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油气资源评价方法

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油气 资源 评价 方法
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油气资源评估方法第 63 卷第 12 期 1979 年 12 月 美国石油地质协会期刊概率方法可以处理未发现油气资源的前景评估的问题,这种方法主要反映了不确定性和风险性。累积的概率曲线显示了可能蕴藏烃资源的几率,不含烃资源的风险性,平均的期望值,以及“最高储量”的发生概率。专家们最终达成共识,将曲线叫做德尔菲法。在蒙特卡罗模拟法中,曲线可以通过乘法构建,几个参数决定了潜在的油储量(桶)和气储量(立方英里) 。举个例子,就是有勘探前景的烃源岩体积乘以丰度系数。而且,每个参数都有一定的范围,这个范围就取决于不确定性。其他的地质方法取决于地下油气圈闭空间的体积,单位体积产量,与其他生产领域的地质类比,各自勘探前景的评估总结,有潜力区域的数量和大小,或者烃类产生的地球化学平衡,运移和成藏。包括过去发现量的外推法在内统计学方法只能在数据丰富的成熟的勘探领域应用。二、简介在钻井前评估油气资源量的方法是多种多样的。不同的地质条件和不同的目的需要不同的方法。更复杂的计算机模型的使用,更加现实的地质风险的统计,一系列有价值而不是单一数量的报道是目前发展的趋势、在评估中有两个基本问题。首先,在这片区域中有传统的油气资源吗?这个问题取决于地质风险分析。例如,如果在一片区域内没有源岩或者储集岩又或者没有所需的圈闭条件,那么答案就是没有油气资源。如果这些条件有存在的可能性,那么答案可能就是肯定的。第二个问题自然就是油气储量有多少?这个问题通常由一系列烃类体积参数决定,这些参数最后就得出了石油产量(桶)和天然气储量(立方英尺)这两个问题的答案也解决了什么是资源库的问题,我们定义为有恢复潜力的烃,无论大小或者多少,或者涉及的经济价值是多少。政府和工厂的经济学家更想了解可获得的资源量是多少,也就是,在目前的经济技术条件下,有多少资源能被找到并生产出来。有潜力的区域的数量和分布情况很重要,因为某些区域太小了以至于不能补偿钻井和生产所带来的费用。评估人员也需要预测所得到的产品是否为油气。在一些偏僻的地区,生产天然气所带来的困难和花费可能太高了。为了找到沉积物而钻井可能也会花费太多的金钱和时间。比如说,某些地方微妙的地层圈闭就很难勘探,其他的地方即使发现了沉积物也有可能太少了。而且,北极圈的冰下、深水中又或者离海岸很远的距离这些地方都可能没有办法接近。评估概率曲线即使在最好的情况下,这些问题所带来的地质的和经济方面的不确定性也是惊人的。这也是为什么越来越多的评估人员报道的关于价值和进一步风险的认证可能都是错的原因。 (见 976 ,还有 类推法 1977 ,1 是一个关于单一圈闭内有潜力的油田的概率评估曲线的例子。下部的风险曲线来源于上部的无风险曲线,横轴是结果可能的范围,这个范围从 0 到 桶。纵轴是超过任何给定量的价值的概率值。例如,在风险曲线上当概率是 1/20,潜量就是或者超过 2 亿桶。 等于潜量 地质风险因素 或超出潜 源岩量的概率 储集岩圈闭, 恢复体积因素……面积*厚度*桶 每立方尺的面积潜力恢复(百万 1 评估可能性曲线(, 1975)事实上,烃类潜在资源量的分布位置通常被先确定。在蒙特卡罗模拟法中,无风险曲线由几个丰度参数共同影响。蒙特卡罗是一种程序,他通过运行试验数据来模拟出可能的概率分布。结果的范围反映了不同随机数的组合,这些数都是从指定范围内输入的参数。每个丰度参数都被加入到这个模拟中反映不确定性的范围。(976 强调了一些问题和关于建立真实性数据范围的原则)例如,计算机模拟产生了许多可能的组合,从这些范围到所给的范围,可能有 500 个结果。将这些结果从小到大被有序的排列起来,就产生了无风险的概率曲线。例如,在这个 500 个结果中,有 300 个或者说60%的结果比 1 亿桶要大。这条无风险曲线的平均值是 500 个结果的平均值。如果丰度参数的评估是正确的,那么上部的无风险曲线本身就可以显示找到每个不同水平潜力资源的概率。评估人员用地质风险评估法来确定丰度参数是正确的可能性。在地质风险分析中将烃产生的控制性要素——源岩、储集岩、圈闭以及油气恢复水平都考虑进去是很重要的。如果这四个条件中的任意一个丢失或者不充分,那么勘探前景就会渺茫也毫无回报可言。如果我们把每个因素都考虑充分,那么这四个因素就可以使勘探前景变得很好。如果我们评估出的可能性是 么整个概率就会变为 这是被评估的组合概率,真正的结果依赖于四个参数的范围。因此,最终得到的真实结果低于评估结果的风险就是 (风险等于 1 减去可能发生的概率)图 1 中的无风险曲线通过减去风险分析的概率而变成了风险曲线。在测试中,通过按照风险分析减少的概率,每个潜在资源量的概率都被减少到无风险曲线的 25%。确切的产量范围依然是相同的,包括最高的前景。每 100 个结果中仅仅会有 25 个结果准确的落在风险曲线上,其余的 75 个结果本质上产量是 0 。因为地质控制因素的不充分性,所以在勘探中有 75%的可能圈闭是没有油的。风险的平均值就是所有可能结果的算术平均值,包括 25 个有价值的和 75 个没价值的结果。因此,风险平均值是无风险平均期望值的 25%。(1975 )、 977 )给出了关于风险性程序的更多细节。如果评估方法很有系统性和真实性,那么最后的风险概率曲线就会准确的给出关于油气量前景勘探回报结果,也会给出可能会否定这些回报的相关的地质风险评估。所有基础性的地质数据、假设和曲线都能为经济分析提供依据。评估方法图 2 列出了各种曾经用过的方法。这些方法主要是地质类比法、特尔菲法、面积和体积法、地球化学方法、产量分析法、勘探法和总结法、也有许多方法的结合使用,或多或少都有叠合。图 2 显示出了是否各种方法能被应用到圈闭、区带或者盆地中。我们把圈闭定义为单一油或气的聚集区。区带定义为一组地质条件相似的圈闭。盆地定义为由沉积岩形成的体积很大的地形,盆地包括一个或几个区带。总结法和勘探法也能处理叠合盆地。图 2 评价未发现油气资源含量的方法在这张图中我们省略了较旧的 数值分级系统,这个系统给出定性的答案而不是以桶或者立方英尺计算出烃含量。地质类别法简单的说,类比评估就是,如果还没有评价的 A 很像已经开发的 B,那么 A 和 B 一定有相似的含油气特征。事实上,大多数评价方法也用其他方法中的一些参数弥补明显的区别。例如,如果盆地 A 和 B 除了其中一个盆地沉积物量很少这一个条件外,其他地质条件都很相似,那么将丰度参数规范起来就很必要。一些地质类比法挑出了与生烃有关的因素中的一个,比如相似的源岩(963) 或者相似的储集岩(962)又或者相似的圈闭条件。 这些方法中的某些方法使用非常复杂的计算机技术来比较钻完井的区域和钻探少的或有相似条件的区域。一个例子就是人(1975)975)将有相似圈闭条件的西 研究成果应用在了区构造地图的研究上。其他的地质类比是建立在更广泛的对比的基础上的。比如 952)对盆地类型的研究,以及许多作者随后对盆地类型划分的研究(如,971, 1975; 1973;975976).。也许最有综合性的类比方法是 977)所描述的。他们为了找到像已评估区带的知名区带,使用了计算机对历史数据进行了集群分析。一个区带,或者说是”含油气区”被153 个直接得到或是估计的参数描述,其中有 76%的数据是计算出来的, 106 个是通过定性判断变成数字的。这 335 个参数中,从 20 到 120 的数据是用来确定一个新区带是属于七个级别中的哪一个级别的,并且要选出这个级别。人(1976)也处理了很多地质类比。地质类比法的主要优势是将经验性的和真实的数据做有意义的对比,增加了结果的准确性。地质类比法可以以一种或者另一种形式加入到几乎所有的方法中。如果只有一种地质参数被选择出来作对比,那么类比法也可能有缺陷。在目前的知识水平下,我们不能确定是否圈闭 区带 盆地地质类比法   特尔菲发   面积产量法   体积产量法   地球化学物质平衡法   区域数量和大小法  圈闭、区带总结法  恢复率外推法 把所有的因素都考虑进来了。事实上,类比法的成功与否可能更多取决于差异性,而非相似性。就像无论用什么风险因素来衡量,只要有一个关键因素不同,那么类比的结果就可能有误导性。特尔菲法特尔菲法(图 3)综合了几个专家关于潜在资源概率分布情况的观点。这个程序以古希腊的甲骨文命名,但是专家取代了女祭司和先知。这个方法被用在加拿大的地质调查中(加拿大的能源政治 1973) ,后来 人(1975)个专家组回顾了所有可适用的地质条件并设想了关键性因素,然后每个成员做出了自己的资源概率曲线。这个组研究了每个人的结果,并修改一些结果,然后所有的曲线被平均化。就像图 3 所示,这 5 条曲线的单独的资源量概率被平均化,得到了最终的曲线,这条曲线作为最终的结果。潜在资源量的概率潜在资源量(十 亿桶) 图 3 用特尔菲方法做出的五种观点的概率曲线特尔菲法主要的优点是将复杂问题简单化以及它完整的概率形式。它也对其他的方法起到了检查的作用。这个方法的缺点就是它不包括扩展性因素和直接输入的文件。有一点我们必须清楚,那就是专家是怎样为了评价评估而成为专家的。这个方法正在让更多的人评价像油量一样复杂的产品。将问题分解成风险因素和相应的内容参数看起来更现实。在这些方面就需要更多的判断,而且相对于整体而言,特尔菲法更有适用于局部的优势。面积法面积法的使用如图 4,这代表了一个盆地的框图。所列出的文字是决定含烃量前景的参数。在评估中,应使盆地的面积与单位面积产量以及产烃率相乘。就像在下面的其他方法中,蒙特卡罗模拟法中每个参数都能作为一系列价值被加入进去。结果给出概率曲线,然后可得到任何的地质风险。烃类丰度系数盆地面积产烃率单位面积产量盆地中潜力区图 4 面积法得到的盆地评估,图上的点代表砂岩(有潜力的储集岩) ,它被页岩覆盖(有潜力的烃源岩) 。图中黑色的是油气区。阴影图案代表没有潜力的基底岩石。三个参数共同得到了评估,在面积法中不考虑三维空间和深度。面积法的优点是面积产量能够因源于相似的有前景的知名地区而被很快的得出来。缺点就是这个方法没有把任何的三维和深度的变化考虑进来,因此,面积法在很大程度上被体积法取代了。体积法各种体积法的应用已经成为评估界的主要方式。由于这个原因我们会给出 3 种不同的例子,他们分别用在了圈闭、区带、盆地中。在圈闭评估中,常见的计算方法是前景区面积乘以净厚度再乘以每立方英尺的油气产量。(图 5) 。相关的参数涉及各种影响因素,如孔隙度、含烃量以及饱和度。蒙特卡罗法的应用被 965),人 (1967),968),971),975)类丰度系数潜力区圈闭面积( A)平均净厚度,英尺单位面积产量圈闭的潜在资源图 5 通过体积法的得到的圈闭评估,解释符号见图 4这个方法所涉及的优缺点在每个评估方法中都涉及到。将关键的丰度参数系统的确定出来很好。很明显,这个方法对于钻井前评估潜力区、层厚和产量是很难的,所以根据与其他生产区相比而得到的数据很有用。在这样的不确定条件下,仅有的谨慎的解决方式是确定有价值探区的范围,并且了解这些范围可能的风险。将体积法应用在区带中是 975)所做的。图 6 显示了一个储集层形成了三个圈闭的区带。丰度参数包括圈闭的闭合面积、充溢系数、厚度和单位立方英尺的产量。975 )给出了这种方法更为复杂的应用。烃丰度系数圈闭闭合面积( 2+…)产烃率平均净厚度,英尺单位面积产量区带内的潜在资源图 6 应用体积法得到的区带评价,符号解释见图 4这种方法的优点是将地质中最重要的方面联系起来了,也就是圈闭的数量和大小 。缺点就是这个方法需要很多的数据。而且这个方法在受到地震控制的区域不能准确的应用。在文献中最常被提到的盆地的评估方法是 949)提出的体积法。通常是将盆地面积、整个沉积物的厚度、单位立方英尺的油量做乘积。 (图 7)评估者可以仅使用储层的体积或源岩的体积与相应的丰度系数相乘烃丰度系数盆地面积整个沉积岩体的平均厚度单位面积含油量 盆地潜在资源图 7 体积法的盆地评估,符号解释见图 4体积法的盆地评估在数据不足的早期勘探阶段有优势。多年来,产量一直是评估的主要标尺。然而,随着其他评估方法的出现,这就遇到了困难。已勘探盆地的产量从 0 到每立方英尺四千万桶不等,因此,在还没有勘探的盆地选择出的一片广阔的范围是很难的但也很必要。体积大的盆地大多缺少储集岩或者缺油。这也再次证明了风险是不可缺少的。地球化学物质平衡法 地球化学物质平衡法是体积法中一种特别的方法(图 8) 。 它解决了石油产生、运移和成藏的基本原理。俄罗斯人(如 ,962;,1977 )在 1936 年研究出了这个方法, 975 )已经介绍了它的使用 。 959 )以及963 )给出了关于生烃和排烃概念的研究。烃丰度系数排烃区域面积源岩厚度( 2)有机质含量生烃率运移率成藏率潜力恢复率 圈闭中的潜力区 图 8 地球化学物质平衡法评估圈闭 ,解释符号键图 4计算方法就是一系列的参数相乘。对于这个圈闭的例子(图 8) ,烃从向斜凹槽中排出,在从向斜中,任何烃都沿着上倾方向运移到构造的顶部。上部页岩和下部砂岩的厚度根据有机质演化阶段估计的。虽然含量有很大的区别,但页岩中通常包含 1%有机质或干酪根,随着埋藏时间和温度的增加,只有一小部分的有机质转化成烃,只有一小部分的烃可以从源岩中运移出来到输导层和储集层中,只有一部分运移出来的烃能够聚集成藏,一大部分都散失了或者泄露到地表。最后,所有的烃经历了严格过程聚集到一起。但是仅有一部分可以勘探出来。通常,在传统领域只有 30%的油 70%的气可以被恢复。这个方法的优势就是包含了所有油气产生的关键性的参数。同时,它也有缺点。在地质时间内重建生排烃系统以及求取厚度很难。虽然,目前的有机质含量能检测出来,但是解释缺少了哪些成分却很难。尤其是测量那些已经从圈闭中运移和逃出来的烃含量很困难。然而,最近地质方法在理解烃产生的进程方面有了很大的进步 (例如 974; l,1975;976;977 )随着我们知识的增加,我们希望得到有捷径的方法,而不是通过经验主义评估。油田的数量和大小法1956) 在圈闭评估中已经提供了一个很好的关于使用油田的数量和大小方法的例子。它统计了所有路易斯安那州陆地上的构造圈闭,用预测潜力区数量的成功率乘以圈闭的数量。它从路易斯安那州的附近的地质条件相似的已钻井的地区得到了成功率。成功率等于整个勘探圈闭的数量除未发现油田的数量。假定的油田数量乘以平均的油田大小,这个数据也是从路易斯安那州陆地上得到的。烃丰度系数圈闭数量成功率(潜力油田 力油田规模,桶 区带内的圈闭图图 9 油田数量和大小方法评价区带和盆地,在区带或盆地的边界内部圈闭被显示出来俄罗斯人(如 960;,1977)曾用过相似的方法,他们叫做“平均结构”法。加拿大人(,1975; 977)用了整个油田大小的分布而不是平均大小补充了这个定义。他们也用了一系列有潜力的圈闭。他们把数量范围和大小范围加入到蒙特卡罗模拟法中得到了评估概率曲线。976)也用了油田978)用了一些大油田的大小和数量来评估世界油气资源。这个方法的有点是他能处理很原始的圈闭和油田。主要的缺点是大多数圈闭有大量的地震数据需要解释。这种方法在不确定的圈闭类型上很难应用,比如地层圈闭。圈闭和区带总结法大区的评估通常是由小区的评估总结得到的。因此圈闭评估可以应用到区带评估中,区带评估可以应用到盆中,盆地的总结可以应用到国家资源的评估。更小的单元可以由前面所提到的任何方法评估。在图 10 中,上部的两个图是由储集岩的体积和产量法得到的,这是南路易斯安那州的圈闭。将这两条曲线加入到蒙特卡罗模拟法中的到了下部的曲线。蒙特卡罗模拟法的每一次尝试,其意义都在于数据是随机选出的。例如,500 个这样的数据被从小到大选出产生了总结曲线。只有这种方法是直接相加的。换句话说就是 。最后的储量没有两个单独储量的和大,因为两个不相同的事件同时发生,是不合理性的。 + 总结潜力资源(10 亿立方英尺)图 10 蒙特卡罗总结解决区带评估的例子蒙特卡罗总结法的优势就在于概率分配很正确。任何的缺陷都是来源于总结前的评估方法中。如果其中一部分有缺陷,那么最终的综合结果也会如此。任何的方法都有可能错过一个重要的圈闭,或将一个没被评估的且还未识别的区带留下。发现率的外推法发现率的外推法是一种以历史资料为基础,来推测未来发现量的一种评估方法。最早是由958) 提出的。横轴代表美国所有新资源恢复的累积量,也包括老区的资源。每个点都显示出了已发现的石油。纵轴是是整个美国所钻井每年的产油量,包括发现井和勘探井。(图 11)曲线上的每个点代表了一年的量,有数据的阶段是 1936。认识到了不确定性后,测出了三条曲线。标着 “最好的”的线是由整个 21 年的外推。标着“最差的”是 1947的后九年外推得到的。标着 “平均的”是在两条线之间外推得到的。钻井单位立方英尺的产油量美国累积量(十亿桶油) 图 11 发现率外推法 在单位进尺所得产油量的应用在推断参数和处理答案的不确定性方面 这个时代的主要带头人。直到1967 年才使用这个方法,而且他认为 (967 ) 这个方法是起源于 1960) 。当然了,这个方法改善了不少。并且,他曾长时间着手于另一个方法。很令人惊讶,958 )以 1700 亿桶结束了他的曲线,而这个数量恰好和 一样,他们使用两种方法做的。这两个人都预测美国(出去阿拉斯加和国界以外)的石油将在 1967 年达到峰值,事实上,石油产量在 1970 年达到了峰值。外推法在资源评估中占据着重要的地位。优势就是直接与真实的经验相联系。特的方法在考虑钻井效率方面很有意义。然而,像其他方法一样,外推法也有缺点。对于在什么地方钻井,钻多深都不清楚。还没有钻井或者没有发现的地区好像也没有包括在内。这个方法需要一系列准确的数据。外推法对于那些仅有少量数据变化的资料都很敏感。尤其是近些年的方法,变化的经济政治环境能对这条曲线有影响。研究的区域一定要处于勘探的成熟阶段。在这个阶段,发现率会降低。如果发现率增加,那么外推法就会陷入无限的进行下去的处境。图 12 显示的是 962) 非常值得注意的方法。早在 1949 年他就用发现率和产率陈述过这种方法。首先,他把他的方法建立在其他资源评估的基础上。在 1962 年它做出了自己的成果。他在与水平轴相对应的纵轴描述了美国每年的发现率和产率(几十亿桶) 。他把这些数据都体现在一条曲线上,模拟了不可再生资源的不可避免的波动。产率曲线要比发现率曲线延后十年 。出了这样的结论:发现率在 1957 年达到峰值,因此,产率会在 1967 年达到峰值。这两条曲线相交的地方,探明储量增长率是 国已经证实了储量在 1961 年达到峰值。几乎同 示的一样。每年产量(十亿桶)(美国石油)年 图 12 用发现率外推法得到的每年发现储量(962 , 13 显示了 关于所有油量的结论。数据基本与图 12 相似。但是发现率和产率曲线被累积在一起表达。最终所显示的产量是 1700 亿桶,产率曲线落后于发现率曲线 明储量在 1961 年达到峰值。石油量(十亿桶)年 图 13 美国最终的石油发现量和产量 后来,967)用相似的结论证实了外推法,它用之前讨论的每立方英尺的含油量的方式得到了相同的答案。后来的结论也证实了之前的正确性。在那段时间里,阿拉斯加增加了 430 亿桶的石油,这在他早年的估算中是没有的。这也说明了各种方法共同使用的优势。每一种应用到这个地区的方法都要合适这个地区。外推法的最终形式,我们要回顾的是每钻探一英尺得到多少产油量的项目(图 14) 。这个例子是 975)做的。他们将 方法做了修改。在纵轴上, 述了每钻探 1 千万英尺探明储量方面的发现率,整个钻探的尺度都描述在横轴上。图中显示了四个不同的级别的油田,最大的在下部,每个级别的规模都显示在右侧。大油田的发现率比小一点的油田的发现率减少要快。对于达到无穷的勘探,未发现油田的数量在最左侧一列表现出来。油田的数量乘以各自的规模就是最终的评估结果。这个方法的优缺点和其他外推法的优缺点相同。新油田 每 未发现油 平均大小 大小范围钻 10 7英尺 田的数量 106 3 1 17 10 37 25油田钻探尺度(10 7 英尺)图 14 外推法得到的单位进尺的未发现储量( 1975 , 341)结论正如我们所见,每种方法都有自己的优缺点。要考虑多种可变的因素,当然也有多种方法来处理。问题是要解释两种评估方式如何比较时需要很多的条件。主要需要考虑的条件如下:为了对比评估,首先,需要了解准确的地理覆盖面积。然后,一些评估只说出了那些还未发现的资源,而不包括过去没发现或一些将来可能增长的老区。一些评估人员将液态天然气和石油混在一起,而其他人不这样。结果不同的可能只有 10%,但是差距是要合计的。最关键的评估是地质因素。比如说有相似丰度系数的选择。区别可获潜量与资源量基础也很重要。所有的评估都有最低储量,但是价值很难说明。一些预测的时间是有限的,其余的则是没有期限的。得到好的数据很难,不好的数据又会很严重的妨碍预测。风险是最重要的因素,也是最容易忽视的因素。最常强调的风险取决于与已知投产区的相似度,但是有区别也有可能没有风险。最后,大多数较老的评估和不相关的概率,做为一个单独的数字被报道出来。其中的一些评估可能是代表着有 50 %概率的平均预测,但是其他的评估更想预测出最大的储量。情形很复杂,但并不是毫无可能。这里和其他国家的政府、工厂和科学界正在研究更多有效的方法。评估一般由三部分组成——基本原理、经验、判断。在早期评估中,判断是最主要的。今天,我们更多地依赖经验。在将来,我们将同时应用这 3 部分,但是会更依赖基本原理来指导评估。参考文献目录一、摘要二、简介四、评估概率曲线五、 现率外推法六、总结七、参考文献
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