方法的适用性

油气资源评价工作已经历了几十年,通过研究近年来国内外的资源评价结果发现,单一的评价方法计算结果准确度不高,只有多种评价方法共同使用才能有效提高准确度。而使用多种评价方法时,评价方法的适用性也尤为关键。通过研究评价方法特点,对不同计算方法的适用性做出分析,结果如表 5所示[7]

表5 油气资源量计算方法适用性 Tab. 5 Applicability of methods in hydrocarbon resource assessment

成因法:氯仿沥青“A”法、氢指数法、残留有机碳法在很多参数上多为估计值,准确性很低,主观性较强,使计算结果变化幅度很大,只适用于勘探初期基础资料匮乏下的资源量计算,不太适合应用在勘探后期地区,并且计算准确度低,使用频率较低,只适合盆地、凹陷区域的油气资源评价。而盆地模拟法适用范围广,需要输入大量实际地质参数,准确度较高,使用频率较高。

统计法:历史统计法计算的准确度低,如探井饱和勘探法、统计趋势预测法、翁式旋回法、随机模拟法,这主要是因为计算模型往往因统计样本不够而无法建立起有效的模型,产生误差较大,因此,其往往在勘探程度较高的地区才能取得较好的结果,使用频率较低。圈闭加和法、蒙特卡罗法、小面元法所需计算参数较多,只适用于高勘探程度地区,并且计算结果准确,误差较小,但是如果评价区范围过大,会使计算量加大,合理性也会下降,因此,只能在区带级别更小的的评价单元中适用。油藏规模序列法、油藏发现过程法、广义帕莱托法需大量储量数据,也只适用于高勘探程度地区,但适用范围十分宽泛,大到盆地小到区带都可以使用,因此,使用频率很高。

类比法:类比法基本可适用于任何勘探程度地区,因刻度区的广泛建立,也适用于任何评价级别,计算过程需要进行多项地质参数类比,计算结果也较为可靠。但统计法依然存在诸多明显问题,影响其适用范围,如对成藏条件打分时,对某个预测区认识程度较低的话,是无法准确认清该区的成藏条件的,地质打分时容易因认识不足而造成高估或低估,对评价结果造成巨大影响,因此,在中等勘探程度地区计算准确度才较好。

3.2 结果区间法

对多种资源评价方法计算结果进行综合取值常用到专家打分法(特尔菲法),其具体步骤是给予不同方法一定的权重值进行加权计算。然而,权重值的选择十分主观,给予计算结果较高的方法更高的权重值可以得到较高额最终资源量,调整权重即可改变资源量最终结果,显然,使用专家打分法进行综合取值可信度低。

因此,本文探讨了另一种综合取值的方法,即结果区间法,其基本原理是将成因法、统计法、类比法计算的资源量结果看做3个结果区间,当结果区间有重叠部分时说明最终资源量结果分布在该区概率较高,无重叠区概率较低,具体如图 4所示。可见成因法与统计法因细分的方法较多,计算出的结果范围较广,而类比法需要选择最合适的刻度区进行类比,因此,计算结果为单一值。

图4 结果区间计算法示意图 Fig. 4 The schematic of results zone method

根据3类方法各自特点,还可分析不同方法计算的资源量结果分布特征。如前文所述,成因法是一个从生烃量到资源量的递减过程,资源量变化范围大且计算结果较高。统计法在储量数据上进行计算,是一个递增的过程,资源量结果通常较小。类比法是一种根据刻度区类比计算过程,所得结果单一且适中。

按以上特征将3种方法计算结果按大小顺序进行排列,会出现4组6种重合情况(图 4):第一组为三相重合,即3种方法的结果有共同的重合区,最合适值应处于该重合区,应为成因法中的最小值、统计法中的最大值与类比值三者的平均值;第二组为二二重合,即成因法与统计法结果有重合,且类比法结果与成因法或统计法中的一种有重合,最合适值应为类比值与成因法中的最小值或统计法中的最大值二者的平均值;第三组为二一重合,即类比法结果与成因法或统计法中的一种有重合,而成因法与统计法结果无重合,最合适值应为类比值与统计法中的最大值或成因法中的最小值二者的平均值;第四组为无重合,即3种方法的结果没有重合区,最合适值应为成因法中的最小值、类比值与统计法中的最大值三者的平均值。

通过结果区间法能更直观地分析资源量结果的分布范围,有效规避结果中出现的过高值或过低值。而对比出现的4组结果区间分布情况,显然三相重合的准确度最佳,二一重合次之,无重合准确度最差,因此,也可以根据结果区间的分布情况判断资源量计算结果的可靠程度。

4 结语

(1) 油气资源量计算方法可划分为成因法、统计法、类比法3大类。其中,成因法可细分为盆地模拟法、氯仿沥青A法、氢指数法等,不同方法的计算侧重点不同,其实质上是一种“模拟法”,计算过程可看做“递减”模式。统计法可细分为探井饱和勘探法、统计趋势预测法、圈闭加和法、蒙特卡罗法等方法,通过分析储量规模、探井进尺、探井成功率、单井发现率等统计数据来计算油气资源量,其实质上是一种“数据法”,计算过程可看做“递增”模式。类比法可细分为地质条件类比法与单因素类比法,原理是通过刻度区和预测区中地质因素的相似程度来计算油气资源量,实质上是一种“主观认识法”,其计算结果往往会受一些敏感参数的影响,进行类比时需要重点分析,计算过程可看做“中值”模式。

(2) 在评价过程中,对于不同评价对象与不同勘探程度区需要选择合适的评价方法,使计算结果更有效、更准确、更可靠。本文还讨论了一种新的资源量结果综合方法,即结果区间法,使用结果区间法能更直观的分析资源量计算结果的分布范围,提高最终结果的准确度。

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