油氣勘探風(fēng)險分析技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

李 軍，蔡利學(xué)

(中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長，對能源的需求不斷增加，油氣在我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著舉足輕重的地位。但是，目前待探明油氣資源的位置大多地處偏遠(yuǎn)、自然條件惡劣的地區(qū)，地面條件相對惡化，施工難度加大。地下地質(zhì)條件比較復(fù)雜，目標(biāo)隱蔽性增強(qiáng)，勘探難度越來越大，勘探風(fēng)險不斷增加。

隨著石油地質(zhì)理論的發(fā)展，特別是油氣成藏理論的深入發(fā)展以及數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，油氣勘探風(fēng)險分析技術(shù)得到快速發(fā)展。油氣勘探風(fēng)險分析是認(rèn)識一個地區(qū)地質(zhì)規(guī)律的過程，是油氣資源綜合評價的一部分，同時，也為各級決策部門制定下一步油氣勘探計(jì)劃或規(guī)劃以及為勘探部署提供科學(xué)依據(jù)。因此，勘探風(fēng)險分析是指鉆前評價過程中對有利目標(biāo)的不確定性因素和風(fēng)險的定量或數(shù)值化評價。

目前，大多數(shù)外國石油公司都建立了常規(guī)的勘探風(fēng)險分析和管理制度，在規(guī)避風(fēng)險、降低成本和提高效益方面正發(fā)揮著越來越重要的作用。

1 國外現(xiàn)狀

風(fēng)險分析最早起源于歐洲銀行業(yè)，但在20世紀(jì)30年代，美國為應(yīng)對經(jīng)濟(jì)危機(jī)對企業(yè)經(jīng)營的影響，開展了風(fēng)險分析和管理研究，上世紀(jì)70年代以后，開始在全球各行各業(yè)風(fēng)行，石油行業(yè)也不例外。

對于石油行業(yè)而言，風(fēng)險的種類很多，如地質(zhì)風(fēng)險(勘探開發(fā)干井的風(fēng)險)、工程技術(shù)風(fēng)險、政治風(fēng)險、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險、未來價格預(yù)測風(fēng)險、環(huán)境風(fēng)險、投資者破產(chǎn)風(fēng)險等等[1－2］。但對于油氣勘探項(xiàng)目和勘探人員而言，更注重油氣勘探的地質(zhì)風(fēng)險，主要體現(xiàn)在地質(zhì)評價、資源量估算和決策分析的整個評價過程中，風(fēng)險分析亦隨著勘探形勢和技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。

在20世紀(jì)60年代以前，石油公司的油氣勘探活動主要集中在局部構(gòu)造簡單地區(qū)，伴隨著油氣資源綜合評價技術(shù)的發(fā)展，主要采用地質(zhì)成藏條件靜態(tài)研究與油氣資源量的簡單估算進(jìn)行地質(zhì)風(fēng)險分析，從而評價油氣勘探目標(biāo)，當(dāng)時的勘探發(fā)現(xiàn)以大構(gòu)造為主。

20世紀(jì)60年代，隨著數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)和計(jì)算機(jī)開始在油氣勘探領(lǐng)域應(yīng)用，開始采用成藏條件動態(tài)研究方法進(jìn)行勘探目標(biāo)地質(zhì)評價，主要應(yīng)用地質(zhì)類比法，研究油源、儲層、蓋層、圈閉、保存等地質(zhì)條件及其時空配套條件，加強(qiáng)了油氣成藏時空配置關(guān)系的研究。同時，開始應(yīng)用單儲系數(shù)法、容積法、熱模擬法、沉積巖體積豐度法等多種方法計(jì)算勘探目標(biāo)資源量，但資源量計(jì)算參數(shù)為定值，且很少考慮資源的經(jīng)濟(jì)性。1960年Grayson等[3］開始了早期的風(fēng)險分析在勘探投資決策方面研究;1962年Kaufman[4］發(fā)表了有關(guān)對數(shù)正態(tài)分布在勘探目標(biāo)評價和投資決策中的應(yīng)用的著作，他們的研究為勘探風(fēng)險分析在油氣勘探實(shí)際中應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

20世紀(jì)70年代，由于1973年中東石油禁運(yùn)及油價大幅上漲引起的“石油危機(jī)”，直接影響了世界經(jīng)濟(jì)，以美國為代表的發(fā)達(dá)國家開始了全球性的油氣資源研究和勘探目標(biāo)評價。伴隨著地質(zhì)理論和勘探技術(shù)的進(jìn)步，以及數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)和計(jì)算機(jī)在油氣工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，開始了真正意義上的地質(zhì)風(fēng)險分析，Newendorp[5］和 Capen[6］等采用統(tǒng)計(jì)學(xué)和概率論理論分析勘探目標(biāo)含油氣的可能性。同時，由于人們對地下油氣資源認(rèn)識的不確定性，開始應(yīng)用統(tǒng)計(jì)概率方法，采用與地質(zhì)類比相結(jié)合的面積產(chǎn)率法和體積產(chǎn)率法計(jì)算資源量，結(jié)果以累計(jì)概率形式來表達(dá)[7－8］，并開始考慮資源的經(jīng)濟(jì)性。隨著70年代早期勘探風(fēng)險分析在Exxon、Shell、Arco公司中開始系統(tǒng)應(yīng)用，到70年代后期，Chevron、BP、Elf等石油公司以及某些政府機(jī)構(gòu)(加拿大地質(zhì)調(diào)查局、法國石油研究院和美國聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局)也開始在勘探評價和投資中常規(guī)應(yīng)用勘探風(fēng)險分析。

自20世紀(jì)80年代以來，世界油氣勘探的發(fā)現(xiàn)規(guī)模逐漸變小，發(fā)現(xiàn)油氣田的預(yù)探井并沒有明顯地隨時間而變化，預(yù)探井成功率平均為25.25%，而發(fā)現(xiàn)大于100百萬桶油當(dāng)量儲量的井由60、70年代的4%以上減少至90年代的1.9%[9］，勘探的難度在逐漸增大。盡管技術(shù)可以降低由于勘探難度增加的地質(zhì)不確定性，但卻不能排除風(fēng)險。尤其勘探的研究對象在地下，具有隱蔽性，一些概念只能建立在“假設(shè)”的基礎(chǔ)上，不確定的因素較多，例如地下情況復(fù)雜、地質(zhì)資料不足等。加之人們對復(fù)雜事物的認(rèn)識不可能一次完成，更增加了勘探項(xiàng)目的風(fēng)險性。因此，20世紀(jì)80年代以來，不僅計(jì)算機(jī)在石油勘探研究和評價中得到了普遍應(yīng)用，勘探目標(biāo)風(fēng)險分析和經(jīng)濟(jì)評價也更加受到重視?？碧斤L(fēng)險分析與決策研究在石油工業(yè)上的應(yīng)用飛速發(fā)展，勘探風(fēng)險分析和管理在國外大中型石油公司得到廣泛認(rèn)同和應(yīng)用[10－15］，許多小石油公司和國家石油機(jī)構(gòu)也紛紛應(yīng)用該技術(shù)。如何利用有限的投資最大限度地獲得商業(yè)或經(jīng)濟(jì)儲量成為勘探家所面臨的重要課題[16－17］。每個油公司都形成了自己的評價體系，并擁有專業(yè)評價人員。

發(fā)展至今，勘探風(fēng)險分析技術(shù)愈加成熟，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)、概率論和效用理論的原理，在綜合研究油氣成藏要素的基礎(chǔ)上，采用地質(zhì)風(fēng)險概率法，將獨(dú)立的地質(zhì)成藏概率因子(一般4～5個，最多可達(dá)14個)連乘評價油氣成藏的可能性[18－22］;并采用統(tǒng)計(jì)法和類比法估算儲量參數(shù)分布范圍，采用地質(zhì)類比法(包括單儲系數(shù)法、容積法、最小經(jīng)濟(jì)規(guī)模界限法等)、主觀評價法(專家評價法、特爾菲法)、統(tǒng)計(jì)分析法(或歷史經(jīng)驗(yàn)外推法，包括油田規(guī)模序列法)、成因法(或地球化學(xué)物質(zhì)平衡法，包括盆地模擬法、氯仿瀝青“A”法、熱模擬法等)和綜合法(地質(zhì)模型與計(jì)算模型相結(jié)合的地質(zhì)風(fēng)險概率法)五大類國際通用方法，應(yīng)用蒙特卡洛模擬預(yù)測油氣規(guī)模[23－27］;同時，考慮工程技術(shù)的適應(yīng)性，采用現(xiàn)金流法評估資源的經(jīng)濟(jì)性[28－31］，估算不同意義的成功概率，對不同勘探目標(biāo)進(jìn)行分級和排序，并在此基礎(chǔ)上，從公司的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)出發(fā)，進(jìn)行風(fēng)險—投資優(yōu)化，最終篩選和編制出年度投資組合[32－40］。

目前，在全球普遍使用且最具有代表性的評價系統(tǒng)包括美國地質(zhì)調(diào)查所研制的FASPU(石油快速評價系統(tǒng))、挪威Geoknowledge公司研制開發(fā)的GeoX(資源—經(jīng)濟(jì)分析系統(tǒng))、美國Decisioneering公司研制的Crystal Ball、美國Landmark公司研制開發(fā)的TERAS(經(jīng)濟(jì)與風(fēng)險分析系統(tǒng))。

2 國內(nèi)現(xiàn)狀

自20世紀(jì)80年代，我國開展對外合作勘探，將勘探風(fēng)險分析的一般概念和方法引入中國，在學(xué)習(xí)借鑒國外有關(guān)地質(zhì)風(fēng)險概率方法、分析油氣成藏經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國地質(zhì)特點(diǎn)，國內(nèi)學(xué)者總結(jié)了國內(nèi)勘探目標(biāo)評價流程和基本方法[41－43］。這些方法和經(jīng)驗(yàn)很快在海域盆地的目標(biāo)評價優(yōu)選中應(yīng)用，提高了海域鉆探目標(biāo)成功率，有力地推動了海域油氣資源勘探。另外，1986年我國第一次資源評價初步采用了資源量概率曲線形式表示[44－46］，所報道的787×108t就是P50的資源量[47］。

隨著90年代初期第二次油氣資源評價的展開，勘探家更加關(guān)注勘探目標(biāo)的地質(zhì)風(fēng)險分析和資源的經(jīng)濟(jì)性，并在一些盆地做了有價值的嘗試。例如，根據(jù)大慶、勝利等已有油氣發(fā)現(xiàn)凹陷的儲量和經(jīng)濟(jì)門限統(tǒng)計(jì)，計(jì)算了不同凹陷類型的經(jīng)濟(jì)系數(shù)，提出了“經(jīng)濟(jì)資源量”的概念。同時，對一些關(guān)鍵問題展開了研究，如成功率的定義、風(fēng)險分析與經(jīng)濟(jì)評價的關(guān)系等，初步形成了風(fēng)險概率法[48－53］，并在圈閉和區(qū)帶優(yōu)選預(yù)探中發(fā)揮了較好作用。隨著風(fēng)險分析技術(shù)在資源量計(jì)算中得到進(jìn)一步發(fā)展，勘探家還總結(jié)了5種常見的油氣藏分布模型，并按照統(tǒng)一的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校驗(yàn)[54］。

在90年代末，中國各大石油公司紛紛上市成功，提出了勘探“效益第一”的原則。為了提高鉆探成功率，尋找商業(yè)或經(jīng)濟(jì)的規(guī)模接替儲量，增加公司價值，各上市石油公司對來自全國或全球范圍內(nèi)的不同地區(qū)的風(fēng)險目標(biāo)進(jìn)行評價和優(yōu)選，以便最終做出投資決策，為此均加強(qiáng)了地質(zhì)風(fēng)險分析和經(jīng)濟(jì)評價[55－62］。近年來，勘探風(fēng)險分析備受重視，三大石油公司均逐步建立各自的評價體系和系統(tǒng)[63－64］，先后涌現(xiàn)出具有代表性的 TrapDES、OE、PdSys等勘探目標(biāo)風(fēng)險分析、評價、優(yōu)選和決策系統(tǒng)，在油氣勘探規(guī)劃部署中起到了重要作用。

發(fā)展至今，勘探風(fēng)險分析技術(shù)在地質(zhì)風(fēng)險評價和經(jīng)濟(jì)評價方法上取得了長足進(jìn)步。目前，主要采用類比法和統(tǒng)計(jì)法，對圈閉、油源、儲層、保存、運(yùn)聚、匹配等成藏地質(zhì)條件進(jìn)行分析，但是大多是按照成藏地質(zhì)條件的優(yōu)劣分級進(jìn)行打分，然后將所有成藏條件因子得分相乘求得地質(zhì)綜合評價因數(shù)，即地質(zhì)把握程度，概念上等于1減去地質(zhì)風(fēng)險因數(shù)。其中，各成藏條件因子則通過對其各關(guān)鍵地質(zhì)子因子加權(quán)求和或相乘獲得，無論子因子是否相關(guān)和獨(dú)立;而僅把資料因素理解為圈閉落實(shí)程度，作為圈閉條件的一個因子與其他成藏要素相乘，而對資料因素在勘探風(fēng)險中的重要程度沒有足夠的認(rèn)識。

勘探目標(biāo)的資源量計(jì)算則采用類比法、成因法和統(tǒng)計(jì)法等國際通用方法，雖然各石油公司和研究機(jī)構(gòu)均提倡應(yīng)用蒙特卡洛模擬等能夠體現(xiàn)風(fēng)險分析的方法進(jìn)行估算，但實(shí)際操作大多采用定值進(jìn)行計(jì)算，而忽略了油氣勘探所具有的高度不確定性。

勘探目標(biāo)的優(yōu)選決策方法很多，但目前國內(nèi)最通行的方法則是通過對勘探目標(biāo)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價，從而選用不同經(jīng)濟(jì)指標(biāo)求得經(jīng)濟(jì)評價系數(shù)，最終將地質(zhì)綜合評價系數(shù)和經(jīng)濟(jì)系數(shù)加權(quán)求和，得出勘探目標(biāo)優(yōu)選評價值，最終進(jìn)行排序優(yōu)選。這些優(yōu)選評價方法和系統(tǒng)突出了效益觀念，在勘探目標(biāo)優(yōu)選評價中起到了重要作用[65］。投資組合優(yōu)選是另一種更能體現(xiàn)勘探風(fēng)險的決策方法，雖然國內(nèi)也有研究[66］，但實(shí)際應(yīng)用很少。因此，與國外相比，我國的勘探風(fēng)險分析還相對比較粗放。

隨著我國油氣勘探領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大和勘探目標(biāo)的不斷復(fù)雜化，勘探難度日益增加，則需要在前人研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深化我國的勘探風(fēng)險分析技術(shù)。

3 發(fā)展趨勢

油氣勘探大都是在不確定的情況下進(jìn)行的，因而風(fēng)險高，投入大。勘探風(fēng)險分析作為勘探目標(biāo)評價的主要內(nèi)容之一，它既是一項(xiàng)綜合性的研究過程，也是一個充分應(yīng)用最新科技成果的評價過程。近年來許多人進(jìn)行了積極探索，提出了一些新的方法[58］。勘探風(fēng)險分析的發(fā)展趨勢如下:

3.1 地質(zhì)評價更加突出風(fēng)險分析、重視資料信息的應(yīng)用

地質(zhì)評價是勘探的首要任務(wù)之一，地質(zhì)風(fēng)險分析技術(shù)通過幾十年的發(fā)展，為了更加適應(yīng)當(dāng)前的勘探形勢，使地質(zhì)評價更科學(xué)和合理，將從可能發(fā)現(xiàn)油氣的真正概率因素入手，進(jìn)一步完善不同資料置信條件下的成藏條件評價標(biāo)準(zhǔn)。首先，選擇相互獨(dú)立的成藏概率因子或子因子，以便滿足“木桶短板”原理。其次，成藏因子或子因子概率賦值應(yīng)重視資料的置信程度，即根據(jù)資料信息的相關(guān)程度、質(zhì)量和數(shù)量確定概率大小，而不是根據(jù)烴源巖、儲層等質(zhì)量的好壞評分，并將賦值標(biāo)準(zhǔn)盡量細(xì)化和明確，并與實(shí)際情況進(jìn)行比對和校驗(yàn)，增加地質(zhì)風(fēng)險評價的可靠性。

3.2 風(fēng)險分析技術(shù)與商業(yè)或經(jīng)濟(jì)儲量評價緊密結(jié)合進(jìn)行勘探目標(biāo)評價

勘探目標(biāo)是油氣聚集的地質(zhì)單元，但并非所有的勘探目標(biāo)都含有油氣，即使找到的含油氣目標(biāo)也并非都有商業(yè)或經(jīng)濟(jì)價值。越來越高的勘探費(fèi)用迫使人們反思，除了油氣發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)成功之外，在當(dāng)前勘探難度越來越大、技術(shù)要求越來越高的情況下，我們獲得商業(yè)或經(jīng)濟(jì)儲量的可能性有多大?即油氣發(fā)現(xiàn)的商業(yè)或經(jīng)濟(jì)成功率是多少?這是所有石油公司都關(guān)心的問題。

這就要求勘探人員在充分考慮油氣勘探特點(diǎn)的前提下，即正確認(rèn)識勘探是在大量不確定因素下進(jìn)行的，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法描述油氣資源計(jì)算參數(shù)的分布區(qū)間，估算出勘探目標(biāo)的資源或儲量分布，并根據(jù)經(jīng)濟(jì)上的投入和產(chǎn)出平衡原理，確定商業(yè)或經(jīng)濟(jì)儲量下限，從而獲得油氣發(fā)現(xiàn)的商業(yè)或經(jīng)濟(jì)成功概率，以滿足勘探目標(biāo)鉆前預(yù)測的需求，進(jìn)一步規(guī)范鉆前經(jīng)濟(jì)評價，使風(fēng)險分析不再停留在文字描述和定性判斷上，并可進(jìn)一步權(quán)衡風(fēng)險，從而保證在最小的風(fēng)險下獲得最大經(jīng)濟(jì)可采儲量。

3.3 風(fēng)險分析始終貫穿于勘探評價全過程

油氣勘探是個充滿挑戰(zhàn)的行業(yè)，風(fēng)險是勘探最重要的特點(diǎn)。因此，風(fēng)險分析應(yīng)該貫穿于勘探評價和決策的全過程。截至目前，貫穿于地質(zhì)評價、資源估算和投資決策全過程的勘探風(fēng)險分析在我國陸上和海域勘探中均有所體現(xiàn)。但是，風(fēng)險分析在目前勘探?jīng)Q策中的主要作用多是根據(jù)勘探目標(biāo)的油氣發(fā)現(xiàn)概率、資源規(guī)模、價值大小等指標(biāo)，在有限的目標(biāo)中優(yōu)選最有利目標(biāo)進(jìn)行鉆探，而在勘探的主要決策點(diǎn)上，風(fēng)險分析作為一種量化的分析方法還沒有普遍應(yīng)用。

此外，在勘探?jīng)Q策中，應(yīng)該進(jìn)一步推廣現(xiàn)代投資組合理論，應(yīng)用概率論和線性代數(shù)等其他數(shù)學(xué)方法，根據(jù)不同階段勘探任務(wù)、勘探目的和勘探對象要求，分析風(fēng)險承擔(dān)能力，結(jié)合效用分析理論權(quán)衡風(fēng)險和收益，選擇最佳投資組合，實(shí)現(xiàn)投資收益的最大化，為勘探規(guī)劃和部署決策提供依據(jù)。

3.4 數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)與計(jì)算機(jī)的發(fā)展將促進(jìn)勘探風(fēng)險的定量化發(fā)展

近幾十年來計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展，與之相伴隨的數(shù)值方法的發(fā)展將進(jìn)一步促使地質(zhì)學(xué)進(jìn)入系統(tǒng)化研究。大規(guī)模數(shù)值模擬方法的出現(xiàn)和發(fā)展使得資源累積概率分布、投資組合優(yōu)選等繁復(fù)的數(shù)學(xué)模擬得以實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)現(xiàn)在已成為地質(zhì)學(xué)研究中與野外觀察、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)并重的基本方法。此外，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用也有利于大量勘探數(shù)據(jù)的積累，并形成數(shù)據(jù)庫，節(jié)省大量的人力物力，加快勘探評價速度，提高評價精度，更好地為油氣勘探服務(wù)。

3.5 學(xué)科交叉和綜合研究將隨著石油地質(zhì)理論的發(fā)展而發(fā)展

隨著油氣勘探形勢的變化以及地質(zhì)領(lǐng)域其他相關(guān)學(xué)科的迅速發(fā)展，數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)、概率論、經(jīng)濟(jì)學(xué)等學(xué)科與經(jīng)典石油地質(zhì)學(xué)將進(jìn)行深入的融合與交叉，勘探目標(biāo)評價中有關(guān)石油與天然氣地質(zhì)學(xué)中的許多概念也將不斷地得到發(fā)展。勘探風(fēng)險分析將進(jìn)入一個新的發(fā)展階段，從過去的典型描述性向多維化、定量化和信息化迅速發(fā)展，從而形成比較完整的新評價體系。勘探風(fēng)險分析已成為當(dāng)今油氣勘探中十分重要的內(nèi)容之一，將隨著石油地質(zhì)理論的發(fā)展而發(fā)展。

4 結(jié)語

油氣勘探具有復(fù)雜性和艱巨性，同時也使其具有了很高的風(fēng)險性。歷史數(shù)據(jù)表明，勘查和勘探投資中只有不到20%的支出能夠有商業(yè)發(fā)現(xiàn)。因此我們要繼續(xù)發(fā)展和完善勘探風(fēng)險分析技術(shù)，研究勘探風(fēng)險與收益之間的關(guān)系，優(yōu)化資源配置，將資源(資金和人力)分配到資本回報最高的領(lǐng)域，最大限度地發(fā)現(xiàn)油氣，尋找商業(yè)儲量，增加企業(yè)價值。

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