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第十章 油气勘探概述

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第十章 油气勘探与油气资源评价 第十章 油气勘探与油气资源评价 油气资源勘探 是一项高风险、高技术、高投入和高回报的商业经济活动,也是一项庞大而复杂的系统工程。多学科的综合分析和精细的地质评价工作是油气勘探成败的关键。 油气资源评价 是石油地质工作的一项重要研究内容,是提供油气资源勘探决策的一门重要科学,也是指导油气勘探投资方向的决策手段、是为国家决策部门编制油气发展规划的重要依据,对国家制定中、长期发展规划,确定投资规模,布置勘探战略具有重要参考价值。 本章主要是在已经全面掌握石油地质学基本原理和方法的基础上,简要介绍油气勘探和油气资源评价的概念、任务、层次、内容和方法,风险分析和勘探决策,以及目前常见的油气资源评价系统的基本原理、设计思路和方法及其在油气资源评价中的具体应用。 第一节 油气勘探概述 一、油气勘探任务和程序 (阶段 ) 油气勘探是寻找油气过程过程中的各种技术、方法和手段的总称。 油气勘探任务包括地面地质调查、重力、磁法和电法勘探技术、地球化学勘探技术,地震勘探技术、测井技术、综合录井技术、井下测试及试井技术、卫星遥感遥测技术等。 油气勘探程序按工作的精度要求和工作部署的先后次序归纳为:盆地区域普查阶段、区带详查阶段、圈闭预探阶段和油气藏勘探评价阶段。 二、油气勘探技术和方法 油气勘探工作是一项具有长期性、交叉性和复杂性的系统工程。各个勘探阶段具有不同的任务、勘探技术手段和方法。 以查明盆地的区域地质和石油地质条件为主要目的。主要的技术布置包括:地面地质调查、区域地球物理和地球化学、遥感手段以及区域地震勘探和基准井及参数井部署。 该阶段重点放在区带及二级构造单元上。地震勘探是该阶段主要的勘探手段。 该阶段以发现油气田为目的,预探的主要技术手段是地震详查和预探井。 通过加密井(评价井)和地震精查( 1所发现的油气藏进行评价。评价井主要是完成查明油气藏的任务,保证油气田迅速投入开发。 第二节 油气资源评价概述 一、油气资源评价的概念、目的和任务 概念:是指分析和计算某一特定区域 (小及圈闭,大至全球 )地下油气聚集量的过程。为勘探开发整体部署、计划安排、工作量测算以及勘探开发效益分析提供科学的基础,为石油工业和国民经济计划提供科学决策依据。 目的:是进一步了解和掌握油气地质规律,提供相应的、不同级别的储量和资源量分布,为油气勘探与开发的规划部署提供科学依据。 主要任务: 括方法的选择和评价参数的确定; 油气资源中国分类方案 已发现储量 未发现远景资源量 探明储量 控制储量 预测储量 潜在资源量 推测资源量 已开发 I 未开发 本 探阶段 预探阶段 详查阶段 普查阶段 二、资源和储量 油气资源-是指地壳中天然富集的石油和天然气的蕴藏数量,其中部分是目前或潜在经济条件下可采的。它可以根据石油和天然气的赋存状况和开发经济技术条件分为油气储量和油气资源量两大类。 油气储量-是指已经探明或基本探明的,在目前经济技术条件下可以开采利用的那部分油气数量。 三、油气资源评价的对象 当前广泛开展的油气资源评价工作中,主要是以下列几种油气作为研究对象: 是指在地下天然储集层中以液态存在的那一部分烃类,在大气压力、温度条件下仍为液体。原油中可能含少量的非烃类液体; 在地下天然储集层中以气态或溶于原油中的状态存在的烃类,在大气温度、压力条件下仍为气体。包括伴生气 (非伴生气 (; 天然气在分离器、油田地面设备或气体工厂中回收的那部分烃类液体,包括乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、天然汽油和凝析油,也可能含少量的非烃类。天然气液又可细分为以下三类:①气厂产品;②液化石油气;③凝析油。 除上述几种油气作为研究对象外,还有如页岩油、煤层气、致密页岩气和固态气水合物等非常规油气等评价对象。 四、油气资源评价的总体思路和一般程序 油气资源评价总体思路分为国际和国家层面、石油公司层面二个部分: 1. 国家和国际层面 国家和国际层面油气资源评价的范围广阔,对象复杂,又往往是大兵团作战,因此其总体思路是以盆地为基本评价单元,在先进的大地构造理论和油气地质理论指导下,开展区域地质背景研究和盆地类型划分与对比,编制相关基础图件,用统一的原则和方法进行资源评价和资源汇总 (图 10— 1)。 2. 石油公司层面 石油公司层面油气资源评价的范围局限,目标明确,评价的目的多种多样。但总体看,评价的精度较高,结果的可靠性要求较高,而且评价中基本上都要进行经济可行性分析和决策分析(图 10- 2)。 资料收集、处理和解释 区域地质背景研究 盆地类型划分、对比 编制评价基础图件 评价原则、方法的确定和选取 各盆地油气资源评价 全球(或全国)油气资源汇总 新 理 论 指 导 图 10— 1 国家和国际层面油气资源评价流程略图 含油气盆地和含油气系统分析 已知油气藏统计、分类 典型油气藏解剖 主要成藏模式 成藏条件及主控因素 评价地质模型 勘探层评价 勘探目标评价 技术可行性、经济效益 决策分析 勘探部署建议 地下条件资料现状地表条件等分析 勘探开发成本、油气市场及价格融资等现状分析 勘探实践 信息反馈 先进技术 成藏理论指导 图 10— 2 石油公司层面油气资源评价流程略图 第三节 油气资源评价层次、内容及方法 一、含油气大区评价 各个国家为了制定国家油气资源的战略方针和策略,往往在全国范围内划分出若干个评价区。如东北区、华北区、江淮区、南方区、西北区、青藏区和海域评价区。 含油气大区可以是一个大的地质构造单元,也可以是一个地质、地理甚至与行政区划有关的单元,还可以指一个巨型盆地或一群盆地,这些盆地在地质成因结构或含油气层系上具有一定相似性,也可以是石油经济地质有共性的地区。 含油气大区评价的目的在于分析含油气大区的含油气特征与对比选择。评价的主要内容包括石油地质综合研究、资源量预测和经济决策分析三部分。 二、盆地评价 盆地 (价是区域性评价的基本单元,是国家或石油公司为制定中期战略规划而进行的评价工作。 盆地评价研究是在含油气大区研究的基础上进行的,盆地资源评价是在对盆地勘探地质条件和盆地油气地质条件综合分析的基础上,建立地质模型并求取相关的评价参数,估算油气资源量。 其主要途径是统计模拟、数字模拟、专家系统三类。常用的盆地资源量计算方法可分为体积法、地球化学法、勘探效果分析法及类比法四大类。 三、区带评价 区带( 价是盆地勘探发展到一定阶段后自然产生的、适宜于局部评价和预测的分析方法。 区带评价研究是在盆地研究的基础上进行的。区带评价除了要研究勘探区带所处的区域构造位置、沉积特点、地质演化史、生储油特征外,还必须指出有利的含油气区带圈闭的个数、层位以及圈闭规模和资源的分布概率。 依据区带对油气聚集的特殊性和资源量计算的精度要求,日前应用于区带资源量计算的方法主要是圈闭体积法、生 四、圈闭评价 圈闭 (价是各级油气资源评价中最具体、最实际的工作,也是勘探阶段的最终目标,其目的在于拟定探井井位,直接发现油气田。 圈闭评价是从盆地评价优选出的有利含油气区带进行圈闭准备开始,到圈闭预探获得商业性油气流过程中使用的综合性勘探评价方法。 圈闭评价可划分为三个阶段:圈闭识别、圈闭优选和圈闭精细描述。 圈闭评价内容主要包括圈闭风险分析、圈闭可采储量估算、圈闭经济评价等几个方面。 第四节 风险分析和勘探决策 油气勘探的风险分析,就是运用统计学、概率和效用理论的原理,从远景圈闭 (待钻构造 )和成藏层带 (勘探领域 〕 两个层次,估算能左右勘探结果的地质因素、经济条件以及不同意义的成功概率,并在此基础上对不同勘探项目分级排序,最终筛选和编制出年度投资组合计划。 目前,大多数国内外大石油公司都建立了常规的勘探风险分析和管理制度,在回避风险、降低成本和提高经济成功率方面正发挥着越来越重要的作用。 一、地质风险分析 1. 基本概念 地质风险分析-地质风险是指形成油气藏基本石油地质条件,包括烃源岩条件、圈闭条件、储盖条件、运聚匹配条件对油气聚集成藏的影响程度。地质风险分析是通过对控制油气藏形成的各项基本地质条件存在可能性和征实程度的分析,确定和估计圈闭地质成功的概率,所要解决的基本问题是就是勘探目标(或圈闭)有没有油气或有油气的概率是多少的问题。 勘探成功率-是指测试中获得稳定油气流的含油气构造或油气田与已钻探的圈闭数之比。 地质风险分析的方法有:矩阵风险分析法和综合风险分析法。 二、工程经济评价 工程经济评价实际上是勘探目标评价的最重要部分,包括开发方案和经济评价二部分。 经济评价包括几个部分:勘探开发投资估算、根据不同合同模式计算现金流、敏感性分析。 三、决策分析 决策环境通常分为确定型、不确定型和风险型三种。石油勘探活动中经常面对的是风险型决策环境。决策分析为评价和对比每一种投资抉择有关的风险和不确定性提供了一些综合性很强的手段,它可使决策者更深入的了解潜在的可获得的利润及在不同程度上获得利润的可能性。目前,世界上应用最广泛的决策分析方法有货币期望值( 决策树、风险转移等。 第五节 油气资源分级评价系统设计思路及方法 油气资源评价系统以地质概念模型为基础,通过对各种定量参数的分析研究,用数学模型或者用推理求解的办法 (以计算机软件的形式出现 ),针对各种勘探目标进行评价,使其逼近客观实际,以求得评价的系统性结果。目前油气资源评价系统大都从统计模拟、数字模拟和人工智能专家系统等三个途径人手。 针对评价对象的不同评价系统可分为三类: 一是进行重大决策所采用的评价系统,适用于国家级或大的跨国公司的需要,属战略规划性、超前研究范畴。 二是盆地评价系统,包括盆地统计模拟、盆地数字模拟及盆地评价专家系统。 三是区带 一种局部地区(或层位)的评价,它适用于油田企业公司级应用。 油气资源分级评价系统的设计思路及方法: 针对我国多类型、多阶段、多机制的含油气盆地特点,在本系统的设计过程中,我们采用了多级控制的评价方法,其基本思想是: 盆地的成藏地质条件(背景条件)控制着各区带的含油气性条件(环境因素),区带的油气成藏环境最终决定了区带内部各勘探目标(圈闭)的油气聚集条件(聚集能力),通过对盆地背景条件、区带环境因素和圈闭聚集能力的综合分析,对盆地、区带和目标进行优选,最终优选和确定有利的勘探对象(盆地、区带或目标)。 建模过程中,强调系统性、完整性、层次性、动态性和可操作性,可对不同勘探程度、不同资料详度、不同级别的盆地、区带和圈闭实施定量 石油、天然气和能源: 传言和事实 第十一章 题外话 关于石油和天然气工业传言的说法 1. 全球的石油和天然气即将用尽。 2. 行业自行确定石油和天然气的价格。 3. 这是一个没有什么技术含量的行业。 4. 这是一个对环境漠不关心的行业。 5. 再过几年就可以很容易地找到价格便宜的可再生能源来取代石油和天然气。 6. 石油工业没有什么前途。 7. 能源使用对生活质量和 有重大影响。 传言 #1: 全球的石油和天然气即将用尽。 事实 #1: 石油和天然气在未来很长一段时间内仍将是主要的能量来源。非常规油气资源会越来越重要。 全球对化石燃料的 需求会继续增长 来源:美国能源情报署, 2008 世界能源展望 从现在起到 2030 年,世界的能源需求会上涨 45% – 年平均增长率为 – 其中煤炭占总增长需求的三分之一还多 化石燃料继续为全球提供 约 80% 的能源 来源:美国能源情报署,世界能源预测增刊 (2008) 历史 预测 主要能源需求 ( 1015 英制热单位) 预计发展中国家会推动需求增长 来源:美国能源情报署, 2008 国际能源展望 历史 预测 来源:英国石油公司,世界能源统计评论 2008 2007 年底石油探明储量 十亿桶 未来的目标 … 具有增长潜力的国家 40 5 俄罗斯 哈萨克斯坦 墨西哥 中国 阿塞拜疆 安哥拉 英国 美国 石油 2030 年与 2000 年产能对比 单位 : 百万桶油当量 /天 (d) 天然气 2030 年与 2000 年产能对比 单位 : 十亿立方英尺 /天 (d) 伊朗 卡塔尔 沙特阿拉伯 俄罗斯 尼日利亚 委内瑞拉 挪威 英国 美国 来源:国际能源机构 /美国能源情报署 /剑桥能源研究协会 传统的液态产品 来源:美国能源情报署,世界能源预测增刊 (2008) 大多数石油和天然气 将不会再来自新的油气田 石油和天然气的主要来源 • 1960 年前 50来自新油气田 • 1990 年前 20来自新油气田 •如今 12来自新油气田 •未来 7来自新油气田 新探明的油气田虽然很重要,但却不会对未来的石油供应产生重大影响。按照保守的 5% 递减率和 需求增长率计算,明年我们的石油日产量必须增加 6250,000 桶,而且在今后几年增量会越来越大 。 已开发油田的重要性  迄今为止,我们已经从现有油田中生产了大约 1 万亿桶石油  石油采收率 在世界范围内平均为 15% 到 18%  如果把这些现有油田的采收率提高到 35%,就可以向全球库存中额外增加 1 万亿桶可采储量  天然气也是同样 非常规资源 原油 油页岩 – 壳牌公司对此进行了大规模投资,并且很快就会在怀俄明州南部启动一个试验性项目(就地开采法) 含油砂 – 如果加拿大把这些资源计入储量,那么他们在石油数量上将仅次于沙特阿拉伯 重油 – 如果委内瑞拉把这些资源计入储量,那么他们在石油数量上将仅次于沙特阿拉伯 非常规资源 天然气 煤层气 – 当前美国 13% 的天然气来源于此 页岩气 – 最近的 讨会估计每平方英里的储量可达 400立方英尺 致密气藏和超致密气藏 – 达西 ) •过去 15 年中,在美国发现的最大天然气矿是位于怀俄明州 的 ,估计其储量有 8亿立方英尺,该气田是超致密气藏 •该气田井距为 10 英亩,每次压裂费用 1万美元 天然气水化物 – 全球储量预计为已探明传统天然气储量的 70 到 130 倍 能源供应总结  在今后的 25 年中,石油和天然气需求将大幅增长,主要出现在发展中国家  这要求我们扩大所有经济型能源的开发:煤炭、 核能、 生物质能 、其它可再生能源以及非常规的石油和天然气。每种资源都面临着严峻的挑战 ... 石油和天然气供应:  大多数常规石油和天然气都分布在偏远且有可能 出现动荡的地区  新增油气供应的主体来自于开发费用昂贵的老油气田和非常规油气资源 美国目前面临的现状如何? 我们有大量老油气田和非常规油气资源,可以应对国内石油和天然气生产的下降 但是,它们还不足以改变我们对进口石油和天然气的依赖局面 来源:美国能源情报署, 2009 年度能源展望引用案例介绍 – 2008 年 12 月 17 日 在未来 20 年,美国对进口液态能源的依赖度将会下降 消耗 国内供应 净进口 历史 预测 用案例 用案例 58% 41% 54% 60% 每天百万桶 国内供应增长后,美国进口天然气供应份额锐减 消耗 国内供应 净进口 历史 预测 用案例 16% 3% 14% 一万亿立方英尺 用案例 来源:美国能源情报署, 2009 年度能源展望引用案例介绍 – 2008 年 12 月 17 日 传言 #2: 石油和天然气行业自行确定石油和天然气的价格。 事实 #2: 供需关系、全球动荡局势以及对中断供应的担心等多种因素共同决定着石油价格。天然气是各地区分别定价的,具体价格取决于区域性需求。 石油和天然气的定价问题  供需关系  主要产油区政治和经济的不稳定性, 以及对这些地区储量估计的误差  市场和交易商导致的价位恐慌  石油和天然气工业积极降低成本 供需关系曲线要素 供应曲线 需求曲线 平衡点 过剩 短缺 市场上的原油需求 /供应, 单位:百万桶 /天 (d) 单价,美元/标准桶消费者 生产者 不稳定性和全球 石油和天然气储量 美国 开采限制、 碳排放限制、飓风 拉丁美洲 资源民族主义 尼日利亚 社会动荡 伊拉克 蓄意破坏 欧洲 天然气 供应 俄罗斯 重新收归国有控制 里海 脆弱的运输线 伊朗 核威胁 亚洲 能源补贴 马六甲海峡 海盗猖獗 来源:全国石油委员会, 2008 全球石油和天然气研究 现货市场和期货市场 由于害怕战争、政治运动和 /或国有化会中断石油和天然气的供应,因此市场贸易商们通过买进和套购保值来保证供应 这可能也是目前石油单桶价格的一个影响因素 “ 石器时代并不是因为缺少石头而终结的,而石油时代远在石油用尽前就会消失。 ” - 源: “ 石油时代的终结 ” 经济学家, 2003 年 10 月 25 日。 传言 #3: 这是一个没有什么技术含量的行业。 事实 #3: 石油和天然气工业是一个技术含量非常高的行业。 美国宇航局使用石油工程技术在火星上钻探 勘探和生产原理  油气并不是存在于油、气池里,而是存于地层中,地层可能是近乎没有孔隙的固体岩石,也可能是由像沙滩的砂子颗粒组成。  油藏需要储集空间(孔隙)和圈闭机理(顶部和侧部要封闭防漏失)。  油藏需要运移通道,让流体从一点运移到另一点,我们称之为渗透性。 地质横断面 石油和 天然气 生产过程 开发 废弃和恢复 大地测量员 地质学家 地球物理学家 钻井工程师 采油工程师 油藏工程师 化学家和化工工程师 土木工程师 电气工程师 结构工程师 经济学家 环境工程师 计算机科学家 生产 勘探 除了娱乐行业,石油工业每天用到的计算要比任何其它行业都多。 在加蓬国采集地震数据 安哥拉采集海上地震数据 法国波城展示的三维地质成像 贵的深海探险: 新技术帮助探索深海资源 •“ 深海探路者 ” 海底钻探船 (如图所示)可以在水下钻探 10,000 英尺深。 •动态定位 – 使用小型推进器和全球定位技术可保持海底钻探船的稳定性,在任一方向的移动都不超过 50 英尺。这种稳定性使得钻探船能够在大多数天气条件下钻探非常深的深度。 图片采自 式采油平台 使我们能在深海生产 图片采自矿产管理局 海上石油生产 言 #4: 石油和天然气工业对环境漠不关心。 事实 #4: 石油和天然气工业一直本着安全、对环境负责的态度来运营,并尽力减少碳的排放。 位于玻利维亚 井场 复之前 恢复之后 “ … 西方公司和国家花了 20 多年的时间来理解并管理它们在自然界留下的印迹。几天前我去过胡桃树河沿岸的一片热带雨林,美孚曾经在那里做过勘探。现在一切恢复得完好如初。 ” 来源: “ 把红色中国变成绿色中国是一个挑战 ” 。从 纽约时报 转载,洛矶山新闻, 2006 年 7 月 3 日,第 33A 页。 天然 渗出油 占全球海洋 石油总量的 46%; 人类勘探和开发 所占比例不到 4% 来源:国家科学研究委员会, “ 海洋中的石油 ” ,表 2002 传言 #5: 再过几年就可以很容易地找到价格便宜的可再生能源来取代石油和天然气。 事实 #5: 在未来几年内,所有可再生能源的生产、运输以及使用都面临巨大的挑战。 未来能源选择 目前: • 石油和天然气 • 煤炭 • 核能 • 水力电能 • 风能 • 其它 开发中: • 光电 • 地热能 • 潮汐 • 生物质能 • 太阳热 • 其它 … 2050 现在 州理工学院 太阳能生产 每天有 165,000 兆瓦的阳光照射到地面上 地热能潜景 地热能生产过程 监测 地震和 交换 钻孔 生产 发电 地热能 注入 核能 天然气 液体燃料 煤炭 可再生能源(不包括液体生物燃料) 非化石能源的使用增长迅速, 但在 2030 年前,化石燃料仍提供 总能源使用量的大约 80% 液体生物燃料 百万的四次方英制热单位 来源:美国能源情报署 2009 年度能源展望引用案例介绍 历史 预测 全球能源结构 目前  86% = 化石燃料(石油、天然气、煤)  14% = 核能及所有其它来源 到 2030 年  80% = 化石燃料(石油、天然气、煤)  20% = 核能及所有其它来源 – 来源:美国能源情报署 今天的石油和天然气公司 也是今天的 能源 公司。  英国石油公司是世界上最大的光电太阳能电池生产商之一。  雪佛龙是世界上最大的地热能开发商。  石油和天然气工业是氢的最大生产商,也是最大用户。  埃克森 国石油公司、雪佛龙、壳牌和康菲石油 公司都在积极参与政府 /工业氢燃料和汽车项目合伙经营(如美国能源部自由车辆和燃料联盟及加利福尼亚州燃料 电池合作联盟)。  壳牌是全球风能行业中的佼佼者。 事实 #6: 对于进入石油行业的年轻人来说,未来充满了 生机与活力 。 传言 #6: 石油工业没有什么前途。 人力资源供应与需求 美国石油工程注册人数 注册人数越来越多,但教员数可能会不足 来源:全国石油委员会,全球石油和天然气研究 石油工程师供不应求 • 在美国专业人员的平均年龄已接近 50 岁,这意味着他们会在 10 年后退休 • 有竞争力的起薪 • 目前居于前列的行业活力 传言 #7: 能源使用对生活质量和 有重大影响。 事实 #7: 较高层次的生活条件和 与能源的使用成正比的。化石燃料 – 石油、天然气和煤 – 是最主要的能源。 联合国人类发展指数与 人均电力消耗的对比 人类发展指数, 2005 年数据 电力(度),2004 年数据加拿大 美国 卡塔尔 科威特 还有疑问吗?
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