特爾菲與蒙特卡羅聯(lián)合方法在油氣資源預測評價中的應用

王艷妮 劉 剛 潘源敦 王獻勇

(1.江蘇省有色金屬地質(zhì)勘查局地質(zhì)信息中心 2.中國地質(zhì)大學(武漢)計算機學院3.教育部“構(gòu)造與油氣資源”重點實驗室 4.中國石化荊州勘查技術(shù)研究中心)

特爾菲與蒙特卡羅聯(lián)合方法在油氣資源預測評價中的應用

王艷妮1劉 剛2，3潘源敦4王獻勇2

(1.江蘇省有色金屬地質(zhì)勘查局地質(zhì)信息中心 2.中國地質(zhì)大學(武漢)計算機學院3.教育部“構(gòu)造與油氣資源”重點實驗室 4.中國石化荊州勘查技術(shù)研究中心)

由于油氣資源成藏條件復雜、影響因素眾多，其預測評價存在很大的不確定性。傳統(tǒng)的方法估算儲量只能提供一個確定的儲量數(shù)值，不能定量說明該數(shù)值的可靠程度。為了更加精確和合理地估算油氣資源的儲量，將特爾菲法和蒙特卡羅法結(jié)合起來對油氣資源的儲量進行預測評價，特爾菲法綜合各影響因子，蒙特卡羅法實際運算三角分布數(shù)據(jù)、觀測數(shù)據(jù)或者經(jīng)驗估值，計算的結(jié)果是一條儲量逆累積概率曲線。在使用儲量數(shù)值時，選用一定概率條件下的一個儲量范圍值，這樣更能反映人們對地下資源的認識程度，因而對勘探開發(fā)工作更富有指導意義。圖3表3參6

油氣資源評價 特爾菲法 蒙特卡羅法 逆累積概率

0 引言

油氣資源定量評價是制定國家能源政策與編制油氣發(fā)展規(guī)劃的重要依據(jù)。在油氣田勘探開發(fā)工作中，對油氣儲量和油氣資源量的預測與估算是一項十分重要的工作。在油氣田勘探初期，為了取得某一區(qū)塊的勘探風險投資，通常需要提供該區(qū)塊的儲量和了解其可靠程度，即得到該儲量可能出現(xiàn)的概率。

針對油氣資源預測評價因數(shù)復雜、參數(shù)繁多的特點，本文提出用特爾菲法［1］對各油氣資源評價因子進行預測估值，綜合各個專家的評價意見后，得到整個區(qū)間段上各個因子的估計值及其逆累計概率，然后將各因子預測結(jié)果參與蒙特卡羅法［2］的計算，完成油氣資源的預測評價過程，并給出評價結(jié)果的累積概率值及其分布曲線以輔助支持決策。

1 油氣資源預測評價過程

基于地質(zhì)類比模型和概率模型相結(jié)合的方式，采用特爾菲和蒙特卡羅計算方法完成油氣資源的預測評價過程。技術(shù)流程如圖1所示:

將特爾菲與概率地質(zhì)類比模型相結(jié)合完成多個地質(zhì)專家意見的綜合，以提高結(jié)果的可信度。在預測評價過程中，特爾菲法的一項主要工作，是每輪征詢之后的數(shù)據(jù)分析和處理。本文中主要采用三角分布抽樣方法對數(shù)據(jù)進行處理和分析，具體計算過程如下:

圖1 油氣資源預測評價技術(shù)流程圖

將整個區(qū)間段劃分為m個小區(qū)間，求出同一油氣資源評價因子所有專家的所有估算值Qij中的極大值Qmax和極小值Qmin，作為最終評價的區(qū)間估計值的端點。進而求出(m+1)個小區(qū)間的分界值Qk。

完成特爾菲法的第一輪計算后，若評價結(jié)果不滿足收斂要求，則把第一輪的評價結(jié)果發(fā)給各個專家，各個專家參考上一輪的結(jié)果修改自己的意見，進行下一輪評價，如此反復進行三次，當大多數(shù)油氣資源評價因子滿足要求時，評價即告結(jié)束。如此，即可求出所有專家對某一個油氣資源評價因子的估計值及其逆累計概率。

在各專家結(jié)論的基礎(chǔ)上，基于蒙特卡羅法完成油氣資源量的計算和估計。本文中采用成因法(有機碳法)計算油氣資源量。具體如下:

式中:

Q資—油(氣)資源量，108t;

Q生—生油(氣)量，108t;

As—有效烴源巖面積，km2;

Hs—有效烴源巖厚度，m;

γ—烴源巖密度，g/cm3;

C—烴源巖殘余有機碳含量，%;

K恢復—有機碳恢復系數(shù);

K產(chǎn)烴率—有機碳產(chǎn)烴率，mg/gToc;

K運聚—運聚系數(shù)。

對于勘探程度較低的區(qū)域，不易直接取得各項計算各個因子，本文均采用概率統(tǒng)計方法模擬各個計算因子，這樣更符合此海域資料的客觀狀況。因此對計算方法進行如下變通:

式中:

Fx—因子x的逆累計概率分布

2 實例計算

編程實現(xiàn)的軟件界面如圖2所示?？梢钥吹教峁┝硕喾N分布數(shù)據(jù)的處理方式，蒙特卡洛法計算式抽樣次數(shù)默認為2000次，并可根據(jù)實際情況進行參數(shù)調(diào)整。

模擬計算我國某一含油(氣)單元的天然氣資源量，其中面積和密度兩個因子是已知的確定值，將其看作常數(shù)。

各專家對研究區(qū)油氣資源評價因子—產(chǎn)氣率的評價意見匯總，如表1所示。

經(jīng)特爾菲法計算各個油氣資源評價因子在不同概率下的估算值，如表2所示。

在表2中，厚度因子是通過統(tǒng)計型分布進行模擬其隨機變量及其函數(shù)分布的，而其余四個因子通過插值型模擬的。在計算出了各個因子的函數(shù)分布之后，進行蒙特卡羅的連乘運算。求天然氣資源量的總公式為:

圖2 蒙特卡洛計算法軟件界面

表1 產(chǎn)氣率專家估計值三角分布表

表2 各個因子在不同概率下的估算值

表3 不同概率下的天然氣資源量分布

圖3 研究區(qū)天然氣資源量逆累積概率分布曲線

為了進行對比，若不用聘請專家，直接用蒙特卡羅法計算儲量及其逆累積概率。如圖3所示。

傳統(tǒng)的油氣資源儲量估值一般都是用蒙特卡羅計算法，直接求出油氣資源的儲量。本文中綜合各個專家對油氣資源評價因子評價意見后，再使各油氣評價因子參與蒙特卡羅計算而得到的油氣資源量的逆累積分布曲線圖。分析圖3可看出，所得到的天然氣儲量估值更加精確，范圍更加確切。

3 結(jié)論

特爾菲法提供了對各個油氣資源評價因子的綜合統(tǒng)計分析功能，其特點是:匿名性、反饋性、統(tǒng)計型，將特爾菲法和蒙特卡羅計算方法相結(jié)合，來完成油氣資源的預測評價過程，可以得到在不同概率下的油氣資源量的估計曲線。比以往的用蒙特卡羅法單獨估算油氣資源儲量，有更好的使用性，評價結(jié)果更加準確，更有利于油氣資源開發(fā)人員決策支持。

運用特爾菲法在選擇專家時應該注意以下兩點:①專家的類型，不同類型的專家由于考慮問題的側(cè)重點不同，對同一因素給出的預測往往是不一樣的。②專家的數(shù)量，專家太少容易片面，太多則數(shù)據(jù)整理工作量大，不易收斂;應根據(jù)問題的性質(zhì)、規(guī)模及決策等因素確定［3］。

1 趙旭東，崔鳳文.用于石油資源評價的特爾菲法［J］.石油勘探與開發(fā)，1983，3:79－82.

2 王銀宏嚴光生翟裕生.三部式潛在礦產(chǎn)資源定量評價與蒙特卡羅模擬［J］.中國礦業(yè)，2006，15(6):4－7.

3 宋遠方.層次分析法及特爾菲法在礦區(qū)規(guī)劃決策分析中的應用［J］. 煤炭工程，1989，9:12－16.

4 文環(huán)明，肖慈，王旬，等.蒙特卡羅法在油氣儲量估算中的應用［J］.成都理工學院學報，2002，29(5):487－492.

5 陳榮書.石油及天然氣地質(zhì)學［M］.武漢:中國地質(zhì)大學出版社，1994

6 查先進.信息分析與預測［M］.武漢:武漢大學出版社，2000，8.

APPLICATION OF BOTH DELPHI AND MONTE CARLO METHODS TO EVALUATION OF HYDROCARBON RESOURCES

WANG Yanni1，LIU Gang2，3，PAN Yuandun4and WANG Xianyong2(1．Information Center，Nonferrous Metals Geological Exploration Bureau of Jiangsu Province;2．College of Resources，China University of Geosciences(Wuhan);3．Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources，Ministry of Education;4．Sinopec Jing Zhou Exploration Technology Research Center)

Since reservoir－forming conditions are not only complicated but also influenced by many factors，to evaluate hydrocarbon resources is very uncertain．Some traditional methods to assess reserves can only provide a certain value，which can not quantitatively demonstrate a reliability of the value．In this paper，in order to more accurately and reasonably assess reserves，both Delphi and Monte Carlo methods are used．During assessment，all influencing factors are integrated by Delphi method whereas the operations of triangular distribution data，observed data or empirical estimation are actually performed by Monte Carlo method．The assessed result is an inverse cumulative－ probability curve of reserves．When using reserves values，a range value of reserves under a given probability condition is selected，which can further reflect an understanding of hydrocarbon resources．

evaluation of hydrocarbon resources evaluation，Delphi method，Monte Carlo method，inverse cumulative－probability

王艷妮，女，1984年出生，陜西韓城人。目前就職于江蘇省有色金屬地質(zhì)勘查局地質(zhì)信息中心，從事油氣資源評價及地質(zhì)找礦信息化方面的工作。地址:(210007)江蘇省南京市白下區(qū)大光路26號華東大廈4樓。電話:13675167460。E－mail:wynhcs@qq.com

．NATURALGAS EXPLORATION＆DEVELOPMENT．v．34，no．3 ，pp．24 －26，7/25/2011

(修改回稿日期 2011－02－23 編輯 王曉清)