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        油氣區(qū)帶風(fēng)險評價方法

        2022-12-07 02:14:48劉曾勤
        石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì) 2022年6期
        關(guān)鍵詞:區(qū)帶探井封蓋

        劉曾勤, 呂 睿

        1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院,北京 102206;2.中國石化 國際石油勘探開發(fā)有限公司,北京 100029

        我國油氣對外依存度持續(xù)攀高[1-2],能源安全要求加快和深化油氣資源的勘探評價工作。國家石油公司通過開拓“國內(nèi)+國外”油氣勘探業(yè)務(wù),擔(dān)當(dāng)國家能源保障的主力軍。對于如何提高戰(zhàn)略選區(qū)能力和降低勘探風(fēng)險,成為勘探評價中的核心工作[3-7]。

        石油勘探中最困難、最關(guān)鍵的決定不是鉆探哪個圈閉,而是進(jìn)入哪個區(qū)帶。區(qū)帶決定了勘探工作中的探井成功率、儲量大小和經(jīng)濟(jì)效益[8]。因?yàn)椴淮_定性和風(fēng)險是油氣區(qū)帶勘探的固有屬性[8-14],所以如何降低不確定性和減小風(fēng)險成為勘探評價的重點(diǎn)工作。自1990以來,大型國際石油公司的勘探結(jié)果表明,在全球范圍內(nèi)新發(fā)現(xiàn)的儲量規(guī)模在減小,“高風(fēng)險和高潛力”的油氣區(qū)帶勘探效果不佳,探井成功率低[8,11]。為了優(yōu)化勘探資本配置,提高勘探效率,逐漸形成了區(qū)帶風(fēng)險分析方法。國際石油公司通過建立區(qū)帶風(fēng)險分析方法和油氣資產(chǎn)組合管理原則,顯著提高了探井的成功率。雖然勘探風(fēng)險無法消除,但有效的風(fēng)險分析結(jié)果可以幫助油氣公司形成合理的投資決定。

        在詳細(xì)剖析區(qū)域地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上,傳統(tǒng)區(qū)帶風(fēng)險評價通過詳細(xì)的石油地質(zhì)條件分析,估算整體地質(zhì)成功概率或風(fēng)險大小。在油氣區(qū)帶勘探中,各個構(gòu)造部位的風(fēng)險大小差異大,傳統(tǒng)區(qū)帶評價結(jié)果難以指導(dǎo)具體勘探?jīng)Q策,需建立統(tǒng)一評價標(biāo)準(zhǔn)和流程,劃分區(qū)帶評價單元,定量化區(qū)帶中各個評價單元的風(fēng)險。系統(tǒng)的區(qū)帶風(fēng)險分析需要有效識別區(qū)帶的不確定性因素和主要風(fēng)險,從而指導(dǎo)勘探投資決策,提高勘探成功率。本文通過建立風(fēng)險賦值標(biāo)準(zhǔn)和分析流程,進(jìn)行區(qū)帶勘探風(fēng)險評估,優(yōu)選勘探機(jī)會,確定評價單元中主要風(fēng)險和不確定性。

        1 區(qū)帶風(fēng)險定義及方法

        本文區(qū)帶風(fēng)險評價流程是在MAGOON[15]、WHITE[16-17]、MAGOON和DOW[18]、郭秋麟等[19]研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合各大石油公司在油氣勘探中發(fā)現(xiàn)的主要地質(zhì)風(fēng)險[10-11,20-22],形成的評價方法。在風(fēng)險評價過程中,區(qū)帶指具有相似石油地質(zhì)條件和成因聯(lián)系的地質(zhì)單元。區(qū)帶風(fēng)險定義為含油氣盆地中區(qū)帶實(shí)現(xiàn)油氣商業(yè)化發(fā)現(xiàn)的主要地質(zhì)風(fēng)險,包括以下4個要素風(fēng)險:

        (1)油氣生排烴能力風(fēng)險:存在有效生排烴體系的可能性(Pc),包括烴源巖的分布范圍、質(zhì)量、成熟度和輸導(dǎo)體系。

        (2)儲層質(zhì)量風(fēng)險:存在足夠數(shù)量和質(zhì)量儲集層的可能性(Pr),包括儲層沉積類型、厚度、連續(xù)性和物性。

        (3)封蓋條件風(fēng)險:存在有效封蓋體系的可能性(Ps),包括蓋層類型、分布范圍、連續(xù)性和有效性。

        (4)圈閉有效性風(fēng)險:存在足夠數(shù)量、大小和質(zhì)量圈閉的可能性(Pt),包括圈閉類型、質(zhì)量和油氣運(yùn)移的時間關(guān)系。

        各個要素風(fēng)險的具體概率值取決于地質(zhì)認(rèn)識和數(shù)據(jù)可用性(密度和分布),數(shù)值范圍介于0.01~0.99之間。根據(jù)風(fēng)險概率值大小可以將各個要素劃分為高風(fēng)險、相對高風(fēng)險、相對低風(fēng)險和低風(fēng)險(表1)。通過對區(qū)帶中地質(zhì)、地球物理和地化數(shù)據(jù)分析,形成正面地質(zhì)認(rèn)識(相對低風(fēng)險和低風(fēng)險)或負(fù)面地質(zhì)認(rèn)識(相對高風(fēng)險和高風(fēng)險)。

        高風(fēng)險或低風(fēng)險的評估是基于直接數(shù)據(jù)或硬數(shù)據(jù)(譬如,勘探井),確認(rèn)正面或負(fù)面的地質(zhì)認(rèn)識(表1)。當(dāng)直接數(shù)據(jù)顯示巨大的油氣勘探開發(fā)潛力,其風(fēng)險概率值在0.7~0.99之間,為低風(fēng)險;當(dāng)直接數(shù)據(jù)表明沒有勘探潛力,其風(fēng)險概率值在0.01~0.3之間,為高風(fēng)險。

        相對低風(fēng)險或相對高風(fēng)險的評估是基于間接或軟數(shù)據(jù)(譬如,勘探類比資料和露頭),產(chǎn)生正面或負(fù)面的地質(zhì)認(rèn)識(表1)。當(dāng)間接數(shù)據(jù)顯示存在油氣勘探機(jī)會時,其風(fēng)險概率值在0.5~0.7之間,為相對低風(fēng)險;當(dāng)間接數(shù)據(jù)指示勘探前景不明朗,其風(fēng)險概率值在0.3~0.5之間,為相對高風(fēng)險。

        表1 區(qū)帶要素風(fēng)險(P)分類

        在評估每個因素風(fēng)險之后,通過將每個因素風(fēng)險的概率值相乘獲得地質(zhì)成功概率COGS(COGS=PcPrPsPt)。地質(zhì)成功概率越高,油氣區(qū)帶勘探風(fēng)險越低。通常,新區(qū)帶的地質(zhì)成功概率較低[11],因此正確理解成功概率以及其中的風(fēng)險和不確定性,對勘探活動有重大影響。油氣區(qū)帶風(fēng)險可以劃分為以下4類:

        (1)低區(qū)帶風(fēng)險:COGS>0.3,4個因素均為低風(fēng)險,區(qū)帶中存在勘探發(fā)現(xiàn)井且有商業(yè)化生產(chǎn)。

        (2)相對低區(qū)帶風(fēng)險:COGS為0.2~0.3,3個或4個因素均為低風(fēng)險或相對低風(fēng)險,區(qū)帶中存在勘探發(fā)現(xiàn)井,但沒有商業(yè)化生產(chǎn)。

        (3)相對高區(qū)帶風(fēng)險:COGS為0.1~0.2,3個或4個因素均為相對高風(fēng)險,區(qū)帶中勘探井沒有發(fā)現(xiàn)或無商業(yè)價值。

        (4)高區(qū)帶風(fēng)險:COGS≤0.1,3個或4個因素均為高風(fēng)險,區(qū)帶中多口干井顯示勘探潛力小。

        2 區(qū)帶風(fēng)險評價實(shí)例

        研究區(qū)是坎貝爾臺地的最大深水盆地,面積約為10×104km2,該構(gòu)造單元主要為地塹和半地塹,地層為上白堊統(tǒng)—古近系。區(qū)帶A中烴源巖為白堊系煤層和碳質(zhì)頁巖,儲層為河流—三角洲相砂巖,蓋層為海相頁巖。盆地6口探井中W-A和W-F鉆遇到油氣顯示,但未實(shí)現(xiàn)商業(yè)開采。在區(qū)帶評價方法的基礎(chǔ)上,根據(jù)區(qū)域地質(zhì)、探井和地震資料,完成了國外深水盆地區(qū)帶A的風(fēng)險評價,包括生排烴能力風(fēng)險、儲層質(zhì)量風(fēng)險、封蓋條件風(fēng)險和圈閉有效性風(fēng)險分析。

        2.1 生排烴能力風(fēng)險

        生排烴能力風(fēng)險大小主要取決于烴源巖和運(yùn)移有效性,烴源巖有效性包括沉積范圍、厚度、有機(jī)碳含量(TOC)、成熟度(Ro);運(yùn)移有效性包括遮擋條件和運(yùn)移距離等因素。根據(jù)資料情況和探井結(jié)果,確定烴源巖和運(yùn)移有效性概率,最后按木桶理論取最小值確定生排烴能力風(fēng)險(圖1)。早白堊世,整個區(qū)帶A范圍內(nèi)沉積了一套富含有機(jī)質(zhì)的黑色碳質(zhì)泥頁巖及煤系地層,是該盆地優(yōu)質(zhì)的烴源巖。該套烴源巖為Ⅱ型干酪根,TOC值高,分布在盆地主要洼陷的評價單元Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ中(圖2);盆地模擬結(jié)果顯示成熟度Ro>0.8%,而且離生烴中心側(cè)向運(yùn)移距離不超過50 km,整體上為生排烴有利區(qū)。具體看,烴源巖評價單元Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ為油氣優(yōu)勢聚集區(qū),且在單元Ⅰ和Ⅴ內(nèi)各有一口勘探發(fā)現(xiàn)井,屬于生排烴低風(fēng)險區(qū)(圖2);單元Ⅱ由于Ro>2%,處于過成熟階段,所以歸類為生排烴較低風(fēng)險區(qū)(圖1);單元Ⅲ內(nèi)烴源巖厚度較Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ單元薄,歸類為生排烴較低風(fēng)險區(qū);單元Ⅵ遠(yuǎn)離生烴洼陷,側(cè)向運(yùn)移距離大于50 km,并且多口探井顯示油氣未運(yùn)移至此,歸類為生排烴較高風(fēng)險區(qū)(圖2)。

        圖1 生排烴能力風(fēng)險評價標(biāo)準(zhǔn)

        圖2 區(qū)帶A生排烴風(fēng)險評價

        2.2 儲層質(zhì)量風(fēng)險

        儲層質(zhì)量風(fēng)險大小主要取決于儲層分布(沉積相類型、厚度、面積)和物性(孔隙度和滲透率)等因素。根據(jù)資料情況和研究結(jié)果,確定儲層分布和物性概率,最后按木桶理論取最小值確定儲層質(zhì)量風(fēng)險(圖3)。區(qū)帶A的主要儲層為河流—三角洲相砂巖。由于井資料較少,通過區(qū)域沉積相、地層厚度圖和地震屬性分析,儲層分布范圍廣,厚度大。探井顯示儲層質(zhì)量參差不齊,孔隙度和深度交會圖顯示,儲層深度大于3 500 m的時候,90%樣品的孔隙度小于10%,推測儲層產(chǎn)能會較差。具體看,儲層評價單元Ⅰ和Ⅱ都屬于儲層發(fā)育區(qū),單元Ⅰ儲層埋深淺,但單元Ⅱ中的儲層深度大于3 500 m,所以單元Ⅰ屬于儲層質(zhì)量低風(fēng)險區(qū),單元Ⅱ?qū)儆谳^高風(fēng)險區(qū);儲層評價單元Ⅲ由于遠(yuǎn)離物源區(qū),基本沒有儲層分布,歸類為高風(fēng)險區(qū)(圖4)。

        圖3 儲層質(zhì)量風(fēng)險評價標(biāo)準(zhǔn)

        圖4 區(qū)帶A儲層質(zhì)量風(fēng)險評價

        2.3 封蓋條件風(fēng)險

        封蓋條件風(fēng)險大小主要取決于蓋層分布(沉積相類型、分布范圍和厚度)和有效性(排替壓力、構(gòu)造破壞程度)(圖5-6)。根據(jù)資料情況和鉆探結(jié)果,確定蓋層分布和有效性概率,最后按木桶理論取最小值確定封蓋條件風(fēng)險(圖6)。晚白堊世—古新世,海平面快速上升,區(qū)帶A沉積了一套厚層細(xì)粒沉積物,后期未遭受強(qiáng)烈運(yùn)動。蓋層主要為海相泥頁巖,在封蓋評價單元Ⅰ內(nèi),所有探井都鉆遇了這套巖性,因此為封蓋條件較低風(fēng)險區(qū);單元Ⅱ靠近陸架方向,主要為粗粒碎屑沉積,且探井W-G失利的主要原因之一是缺乏蓋層,因此歸類為封蓋條件較高風(fēng)險區(qū)(圖5)。

        圖5 區(qū)帶A蓋層條件風(fēng)險評價

        圖6 蓋層條件風(fēng)險評價標(biāo)準(zhǔn)

        2.4 圈閉有效性風(fēng)險

        圈閉有效性風(fēng)險大小主要取決于圈閉存在性(類型、大小)和時間匹配性(圈閉形成時間和排烴高峰期)。根據(jù)資料情況和鉆探結(jié)果,確定圈閉存在性和時間匹配性概率,最后按木桶理論取最小值確定圈閉有效性風(fēng)險(圖7)。區(qū)帶A的圈閉主要以構(gòu)造圈閉為主,形成于古新世和始新世,早于烴源巖主要生排烴時期中新世。地震構(gòu)造解釋結(jié)果顯示,圈閉評價單元Ⅰ內(nèi)存在大型低幅度構(gòu)造圈閉,而且2口探井證實(shí)了地震預(yù)測結(jié)果,所以圈閉有效性為低風(fēng)險;單元Ⅱ位于構(gòu)造帶上,極有可能發(fā)育大型圈閉,但缺乏三維地震資料證實(shí),歸類為較低風(fēng)險區(qū);單元Ⅲ和Ⅳ位于洼陷區(qū),構(gòu)造圖未顯示有效圈閉,難以有商業(yè)發(fā)現(xiàn),因此歸類為高風(fēng)險區(qū);單元Ⅴ位于盆地邊緣,存在一些小型斷塊圈閉,但構(gòu)造復(fù)雜,斷層封閉性未知,屬于較高風(fēng)險區(qū)(圖8)。

        圖7 圈閉有效性評價標(biāo)準(zhǔn)

        圖8 區(qū)帶A圈閉有效性風(fēng)險評價

        2.5 區(qū)帶風(fēng)險

        區(qū)帶風(fēng)險是生排烴能力、儲層質(zhì)量、封蓋條件和圈閉有效性風(fēng)險的綜合體現(xiàn)??傮w上,區(qū)帶A地質(zhì)成功概率低,風(fēng)險高。區(qū)帶風(fēng)險較低的區(qū)域只有評價單元Ⅰ(圖9),面積較小,是勘探評價工作的重點(diǎn)區(qū)域。區(qū)帶風(fēng)險較高區(qū)域Ⅱ分布范圍較廣(圖9),或因離生烴中心距離遠(yuǎn),或因構(gòu)造復(fù)雜,或因缺乏高精度三維地震資料,可作為研究工作的重點(diǎn)區(qū)域。區(qū)帶高風(fēng)險區(qū)域Ⅲ分布范圍最廣(圖9),存在生排烴條件差、儲層不發(fā)育、封蓋條件不好和圈閉不發(fā)育等風(fēng)險;區(qū)帶風(fēng)險高,不宜進(jìn)行勘探投入。

        圖9 區(qū)帶A整體區(qū)帶風(fēng)險評價

        區(qū)帶風(fēng)險主要是針對區(qū)域上風(fēng)險要素進(jìn)行評價,從而識別最重要的風(fēng)險因素,并指導(dǎo)下一步勘探和研究工作方向。相對高風(fēng)險區(qū)域的下一步工作是規(guī)避主要的風(fēng)險因素,如構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域,需要進(jìn)行構(gòu)造精細(xì)解釋,從而確定潛力大小;封蓋條件不好的區(qū)域,需要重點(diǎn)關(guān)注泥頁巖的分布范圍和厚度,以及斷層封閉性;生排烴能力差的區(qū)域,需要重點(diǎn)研究油氣輸導(dǎo)體系。區(qū)帶A的探井?dāng)?shù)量少,且地震資料覆蓋范圍有限,各個區(qū)域不確定性大,尤其沒有探井和缺乏三維地震資料的Ⅱ類區(qū)域,需要適當(dāng)?shù)目碧酵度?,加?qiáng)綜合潛力研究工作。

        3 區(qū)帶風(fēng)險討論

        油氣區(qū)帶風(fēng)險評價方法是定量化評價生排烴能力、儲層質(zhì)量、封蓋條件和圈閉有效性的風(fēng)險,從而聚焦風(fēng)險最小和潛力最大的區(qū)域。每個要素風(fēng)險的結(jié)果很大程度上依賴于數(shù)據(jù)的可用性。更高的數(shù)據(jù)密度,允許構(gòu)建更詳細(xì)的風(fēng)險評價單元及更可靠的風(fēng)險系數(shù)??傮w而言,劃分評價單元的基本原理是要了解區(qū)帶的整體潛力,并在區(qū)域級別圈定其“最佳區(qū)域”。由于區(qū)帶A的地震和井?dāng)?shù)據(jù)覆蓋稀疏,因此區(qū)帶風(fēng)險評估的過程中存在不確定性,尤其是在沒有三維地震和探井的區(qū)域。隨著更多數(shù)據(jù)和信息的獲取,需定期更新風(fēng)險決策,優(yōu)化各要素風(fēng)險及區(qū)帶風(fēng)險結(jié)果。

        前人的研究主要集中在區(qū)帶風(fēng)險的特點(diǎn)、評價方法和流程上,從而優(yōu)選有利區(qū)帶和有利區(qū)[10-11,22]。本文在傳統(tǒng)區(qū)帶和油氣系統(tǒng)風(fēng)險評價方法的基礎(chǔ)上,通過分析油氣區(qū)帶的勘探資料情況和地質(zhì)特征,建立統(tǒng)一評價標(biāo)準(zhǔn)和流程,劃分區(qū)帶評價單元,定量化區(qū)帶中各個評價單元的風(fēng)險,形成一套定量評價油氣區(qū)帶風(fēng)險的方法,為勘探投資決策提供依據(jù)。

        區(qū)帶風(fēng)險評估需集思廣益,而不是依靠單個人的地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)、知識和智慧。通常,3個或4個更多的有經(jīng)驗(yàn)的地質(zhì)專家在一起自由討論和分享各自的風(fēng)險評估結(jié)果,極大概率能得到一個合理的區(qū)帶風(fēng)險值。進(jìn)一步,總結(jié)探井失利和成功的原因,能有效幫助區(qū)帶風(fēng)險的評估。最后,將估計的區(qū)帶風(fēng)險值與類似地質(zhì)條件下的勘探成熟區(qū)帶進(jìn)行比較,幫助檢驗(yàn)評估結(jié)果的可靠性。

        4 結(jié)論

        (1)油氣區(qū)帶風(fēng)險評價流程通過定量化評價生排烴能力、儲層質(zhì)量、封蓋條件和圈閉有效性的風(fēng)險,從而聚焦風(fēng)險最小和潛力最大的區(qū)域。

        (2)詳盡分析各風(fēng)險要素是合理評估區(qū)帶風(fēng)險的基礎(chǔ)。生排烴能力、儲層質(zhì)量、封蓋條件和圈閉有效性共同決定了區(qū)帶風(fēng)險大小。

        (3)區(qū)帶風(fēng)險主要是針對區(qū)域上風(fēng)險要素進(jìn)行評價,從而識別評價單元的主要風(fēng)險因素,指導(dǎo)下一步勘探和研究工作方向。區(qū)帶風(fēng)險評價結(jié)果很大程度上依賴于數(shù)據(jù)的可用性,隨著勘探程度深入,數(shù)據(jù)越多,風(fēng)險值越可靠。

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