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非常规油气资源评价方法与空间分布预测技术(上)_图文

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非常规油气 页岩气 页岩油 煤层气 致密砂岩 致密气 致密油 可燃冰
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非常规油气资源评价方法 与空间分布预测技术 中国石油勘探开发研究院 油气资源规划所 2013年 4月 10日 北京 郭 秋 麟 《 非常规油气地质理论与评价技术 》 系列课程 (上 ) 内 容 一、前言 二、方法与技术研究进展 三、中石油第四次资评优选的方法 四、其他特色技术 包括:致密油、致密气、页岩气、煤层气、油页岩、油砂矿和可燃冰等 重点研究: 致密油、致密砂岩气、页岩气 三种 一、前 言 1、非常规油气资源 ( C 1995年, 连续型油气聚集 ”,之后连续型油气资源逐步发展成为非常规油气资源。 2、致密油分类 • 边油 ——过渡型) – is 0.1 – of – – 密油 ——典型致密油) – is is 具有较高成熟度的页岩层内会形成纳米孔,对改善页岩物性有积极作用 • 现今的位置 :陆上 核心区划分 二、方法与技术研究进展 3、体积法 美国 核心区地质资源量计算 吸附气量: 游离气量: 其中: 43560:平方英尺与英亩换算系数 A:远景区面积(英亩) h:远景区厚度(英尺) Φ:孔隙度 水饱和度 天然气体积系数 ( 立方英尺 /标准立方英尺 ) P、 T:地层压力和温度 Z: 气体偏差系数 ( 气体实际体积与理想状态下体积 之比) 气量( 立方英尺 /吨 ) 郎缪尔体积和朗缪尔压力 P: 原始地层压力 二、方法与技术研究进展 3、体积法 资源评价方法( 中国工程院 , 2011) 类比法 专家法 多专家综合评价 G=∑Gi·a i / ∑含气量法 实测总含气量 G= f 面积丰度类比法 G=A 资源评价方法(国土资源部 , 2012) 容积法:游离气 +吸附气 式中 : G —— 页岩气资源量, 106 原始含气饱和度,小数 天然气原始体积系数,小数 ρ —— 岩石密度 , g/s—— 吸附气含量, m3/t  含气量法:实测数据  G — 页岩气资源量, 108 — 储层面积, h — 储层厚度, m ρ — 岩石密度, g/t— 实测含气量, m3/t 二、方法与技术研究进展 3、体积法 计算公式 : 实例 : 问题: 解决方法: 分块评价,不同块采用不同的参数 G= f •页岩有利区面积: 20~25万 海相页岩有效厚度: 30~150m,取值 60m •页岩含气量: 吨,取值 吨 •岩石密度: 采收率: 8~15%,取值 12% •预测海相页岩气可采资源: 值 • 含气量 —— 不同地区、不同层系、不同岩相带含气量变化大,不能用单一值替代 • 孔隙度 —— 是容积法的关键参数,横向变化大,要分别对待 • 测试样品 —— 不同成分、不同物性的页岩,含气量数据是否齐全  二、方法与技术研究进展 4、随机模拟法 —— 2010 认为类比法( 在以下不足: •没考虑不同评价单元 管, 2009年 也仅考虑纯地理的距离) •没有充分挖掘已有数据所隐含的信息 •评价结果不符合空间分布规律 建立一套新的评价方法: 有钻井的地区 —— 统计法 未钻井的地区 —— 类比法 数学模型:序贯高斯随机模拟 数学模型:多点模拟 模拟网格示意图 非生产井 生产井 非生产井控制的排泄区 生产井控制的排泄区 重叠区 二、方法与技术研究进展 4、随机模拟法 ——2010  — 在已有钻井地区的评价步骤(统计法) 第一, 选择单元格的尺寸和形状,它们是基本的评价单位。 第二, 如果有任何井没有指定排泄区,则进行指定。 第三, 建立每口井排泄区的形状和地理位臵模型,每个井排泄区相当于多个相邻单元格的集合体。 第四, 为每个无产能井限定无产能区的范围。 第五, 通过确定单元格、排泄区、井的关系,为 每个网格单元准备一个相应的 终可采储量)数据集。 第六, 为每个测试单元准备一个包含三条信息的指示数据集,即单元格中心的纵、横坐标和一个指示器。指示器为 0表示单元格没有产能,为 1表示有产能。 第七, 如果该区域没有数据或者很少数据,不确定性很大,则需要准备一张克里金估计误差图,并由此确定评价区的边界。 第八, 采用 序贯指示随机模拟方法 至少模拟 100次产能指示器,指明单元格有无产能。 第九, 采用 序贯高斯随机模拟方法 模拟单元格 拟次数与指示器的模拟次数相同。 第十, 利用第八步中生成的图件修正第九步中生成的图件。以上每次模拟结果的发生都是等概率的。 第十一, 采用等概率模型,汇总以上模拟的结果。 二、方法与技术研究进展 4、随机模拟法 ——2010  — 生产井与非生产井分布 生产井最终可采储量分布 评价区: 价层系 二、方法与技术研究进展 4、随机模拟法 ——2010 半变差函数 评价结果 —— 最小值, 价结果 —— 中值, 价结果 —— 最大值, et 2010, 评价结果可信度高 (单位:百万标准立方英尺/ 5英亩, — 二、方法与技术研究进展 4、随机模拟法 ——2010  — 在无钻井地区的评价步骤(类比法) 第一, 选择 地质条件相似的成熟区作为 类比刻度区 , 用 根据模拟图像和经验确定评价区的 第二, 确定评价区的边界。 第三, 变换 其服从均值为 0,方差为 1的正态分布。 第四, 利用连续滤波模拟,生成单元格产能的至少 100次实现。 第五, 把实现从正态分布空间反变换到原来的 第六, 有规律的抽取 1%的单元样本,生成一个产能指示数据集。定义数值在 d%以下的那些单元为没有产能,以上的单元格有产能。这里, 第七 ,运用正态分布对有产能和无产能单元进行条件模拟。生成与第四步相同数量的实现。 第八, 利用第七步中的实现来修正第五步,得到评价区模拟的最终实现。 第九 ,应用至少 100张单元格 备评价,汇总评价结果。 二、方法与技术研究进展 4、随机模拟法 ——2010  — 评价实例 最小值 大值 (et 2010, 拟结果 (单位:百万标准立方英尺 / 5英亩,相当于 二、方法与技术研究进展 4、随机模拟法 ——加拿大, 2010 (et 2010) 二、方法与技术研究进展 4、随机模拟法 ——加拿大, 2010 应用实例:西加拿大盆地 页岩油的评价 西加拿大沉积盆地 、方法与技术研究进展 4、随机模拟法 ——加拿大, 2010 1 • 烃源岩测试 ——确定烃源岩的 二、方法与技术研究进展 4、随机模拟法 ——加拿大, 2010 • 地质模型与参数分析 ——确定烃源岩的质量、成熟度,分析储层孔隙度(基质和裂缝两种类型) P o r o s i t 3 4 5x 1 055 . 55 . 65 . 75 . 85 . 966 . 16 . 2x 1 0600 . 0 20 . 0 40 . 0 60 . 0 80 . 10 . 1 20 . 1 40 . 1 60 . 1 80 . 2孔隙度 M e a n T m a 3 4 5x 1 055 . 55 . 65 . 75 . 85 . 966 . 16 . 2x 1 06400410420430440450460平均 i c o n v e r t e 3 4 5x 1 055 . 55 . 65 . 75 . 85 . 966 . 16 . 2x 1 0600 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 8数 二、方法与技术研究进展 4、随机模拟法 ——加拿大, 2010 • 资源模型刻度 ——统计已发现油藏分布,确定油藏分布趋势 已发现储量丰度分布图 (空间域) 度 各向异性的空间关系 (频率域) 储量丰度变化趋势 O r i g i n a l a m p t i t u d 00 150 200 2505010015020025030035010o w e r S p e c t r u m , x - d i r e c t i o o w e r S p e c t r u m , y - d i r e c t i o 找到 ( 2010, 2012) 二、方法与技术研究进展 4、随机模拟法 ——加拿大, 2010 • 应用效果: 岩油的评价 单位: 103 o o l s i z e > 0 P o o l s i z e > 2 0 0P o o l s i z e > 3 0 00100200300400西加拿大沉积盆地页岩油资源丰度图( 2010) 二、方法与技术研究进展 4b、贝叶斯支持向量机的算法 ——加拿大, 2010  贝叶斯支持向量机的算法 (贝叶斯支持向量机方法评价流程( 2010) 二、方法与技术研究进展  贝叶斯支持向量机的算法 (训练井预测概率图 4b、贝叶斯支持向量机的算法 ——加拿大, 2010 二、方法与技术研究进展  贝叶斯支持向量机的算法 (加拿大北极圈 2010) 4b、贝叶斯支持向量机的算法 ——加拿大, 2010 二、方法与技术研究进展 随机模拟法 和 贝叶斯支持向量机的算法 优 点: 缺 点: • 充分利用各种地质资料(地质模型) • 考虑数据的空间位置关系及参数间的关系(随机模型) • 结果带有预测性,有可视化的预测成果图 • 需要较多的资料,如储量、成藏条件等 • 需要筛选成藏主控因素,非地质专业人员难于完成 • 数学算法及操作过程复杂,需要专门培训 • 评价周期较长 解决方法: 从资料准备、参数优选等方面着手,加强应用研究 二、方法与技术研究进展 5、成因法 ——美国 2007 可转化的有机碳 残余有机碳 排出的碳 未排出的碳 二次裂解形成的死碳 排油量 排气量 滞留气量 残余有机碳 存在问题 页岩气饱和度图 • 实验测试分析,获取关键参数,如原始有机碳等 • 利用盆地模拟软件模拟页岩气饱和度,计算含气量 •采样合理性、测试方法和精度等问题 •需要完成盆地模拟,过程复杂,还要很多资料支持 二、方法与技术研究进展 6、其它方法 ——资源三角理论 , 2010  1979年,加拿大猎人勘探有限公司 先提出全球各类油气资源可能存在三角形分布的假设  2004年, 一 假设,并逐步形成所谓的“资源三角”概 念  目前,雪佛龙公司和美国得克萨斯州 A&发出 2010) 二、方法与技术研究进展 6、其它方法 ——资源三角理论 , 2010 •盆地相似分析调查系统 (•非常规天然气专家系统 (•数据库 大类 和 5种资源类别: •累积采出量 •探明储量 •探明增量 •未探明资源量 •常规石油 •常规天然气 •致密砂岩气 •煤层气 •页岩气 4大类 5种资源类别 二、方法与技术研究进展 信度” (概念 定量评价 定义标准 定义的解释 定义中包含的资源类别 采储量的置信度为 100% 累计产量 采储量的置信度至少为 90% 累计产量 +已探明储量 采储量的置信度至少为 50% 累计产量 +已探明储量 +储量增加 采储量的置信度至少为 10% 累计产量 +已探明储量 +储量增加 +未探明储量 =总可采资源量 信度”的定义 6、其它方法 ——资源三角理论 , 2010 二、方法与技术研究进展 1 安纳达科盆地 14 威利斯盆地 2 阿巴拉契亚盆地 (15 风河盆地 (3 黑勇士盆地 (16 4 17 东德克萨斯盆地 18 6 19 拉顿盆地 7 圣胡安盆地 (20 西加拿大沉积盆地 8 21 伊利诺斯盆地 (9 22 路易斯安那密西西比盆地 10 大合恩盆地 23 密歇根盆地 11 丹佛盆地 24 12 二叠纪盆地 25 西部海湾盆地 13 粉河盆地 量化资源三角所引证的 25个北美盆地列表 6、其它方法 ——资源三角理论 , 2010 二、方法与技术研究进展 将盆地的资源状况制作成“资源树”,并按 5类资源分别评估可采资源量。以圣胡安盆地为例,将常规石油换算成天然气当量,加上常规天然气量,构成常规资源量;将煤层气、致密砂岩气和页岩气计入非常规资源量。 6、其它方法 ——资源三角理论 , 2010 二、方法与技术研究进展 常规资源约占 10%,非常规资源约占 90%,两者之比约 10 : 90 6、其它方法 ——资源三角理论 , 2010 二、方法与技术研究进展 这些盆地中各类油气资源的占比范围:常规油占 1%~10%; 常规气占2%~13% ;致密砂岩气占 36%~49%( 煤层气占 13%~41% ;页岩气占 15%~60% 。 6、其它方法 ——资源三角理论 , 2010 二、方法与技术研究进展 这种方法还不十分严谨,目前只是在少数成熟盆地进行了验证,尚存在一定的局限性,有待进一步改进和完善。需要扩大数据库信息量、增加盆地评价验证案例、提供更加可信的评价结果等。同时也需要利用统计模型对评价结果做“不确定性”分析。 结论: 6、其它方法 ——资源三角理论 , 2010 二、方法与技术研究进展 小 结 • 非常规 油气资源评价方法已成为目前研究的重点 • 资源空间分布模拟 方法在非常规资源评价中逐渐发挥作用 • 方法改进与发展,主要体现在 统计法的数学模型 • 评价参数研究,特别是 相关性 研究,已成为资源评价方法研究的一个重要组成部分 • 数据库 建设是资源评价的重要工作 非常规原地 资源规模 取决于地质条件,非常规 可采储量规模 取决于工程技术( 2010 )。 二、方法与技术研究进展 第一,实用性和可操作性 选择能够在全国范围内快速、有效使用的方法,如资源丰度类比法、 第二,继承性 选择尽可能继承以前被证实为有效的方法,如小面元容积法和体积法等 第三,兼顾精细的评价方法 如资源空间分布预测法和数值模拟法 方法优选原则 三、第四次资评优选的方法 四次资评采用的方法 资源类型 评价方法 中低勘探程度区带 中高勘探程度区带 致密砂岩气 分级 分级资源丰度类比法、 小面元容积法等 资源空间分布预测法、 致密砂岩气聚集数值模拟法等 致密油 分级 分级资源丰度类比法 小面元容积法等 资源空间分布预测法 致密油聚集数值模拟法等 页岩气 分级 分级资源丰度类比法、 小面元容积法、 单位岩石吸附气法等 资源空间分布预测法、 页岩气聚集数值模拟法等 煤层气 体积法 油页岩 体积法 油砂矿 体积法 三、第四次资评优选的方法 1. 分级 2. 分级资源丰度类比法 3. 小面元容积法 4. 空间分布预测法 5. 数值模拟法 6. 综合评价法 不包括页岩油( 致密油资源评价方法 三、第四次资评优选的方法 1、 分级  i s R: 预测区可采资源量 A: 预测区面积 S: 井平均控面积( Q: 类比得到的平均 钻探成功率  根据 根据生产递减规律, 评估得到的单井最终可采储量 (1) 计算每口井平均控制面积 S; (2) 计算评价区可钻井数 (A/S); (3) 计算成功的井数 A/S; (4) 通过类比,得到评价 (5) 计算评价区可采储量 R. 关键参数 •平均井控面积 •风险系数或成功率 •平均 、 分级  井控面积( 垂直井 双水平井水力喷砂分段多簇同步混合水压裂方案示意图 N 水平井 1、 分级  井控面积( •最多钻达 24 口水平井 •纵向上目标层为 2 层以上 •水平段 1800 或 >2000 米 丛式井 •按评价层计算井控面积,每个分支井都应分开计算 •不管是什么井,最终都要换算为单位面积 可采资源丰度 •类比时,评价软件采用单位面积 结 1、 分级  生产井月产量与 一井名 n B 月产油 100/01 72 00/01 95 00/01 96 00/01 44 00/01 02 00/01 07 00/01 21 00/01 77 00/01 44 00/01 18 00/01 20 00/01 37 00/01 72 00/01 72 00/01 96 00/01 20 加拿大沉积盆地 川盆地 1、 分级  平均 田致密油 井 (地, 2011) 大安寨介壳灰岩 42口井 > > 2 12 16 4~7 成熟度( %) 机质类型 I I I 保 存 条 件 封隔层岩性 泥岩 泥岩 页岩 页岩 页岩 白垩 封隔层厚度 (m) 100 >100 10 20~30 10 100 北美刻度区关键数据 • 西加拿大沉积盆地 常规油气区研究 • 常规油气区研究 • 墨西哥湾盆地 • 沃思堡盆地 • 鄂尔多斯盆地延长组致密油气区研究 • 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷平地泉组致密油气区研究 • 四川盆地大安寨介壳灰岩致密油研究 北 美 我 国 2、 分级 资源丰度类比法 统一刻度区解剖流程,制定参数规范与取值方法,使之具有 可比性。 要点: 实例 2、 分级 资源丰度类比法 致密油区地质参数类比评估标准 评估等级 评估分值 1~~ 集 条 件 有效储层厚度 (m) >20 15~20 10~15 9 8~9 6~8 1 0 20~40 10~20 5 3~5 机质类型 I, 存 条 件 封隔层岩性 盐岩、膏岩 泥岩、页岩 钙质泥页岩 砂质泥页岩 封隔层厚度 (m) >50 30~50 15~30 5 >3 >3 成熟度( %) 机质类型 I, , , 存 条 件 封隔层岩性 粉砂质泥岩 粉砂质泥岩 粉砂质泥岩 封隔层厚度 (m) 30 30 30 与 6个刻度区类比的相似系数 序号 刻度区名称 资源丰度 相似系数 (104t/1 1020304050607080901000 20 40 60 80 100 120资源丰度(万吨/ 平方公里)概率(%)容积法 3、 小面元 容积法 Q = A·h· —石油圈闭资源量, 104t; A —圈闭面积, h —储层厚度, m 石油充满系数, f Ф—有效孔隙度, f 始含水饱和度, f ρ 面原油密度, f 始原油体积系数,无量纲 油单储系数, 104t/ m 100·Ф·(1- ρ三角分布表示,即给出 3个值 关键参数 • 最小值 • 中间值 • 最大值 • 含油厚度 h·C f • 孔隙度 Ф • 含水饱和度 、 小面元 容积法 • 充分利用地质资料 • 尽量减少非均质性的影响 • 评价结果可视化,能指导勘探 小面元容积法 (简称 小面元法 ) 容积法的问题 希望新方法具备以下特点 提出 小面元的构建 根据井孔位置调整网格分布,最合理地利用已有的信息资源 实际地区构建的小面元 • 受非均质性影响大 • 评价结果不直观 1口井的面元 (相当于体积法) 5口井构建的小面元 技术路线 用评价区边界点和已钻探井 构建 (为井控网格和无井控网格两种 ) 通过分析钻井资料得到井控网格的评价参数,通过已知参数的 空间插值 得到无井控网格的评价参数 考虑源控因素,用排油强度推算 用最大石油充满系数作为约束条件, 校正空间插值得到的石油充满系数 计算每个无井控网格的地质资源量( 资源丰度 用色标代表 评价区所有 成可视化的致密油资源分布图 ( 1) ( 2) ( 3) ( 4) ( 5) ( 6) 3、 小面元 容积法 ( 1)构建 基点: •钻探井 •评价边界控制点 •井控网格 •无井控网格 实际地区构建的小面元 网格数: •网格数越多,图形显示效果越好,但计算时间越长 3、 小面元 容积法 ( 2) 来自钻井、测井分析数据: •井控网格: 分析钻井资料得到 •无井控网格: 空间插值 得到 来自地震解释成果: •井控网格: 分析钻井资料得到 •无井控网格: 数据处理得到 盆地模拟生、排烃史: •井控网格与无井控网格: 均来自盆地模拟结果。 3、 小面元 容积法 ( 3)计算最大石油充满系数 考虑源控因素,用排油强度推算 密油聚集属于连续型油聚集,与常规石油聚集不同,几乎都是原地聚集或近距离聚集,因此每个 公式表示如下: 1 0 0当1 0 01 0 01 0 0m a xm a xm a x% E—104t/ h—m —% % ρo—地面原油密度, t/o—原始原油体积系数,无量纲 油 水 储层厚度75%100%排油量 充满系数(%) 3、 小面元 容积法 ( 4)校正石油充满系数 烃源层分布比较稳定 ,预测结果较可靠,其他参数横向变化较大,非均质强, 空间插值结果存在较大不确定性。用最大石油充满系数作为约束条件,校正空间插值得到的石油充满系数 ,公式表示如下: cm a xm a x 校正后的石油充满系数, % δc— 空间插值得到的石油充满系数,% δ最大石油充满系数, % 油 储层厚度理论最大插值得到充满系数(%) 水 校正后的油 储层厚度理论最大插值得到充满系数(%) 水 不校正3、 小面元 容积法 ( 5)资源量计算 计算每个无井控网格的地质资源量和资源丰度,公式为: 410/_  l l e l lr i c hC e l l /__ 每个 104t; 每个 104t/ δ— %; h— m; — %; %; ρo— 地面原油密度, t/原始原油体积系数,无量纲。 3、 小面元 容积法 ( 6)实例与效果 校正前后,石油充满系数与致密油资源丰度对比 校正后石油充满系数 校正前石油充满系数 校正前致密油资源丰度 校正后致密油资源丰度 3、 小面元 容积法 ( 7)技术对比 2012) 2012年, 出了一种多交叉评价方法,即考虑用储层容积校正 校正前 校正后,分布宽,比较合理 比较接近的技术 3、 小面元 容积法 ( 7)技术对比 关键指标对比 序号 对比项 司 本方法 1 评价单元 规则 井控 2 基础方法 容积法 3 校正参数 储层容积 供烃量 4 空间插值法 限元 本方法已申报国家发明专利: “ 一种考虑源控的致密油资源分布预测方法 ” 3、 小面元 容积法 4、综合评价法  特尔菲加权法  离散点分布法  三角分布法  资源量; 第 第 三种资源量综合计算方法 4、综合评价法  离散点分布法  三角分布法 根据已有的各方法评价结果取期望值,若没有期望值则取 50%的概率值。按对数正态分布(或
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