基于概念決策模型的油氣勘探模擬——以伊朗西南部德茲夫爾海灣為例

Soleimani M

（伊朗沙赫魯?shù)吕砉ご髮W(xué)采礦、石油與地球物理系）

0 引言

類比法廣泛應(yīng)用于地質(zhì)研究中，在礦藏資源潛力預(yù)測和勘探?jīng)Q策方面也有一定應(yīng)用。新區(qū)開始勘探研究時，地質(zhì)家首先會研究區(qū)域地質(zhì)條件，將過去勘探工作中所積累的經(jīng)驗作為類比信息。在地質(zhì)家看來，不同區(qū)域通常具有不同的地質(zhì)特征，反映了沉積和區(qū)域地質(zhì)的獨特性。如果研究區(qū)與類比區(qū)存在差異，且類比區(qū)之間存在差異，最簡單的方法是將每個地區(qū)劃歸一個不同的種類。但這種觀點存在一些局限[1]，其主要原因在于采樣和獲得勘探信息的成本很高，特別是在石油勘探中（如果勘探目標(biāo)區(qū)很大，該成本將會非常高）；原因之二，與第1個因素有關(guān)，即，由于直接采樣成本高昂，間接采樣方法如地質(zhì)研究被廣泛用于推測未知礦藏資源狀況和勘探結(jié)果；原因之三，亦與第 1個因素相關(guān)，高昂的采樣成本突顯了獲知相關(guān)隨機變量先驗分布的重要意義[2]。因此，如果根據(jù)地質(zhì)特征類比作出決策，設(shè)計勘探項目（隨后將進行鉆探），可能面臨高額的投資損失。當(dāng)類比區(qū)和研究區(qū)存在地質(zhì)差異時，可采用以下3種方法避免這種損失[2]：①將各個地區(qū)分別作為限制因素和先驗概率來源，應(yīng)用決策理論計算其他替代方案的預(yù)期損失；②從專家處獲取主觀的先驗概率，獲得主觀概率的最佳準(zhǔn)備工作是審查支持性信息，通常包括礦物/石油產(chǎn)狀以及類似地區(qū)的礦藏信息，而由地質(zhì)家根據(jù)經(jīng)驗和知識對不相似性作出判斷；③對類比區(qū)與研究區(qū)的地質(zhì)相似性進行定量評估，提供礦物/石油產(chǎn)狀的數(shù)學(xué)類比信息。本文基于地質(zhì)背景的相似性原則，選用第 3種解決方案，提出伊朗境內(nèi)部分區(qū)域油田勘探的概念決策模型。

1 模型整體結(jié)構(gòu)

圖1 基于概念決策模型的油氣勘探模擬示意圖

設(shè)計概念決策模型的目的是根據(jù)地質(zhì)假設(shè)（構(gòu)造圈閉，地下構(gòu)造和地層圈閉）模擬盆地勘探。模型中除需選擇目標(biāo)盆地的地質(zhì)假設(shè)條件外，還需指定勘探方法和調(diào)查強度（見圖 1）。具體決策包括是否開展普查勘探、是否鉆井、是否采用新的地質(zhì)假設(shè)或終止勘探等。發(fā)現(xiàn)油氣藏的工作包括在預(yù)測的油藏區(qū)域內(nèi)鉆井，鉆井深度與油層深度相同，或大于油層深度。模型中采用貝葉斯決策理論進行決策，因而決策可反映下列期望值：油藏數(shù)目及其規(guī)模的分布；一種地質(zhì)假設(shè)相對于另一種地質(zhì)假設(shè)的期望成功率；每種地質(zhì)假設(shè)條件下使用勘探方法探測和識別出地質(zhì)條件的概率。根據(jù)貝葉斯決策理論，將根據(jù)勘探結(jié)果對一些初始期望值進行修改。模型參數(shù)包括了經(jīng)濟因素（價格、勘探和生產(chǎn)成本、產(chǎn)量、貼現(xiàn)率、預(yù)算和稅費等），在每種地質(zhì)假設(shè)條件下，經(jīng)濟參數(shù)與油藏參數(shù)均保持不變[3-4]。

概念決策模型由 4個主要部分構(gòu)成：①特性的生成，根據(jù)假設(shè)，確定盆地異常點種子、油藏位置種子及各種假設(shè)條件下每個油藏的響應(yīng)矢量種子等信息；②勘探模擬，按照假設(shè)開展地質(zhì)普查；③決策分析，隨著信息不斷豐富，修改先驗概率，并計算鉆井、非鉆井和勘探的預(yù)期損失；④經(jīng)濟評價，評價所發(fā)現(xiàn)油氣藏的凈現(xiàn)值，并確定各經(jīng)濟油藏的產(chǎn)量。

圖 1所示為模擬的主要階段和次序。該模型的每一次迭代計算都要先生成特性、含油氣盆地，然后模擬盆地勘探。對所獲得的結(jié)果進行處理，得出所選定的量值，如所發(fā)現(xiàn)的油氣藏儲量及給定經(jīng)濟參數(shù)條件下的經(jīng)濟可采儲量[5]。通過改變選定參數(shù)及其取值水平重復(fù)模擬，可檢驗?zāi)Ｐ偷拿舾行訹6]。

2 特性模擬

特性模擬的第 1步是把地表預(yù)測的含油異常區(qū)作為盆地的種子，異常區(qū)隨機散布于整個盆地，其面積由抽樣分布頻率確定（見圖2a）。圖2b所示為某個地質(zhì)假設(shè)條件下異常區(qū)的空間分布，異常區(qū)位置由隨機選定，其規(guī)模分布由取樣確定。一旦確定了異常區(qū)的種子，可通過矩形分布抽樣得到概率（P），并與油藏數(shù)目占異常體總數(shù)的假設(shè)比例進行對比，從而確定與油藏有關(guān)的異常，即：若 P ＜NpNa，則為油藏，其中Np為油藏個數(shù)，Na為異常區(qū)個數(shù)。

對于確定為油藏的每個異常區(qū)，異常區(qū)面積可轉(zhuǎn)換成最終油藏儲量[7]。實際勘探中，勘探技術(shù)并不能探測出全部異常，有下列兩種情況[8]：如果采用的勘探方法無效，則不可能識別出特定類型的含油異常；勘探方法對于特定類型的異常有效，但由于解釋有誤或局部存在地質(zhì)干擾，也可能無法識別出異常。

3 伊朗油田的地質(zhì)條件響應(yīng)

通過具有響應(yīng)矢量的每個異常區(qū)種子，將上述兩種情況和伊朗油田實際地質(zhì)條件引入到模型中。響應(yīng)矢量的元素為特定假設(shè)下地質(zhì)條件對各種勘探方法的響應(yīng)[7]，元素隨異常體類型的變化而變化。以伊朗西南部油田為例，模擬3種模型（圈閉）的油氣資源潛力：地表構(gòu)造圈閉、地下構(gòu)造圈閉和地層圈閉[9]（見表1）。當(dāng)對某一勘探技術(shù)的響應(yīng)小于100%時，從矩形概率分布進行抽樣，并將其與表 1的相應(yīng)響應(yīng)值進行對比，就可以確定出該勘探技術(shù)的響應(yīng)。例如，地下構(gòu)造對重力勘探的響應(yīng)為 20%，由此得出假設(shè)地下構(gòu)造異常的重力響應(yīng)值為 P＜20%[10-12]。每次微迭代計算都要重新確定盆地異常區(qū)種子，根據(jù)深度和地質(zhì)假設(shè)，結(jié)合表1中6種勘探方法中每一種方法的每個異?？碧巾憫?yīng)，生成異常區(qū)和油藏的空間分布。確定盆地異常區(qū)種子后，進入盆地勘探模擬階段。這種勘探模擬需要模擬給定勘探方法和地質(zhì)假設(shè)條件下的勘探過程，還需要模擬地質(zhì)家和勘探家的決策過程[10]。

圖2 異常區(qū)規(guī)模及空間分布示意圖

表1 地質(zhì)條件與勘探方法的響應(yīng)關(guān)系

圖3 研究區(qū)位置圖

伊朗西南部德茲夫爾海灣（見圖3）是伊朗西南油氣區(qū)的中心，伊朗主要油田均分布于該區(qū)。雖然該地區(qū)資源潛力巨大，至今實施的勘探工作量卻很少，因而筆者應(yīng)用所提出的勘探模型，確定該地區(qū)油田對模型的響應(yīng)，以驗證模型對勘探的指導(dǎo)作用。

4 應(yīng)用實例

德茲夫爾海灣地區(qū)油藏呈不對稱長軸背斜形態(tài)，北西—南東走向，目的層為裂縫性灰?guī)r[11]。航攝地質(zhì)和地表地質(zhì)研究并未證明該地區(qū)存在油田，根據(jù)表 1所列標(biāo)準(zhǔn)，該地區(qū)的油田對于航攝地質(zhì)和地表地質(zhì)研究的響應(yīng)為零，但其對重力勘探、構(gòu)造測試井和地下地質(zhì)研究的綜合響應(yīng)為80%。

由圖 4可以看出，構(gòu)造地質(zhì)研究和測試井未能準(zhǔn)確定位目標(biāo)區(qū)，即背斜高點，測試井位位于背斜翼部。

圖4 目標(biāo)區(qū)井位和某油田構(gòu)造地質(zhì)圖

圖 5所示為圖 4中 A—A?測線地震剖面，從中清晰可見背斜高點，即合適的鉆井位置。說明在這些地區(qū)，采用地球物理技術(shù)勘探效果更好。然而，選擇測試井井位時僅使用了孔隙度分布圖（見圖 6a），圖 6b所示為投產(chǎn)后得到的凈毛比（有效厚度和總厚度比值）分布圖，可見 2張圖差別非常大。目標(biāo)油藏的總孔隙度和蓋層孔隙度分布見圖7，結(jié)果再次表明，目的層的高孔隙度區(qū)與蓋層的低孔隙度區(qū)并不一致。目標(biāo)區(qū)較好的產(chǎn)層應(yīng)該是地震勘探所確定的層段。這充分說明，研究區(qū)油氣系統(tǒng)并非僅受構(gòu)造控制，下一步勘探中應(yīng)考慮由于巖相變化而形成的地層圈閉。

圖5 目標(biāo)區(qū)地震剖面（剖面位置見圖4）

圖6 目標(biāo)區(qū)平均孔隙度分布與凈毛比分布圖

圖7 目標(biāo)地層孔隙度及蓋層孔隙度分布圖

5 結(jié)語

文獻[12]提出了未知數(shù)目非均勻目標(biāo)序貫指示優(yōu)選法，是迄今為止唯一設(shè)計用作測試網(wǎng)格鉆井勘探方法有效性的研究成果，但該研究也只是做了有限的嘗試，尤其是它將網(wǎng)格鉆井期限延長到了10年，并假設(shè)市場供應(yīng)不會產(chǎn)生價格方面的響應(yīng)。

網(wǎng)格鉆井的油藏定位成功率至少與分階段勘探模擬相當(dāng)。事實上，對于具有巨大地層圈閉含油氣潛力的盆地，網(wǎng)格鉆井定位油藏的準(zhǔn)確性更高。但在盆地勘探的各個階段，多階段序列勘探方法的投資回報比網(wǎng)格鉆井大得多，約為網(wǎng)格鉆井總投資回報的兩倍。在資本效率方面，分階段序列勘探遠(yuǎn)比網(wǎng)格鉆井有效。這一點證實了理論預(yù)測的結(jié)果，即由于存在更經(jīng)濟的方法，網(wǎng)格鉆井并沒有被用作主要的勘探策略。

概念決策模型在伊朗西南部德茲夫爾海灣的應(yīng)用實例證實了模型的準(zhǔn)確性。研究區(qū)儲集層受構(gòu)造要素控制，要準(zhǔn)確確定油藏規(guī)模和目標(biāo)點，應(yīng)依據(jù)地震勘探方法，而非地質(zhì)圖和地下構(gòu)造圖。

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