應(yīng)用統(tǒng)計法預(yù)測濟陽坳陷生物氣資源量

高 陽,金 強,王 浩

(中國石油大學(xué),山東 東營 257061)

應(yīng)用統(tǒng)計法預(yù)測濟陽坳陷生物氣資源量

高 陽,金 強,王 浩

(中國石油大學(xué),山東 東營 257061)

對濟陽坳陷淺層天然氣地球化學(xué)特征進行分析,并結(jié)合氣藏地質(zhì)背景研究,在 414個淺層氣藏中識別出生物氣藏 201個,并應(yīng)用分形法和翁氏旋回法預(yù)測了濟陽坳陷生物氣資源量。經(jīng)預(yù)測發(fā)現(xiàn),在下一勘探階段濟陽坳陷最可能發(fā)現(xiàn)數(shù)量多但規(guī)模小的生物氣藏,應(yīng)用分形方法預(yù)測生物氣總資源量介于 231.75×108～463.49×108m3之間,應(yīng)用翁氏旋回法預(yù)測濟陽坳陷生物氣資源量約 556.44×108m3,待發(fā)現(xiàn)生物氣資源量為 401.68×108m3。此結(jié)論對研究區(qū)生物氣勘探具有十分重要的意義。

濟陽坳陷;生物氣;資源量預(yù)測;統(tǒng)計法;分形;翁氏旋回

引 言

近年來濟陽坳陷生物氣勘探取得突破,在陽信地區(qū)沙一段獲高產(chǎn)工業(yè)氣井,產(chǎn)出的天然氣以CH4為主,δ13C1小于 -55‰,是典型的生物氣[1];另外在高青 -花溝地區(qū)、陳家莊凸起南部等地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了生物氣[2]。生物氣埋藏淺、成本低廉,可能成為濟陽坳陷天然氣勘探的突破口,但由于缺少準(zhǔn)確的資源預(yù)測方法,生物氣的資源量還無法預(yù)測。

資源量預(yù)測是生物氣研究的熱點問題,由于生物氣的生成和聚集機理尚不明確,成因法預(yù)測資源量限制條件多且可信度低,而且目前常用的生物模擬實驗法[3-4]可重復(fù)性差且與實際地質(zhì)條件相去甚遠,實驗結(jié)果能否反映地下情況尚需探討。由于濟陽坳陷勘探程度較高,為統(tǒng)計法預(yù)測生物氣資源量提供了基礎(chǔ)[5],通過分析天然氣地球化學(xué)特征識別濟陽坳陷生物氣藏,應(yīng)用分形和翁氏旋回法預(yù)測了濟陽坳陷生物氣資源量。

1 濟陽坳陷生物氣類型與分布

濟陽坳陷生物氣有原生生物氣和原油降解氣2種成因類型,兩者在坳陷內(nèi)分布具有一定差異。

1.1 原生生物氣

原生生物氣是指烴源巖在初次沉積埋藏期生成的生物氣,其甲烷含量大于 98%,重?zé)N含量極低,干燥系數(shù) C1/C1-5>0.98,非烴組分小于 5%, δ13C1小于 -55‰(表 1)。

表 1 濟陽坳陷原生生物氣特征

此類生物氣主要分布在凹陷邊緣的斜坡帶和埋藏淺的次級洼陷,如陽信洼陷、邵家洼陷、花溝地區(qū),另外在東營凹陷內(nèi)的淺層也發(fā)現(xiàn)了原生生物氣藏,如氣東 9井 Es1段 (圖 1)[6]。

1.2 原油降解氣

原油降解氣是指微生物降解原油生成的生物氣,此過程中原油稠化[7],原油降解氣多與稠油油藏伴生或在稠油油藏上傾方向。

圖 1 濟陽坳陷不同成因生物氣分布

濟陽坳陷與稠油伴生的天然氣可分為 2種(表 2)。第一種δ13C1小于 -50‰,C1/C1-5大于0.995,以陳家莊凸起和濱縣凸起上的天然氣為代表(圖 1);另一種為重?zé)N含量高,C1/C1-5小于 0.96,甲烷同位素值 -40‰～-50‰,以孤島凸起上的天然氣為代表。這 2種天然氣在成因機理上存在差異,前者為原油厭氧降解產(chǎn)物,后者是原油喜氧降解產(chǎn)物。

2 濟陽坳陷生物氣資源潛力預(yù)測

利用天然氣組分、碳同位素數(shù)據(jù),結(jié)合地質(zhì)背景分析對濟陽坳陷 414個淺層氣藏進行識別,識別出生物氣藏 201個,統(tǒng)計這些氣藏的儲量數(shù)據(jù),應(yīng)用分形法和翁氏旋回法預(yù)測了待發(fā)現(xiàn)生物氣藏個數(shù)及資源量。

表 2 濟陽坳陷原油降解氣地球化學(xué)特征

2.1 分形法預(yù)測濟陽坳陷生物氣資源潛力

近年來,分形方法在預(yù)測氣田數(shù)量及其儲量方面得到廣泛應(yīng)用[8]。濟陽坳陷生物氣藏儲量介于0.01×108～21.60×108m3,平均為 0.76×108m3,可將生物氣藏發(fā)現(xiàn)歷程分為早、中、晚 3個階段,各階段氣藏數(shù)目約為總數(shù)的 1/3,劃分為 12個級別(表 3),自 0.01×108m3起,各級別之間儲量以 2倍遞增。

表 3 分形預(yù)測濟陽坳陷生物氣藏資源量

通過分析發(fā)現(xiàn),濟陽坳陷各階段生物氣藏數(shù)量及其儲量分布具以下特征:儲量大的氣藏在勘探早期就被發(fā)現(xiàn),隨勘探程度提高,新發(fā)現(xiàn)氣藏規(guī)模變小,勘探晚期主要發(fā)現(xiàn)中小氣藏。單個儲量最大的生物氣藏在 1972年即被發(fā)現(xiàn),1976年以來,儲量大于 10.24×108m3的氣藏數(shù)沒有增長,氣藏的分布保持穩(wěn)定,隨著勘探進展,小氣藏的數(shù)目卻不斷增加,概率分布近似分形分布。若氣藏累積數(shù)量與儲量規(guī)模之間具有分形關(guān)系,即滿足冪率分布[9-10]:

式中:r為氣藏儲量規(guī)模,108m3;N(r)為儲量規(guī)模在r以上的氣藏累計數(shù)量,個;D為分形維數(shù);C為常數(shù)。

在雙對數(shù)坐標(biāo)系下,以氣藏累積數(shù)量N(r)為縱坐標(biāo),儲量規(guī)模r為橫坐標(biāo),直線段為分形曲線,直線段對應(yīng)的斜率為氣藏儲量分布分形維數(shù)。分形曲線向上延伸,與小氣藏的分布曲線逐漸遠離,分離點稱之為拐點,代表待發(fā)現(xiàn)氣藏的最高儲量級別。分形曲線與已發(fā)現(xiàn)氣藏儲量的分布曲線包圍的空間,即為待發(fā)現(xiàn)氣藏數(shù)量和儲量規(guī)模的范圍。由圖 2可知,儲量規(guī)模 0.64×108m3以上的氣藏累計數(shù)量N(r)與儲量規(guī)模在雙對數(shù)坐標(biāo)中呈現(xiàn)線性關(guān)系,擬合方程N(r)=56.438r-1.132,相關(guān)系數(shù)R2=0.99,說明氣藏服從分形分布,分行維數(shù)D為1.132。氣藏儲量分布線的拐點為 0.64×108m3,可以認(rèn)為該區(qū)未來發(fā)現(xiàn)的單個氣藏規(guī)模大于 0.64 ×108m3的可能性不大。

圖 2 生物氣藏累計數(shù)量與儲量規(guī)模曲線

根據(jù)羅佳強、宋國奇 (2002)對勝利油區(qū)最小經(jīng)濟油田儲量規(guī)模研究的成果,將原油價格 55美元/桶對應(yīng)的常規(guī)油藏下限儲量換算成生物氣藏下限儲量為 0.08×108m3[11]。不考慮經(jīng)濟下限,濟陽坳陷生物氣資源量 231.75×108～463.49×108m3,其中已發(fā)現(xiàn) 154.76×108m3,待發(fā)現(xiàn)資源量 76.99 ×108～308.73×108m3,待發(fā)現(xiàn)氣藏數(shù) 4293個;考慮經(jīng)濟規(guī)模下限,預(yù)測待發(fā)現(xiàn)生物氣資源量 58.56× 108～117.12×108m3,待發(fā)現(xiàn)氣藏數(shù) 797個(表 3)。

2.2 翁氏旋回法預(yù)測濟陽坳陷生物氣資源量

應(yīng)用泊松旋回預(yù)測模型 (即翁氏旋回模型)可對非再生性礦產(chǎn)資源資源量進行預(yù)測。翁氏旋回是事物從興起經(jīng)過成長、成熟到衰退的全過程,為收斂模型,適用對生命總量有限體系發(fā)展、消亡過程的描述和預(yù)測[12]。其數(shù)學(xué)模型為:

式中:Q為資源量;a,b為模型參數(shù),t為生產(chǎn)時間。

該函數(shù)具有單項泊松分布概率函數(shù)的性質(zhì),其興衰過程可概括為加速上升、一般上升、一般下降和緩慢下降 4個階段。

將濟陽坳陷生物氣儲量按發(fā)現(xiàn)年度整理并劃分為早、中、晚 3期分別計算。實際應(yīng)用的翁氏旋回數(shù)學(xué)模型為[13]:

式中:a、b、c為模型參數(shù);T為預(yù)測年份;T0為預(yù)測產(chǎn)量的起始年份。

將式 (3)改寫為式 (4)而后兩邊取常用對數(shù)得到式(5),給定不同的b值,利用式 (5)進行線性視差求解,在最佳擬合條件下,得到廣義翁氏模型的3個參數(shù)a、b、c的值 (表 4)。

若生物氣藏儲量分布符合伽馬分布,利用式(6)可以計算每一階段生物氣的資源量。

式中:Qa為某階段生物氣資源量,108m3;Γ(b+1)為伽馬分布函數(shù)。

表 4 翁氏旋回擬合參數(shù)數(shù)據(jù)

應(yīng)用翁氏旋回方法對濟陽坳陷生物氣地質(zhì)儲 量進行預(yù)測,得到濟陽坳陷生物氣實際儲量和預(yù)測儲量的對比圖(圖 3),計算得濟陽坳陷生物氣資源量為 556.44×108m3,目前已發(fā)現(xiàn)生物氣資源量為154.76×108m3,待發(fā)現(xiàn)生物氣資源量為 401.68× 108m3。

圖 3 濟陽坳陷生物氣實際儲量與預(yù)測儲量對比

3 結(jié) 論

(1)濟陽坳陷生物氣有 2類,分別是原生生物氣和原油降解氣,前者多分布在凹陷內(nèi)的淺層以及次級洼陷,后者與稠油油藏密切相關(guān)。應(yīng)用天然氣組分、碳同位素數(shù)據(jù)結(jié)合地質(zhì)背景分析對濟陽坳陷414個淺層氣藏進行識別,識別出生物氣藏 201個。

(2)應(yīng)用分形方法預(yù)測了濟陽坳陷待發(fā)現(xiàn)生物氣藏數(shù)量和資源量,若不考慮經(jīng)濟下限,其資源量為 231.75×108～463.49×108m3,其中已發(fā)現(xiàn)154.76×108m3,待發(fā)現(xiàn)資源量為 76.99×108～308.73×108m3,待發(fā)現(xiàn)氣藏 429 3個;若以 0.08× 108m3為最小規(guī)模下限,預(yù)測待發(fā)現(xiàn)生物氣資源量58.56×108～117.12×108m3,待發(fā)現(xiàn)氣藏 797個。應(yīng)用翁氏旋回法計算得濟陽坳陷生物氣資源量為556.44×108m3,待發(fā)現(xiàn)生物氣資源量為 401.68× 108m3。

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TE155

A

1006-6535(2010)06-0025-04

20100421;改回日期:20100918

中國石油天然氣股份有限公司基金項目“生物氣和低熟氣的形成機理、成藏富集規(guī)律及資源潛力評價”(2008A～0608)

高陽 (1982-),男,2005年畢業(yè)于西南石油大學(xué)資源勘察工程專業(yè),現(xiàn)為中國石油大學(xué) (華東)在讀博士,主要從事天然氣成藏和油氣資源預(yù)測研究工作。