油藏規(guī)模序列法在瑪湖凹陷低勘探程度區(qū)油氣資源評價(jià)中的應(yīng)用

李 婷，王 韜，蔣文龍，王 碩，郭文建，楊海波

(中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引 言

油氣資源評價(jià)方法是進(jìn)行油氣資源評價(jià)的直接手段，選取合適的方法開展油氣資源評價(jià)對于明確資源潛力、確定勘探和投資方向、制訂遠(yuǎn)景開發(fā)規(guī)劃和宏觀經(jīng)濟(jì)政策等都具有重要意義[1-2]。目前國內(nèi)外應(yīng)用的評價(jià)方法主要有類比法、成因法和統(tǒng)計(jì)法3類，其中，屬于統(tǒng)計(jì)法范疇的油藏規(guī)模序列法因其簡便實(shí)用、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛[3-5]。但對于中國西部廣泛存在的低勘探程度區(qū)，由于分析數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)資料匱乏且應(yīng)用各類方法開展資源評價(jià)工作的歷程也較短，因此，在這些探區(qū)開展資源評價(jià)前，有必要進(jìn)行評價(jià)方法可行性和評價(jià)過程合理性分析，進(jìn)而為后續(xù)決策部署提供更加可靠的依據(jù)。該文以瑪湖凹陷等低勘探程度區(qū)為評價(jià)對象進(jìn)行評價(jià)，對油藏規(guī)模序列法所需參數(shù)的敏感性和評價(jià)思路進(jìn)行分析，開展相關(guān)領(lǐng)域資源評價(jià)，為該區(qū)勘探提供理論基礎(chǔ)。

1 評價(jià)方法基本原理

成因法、統(tǒng)計(jì)法和類比法3種資源評價(jià)方法中，成因法強(qiáng)調(diào)生烴為主的地質(zhì)分析，類比法重視地質(zhì)條件的相似性和可對比性，統(tǒng)計(jì)法依托儲量、鉆井等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這3種方法互有所長、相輔相成[6-7]。

1.1 油藏規(guī)模序列法理論基礎(chǔ)

油藏規(guī)模序列法作為統(tǒng)計(jì)法的一種，是油氣資源評價(jià)中最常用的方法。統(tǒng)計(jì)表明，將已發(fā)現(xiàn)的油氣藏按規(guī)模大小排列后得到規(guī)模序列分布，用概率分布模型外推可得到按離散型隨機(jī)變量分布的所有潛在油氣藏進(jìn)而預(yù)測油氣資源量[8-9]。概率分布模型中以帕萊托(Pareto)1927年所提出的模型應(yīng)用最為廣泛，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

(1)

式中：Qm為序號為m的隨機(jī)變量的數(shù)值(第m個(gè)油氣藏的規(guī)模)，t；Qn為序號為n的隨機(jī)變量的數(shù)值(第n個(gè)油氣藏的規(guī)模)，t；k為實(shí)數(shù)(油氣藏規(guī)模變化率)；m、n為整數(shù)序列中的任一數(shù)值如1、2、3…(油氣藏的序號)，m≠n。

將式(1)兩邊取對數(shù)，則有：

(2)

即當(dāng)一個(gè)特定的含油氣區(qū)發(fā)現(xiàn)一系列油氣藏后，以油氣藏規(guī)模為縱坐標(biāo)，以油氣藏序號為橫坐標(biāo)，在雙對數(shù)坐標(biāo)系上投點(diǎn)作圖可得一條斜率為k的直線(圖1a)。

圖1 油藏規(guī)模序列法預(yù)測油氣資源量Fig.1 The prediction of hydrocarbon resources by the reservoir scale sequence method

1.2 油藏規(guī)模序列法評價(jià)過程

理想狀況下，應(yīng)用油藏規(guī)模序列法評價(jià)過程為：①選取油氣成藏條件和規(guī)律近似的區(qū)域作為評價(jià)區(qū)；②確定求取油氣藏規(guī)模序列的k值(記作k序列)；③利用已發(fā)現(xiàn)油氣藏、k序列和式(1)的變形求取完整的油氣藏規(guī)模序列Q1序列、Q2序列、…、Qi序列(i=1、2、3…)；④確定評價(jià)區(qū)可能的最大和最小油氣藏Qmax(記作Qmax截?cái)?與Qmin(記作Qmin截?cái)?，用其截?cái)嘤蜌獠匾?guī)模序列，截取范圍內(nèi)所有油氣藏的累積規(guī)模即為預(yù)測資源量，扣除已發(fā)現(xiàn)油氣藏即為預(yù)測待發(fā)現(xiàn)資源量。

Qm=Qn(n/m)k，(m、n=1、2、3…，m≠n)

(3)

實(shí)踐中，k序列、Qmax截?cái)嗪蚎min截?cái)嗳呷我庖豁?xiàng)變化后仍能符合數(shù)學(xué)模型的油氣藏規(guī)模序列，但結(jié)果不盡相同(圖1b)。除了k序列、Qmax截?cái)嗪蚎min截?cái)?，已發(fā)現(xiàn)油氣藏作為樣本時(shí)具有k樣本、Qmax樣本和Qmin樣本，在已發(fā)現(xiàn)油氣藏基礎(chǔ)上以k序列求取油氣藏規(guī)模序列后又具有Qmax序列和Qmin序列。因此，選好參數(shù)、合理評價(jià)是應(yīng)用油藏規(guī)模序列法預(yù)測油氣資源的關(guān)鍵。

2 參數(shù)敏感性分析

應(yīng)用油藏規(guī)模序列法時(shí)，k樣本、Qmax樣本和Qmin樣本僅受控于已發(fā)現(xiàn)油氣藏本身；k序列直接影響油氣藏規(guī)模序列Q1序列、Q2序列、…、Qi序列(i=1、2、3…)以及Qmax序列和Qmin序列，k序列、Qmax截?cái)嗪蚎min截?cái)喙餐绊戭A(yù)測資源量；Qmax截?cái)嗪蚎min截?cái)啾旧砼ck序列無關(guān)，但其作用發(fā)揮需要在以k序列求取完整的油氣藏規(guī)模序列之后。鑒于此，有必要分析各參數(shù)的相互影響以及各參數(shù)對預(yù)測資源量的影響，以便更合理地開展資源評價(jià)工作。因此，設(shè)置了11組樣本，各組樣本最大油氣藏Qmax樣本均為1 000 t、油氣藏?cái)?shù)均為10、但各組的k樣本不同(按k樣本=tanθ樣本，以間隔1 °依次為40、41、…、50 °)，并由此按Qm=Qn×(n/m)k樣本(m、n=1、2、…、10，m≠n)分別設(shè)計(jì)組內(nèi)樣點(diǎn)，對應(yīng)最小油氣藏Qmin樣本為64～148 t。

2.1 k序列、Qmax序列、Qmin序列的相互影響

圖2a和圖2b對比了不同θ樣本的樣本按不同θ序列求取的Qmax序列與Qmin序列。可以看出，對于同一個(gè)樣本Qmax序列隨θ序列(k序列)改變可增大可減小，但始終在Qmax樣本值(1 000 t)附近變化，并且根據(jù)Q1=Q2·2k幾乎不可能出現(xiàn)Qmax序列與Qmax樣本序號不同，而Qmin序列隨θ序列減小(k序列減小)逐漸接近該次設(shè)定的算法極小值(10 t，為滿足計(jì)算機(jī)運(yùn)算效率而設(shè)，無評價(jià)意義)與Qmin樣本值(64～148 t)基本無關(guān)。由此認(rèn)為，Qmax序列受θ序列(k序列)的影響較小、受Qmax樣本影響較大，Qmin序列受θ序列(k序列)和Qmin樣本的影響均較小，若計(jì)算機(jī)算力足夠甚至能達(dá)無窮小，因此，k序列、Qmax序列、Qmin序列的相互影響并不強(qiáng)。

圖2 油藏規(guī)模序列法參數(shù)敏感性分析Fig.2 The parameter sensitivity analysis for reservoir scale sequence method

2.2 k序列、Qmin截?cái)喙潭〞r(shí)，Qmax截?cái)鄬︻A(yù)測資源量的影響

圖2c表明：當(dāng)k序列、Qmin截?cái)喙潭〞r(shí)(k序列=1、θ序列=45 °、Qmin截?cái)?10t)，Qmax截?cái)鄬︻A(yù)測資源量影響有限。當(dāng)Qmax截?cái)嘟咏黁max樣本值(1 000 t)時(shí)預(yù)測資源量才會發(fā)生變化，預(yù)測資源量變化時(shí)的Qmax截?cái)酁?80～1 010 t，僅相當(dāng)于Qmax樣本增加1%或減少2%，考慮到實(shí)踐中Qmax截?cái)嗳≈狄欢〞笥赒max樣本，并且按式(1)，前幾大油氣藏規(guī)模差異顯著，在2.1中也提及幾乎不可能出現(xiàn)Qmax序列與Qmax樣本序號不同，故在實(shí)踐中選取Qmax截?cái)啾容^容易，只要同時(shí)大于Qmax序列與Qmax樣本即可。

2.3 k序列、Qmax截?cái)喙潭〞r(shí)，Qmin截?cái)鄬︻A(yù)測資源量的影響

圖2d表明：當(dāng)k序列、Qmax截?cái)喙潭〞r(shí)(取k序列=1、θ序列=45 °、Qmax截?cái)?1 100 t)，Qmin截?cái)鄬︻A(yù)測資源量影響較大。當(dāng)Qmin截?cái)喾謩e為30 t和10 t時(shí)預(yù)測資源量增大22.79%～27.57%，表明預(yù)測資源量隨Qmin截?cái)嗟臏p小而增大且變化顯著，進(jìn)一步分析能得出當(dāng)Qmin截?cái)喾謩e為20 t和10 t、30 t和20 t時(shí)預(yù)測資源量增大幅度分別為13.23%～15.72%與8.44%～10.46%，表明Qmin截?cái)嘣叫︻A(yù)測資源量影響越大。這是由于油氣藏越小、規(guī)模差異越微弱、分布越密集、越容易被影響。

2.4 Qmax截?cái)?、Qmin截?cái)喙潭〞r(shí)，k序列對預(yù)測資源量的影響

圖2e表明：當(dāng)Qmax截?cái)?、Qmin截?cái)喙潭〞r(shí)(Qmax截?cái)?1 100 t、Qmin截?cái)?10 t)，k序列對預(yù)測資源量影響突出。當(dāng)θ序列由55 °減小為35 °時(shí)，預(yù)測資源量增大410.31%～615.13%，表明預(yù)測資源量隨θ序列(k序列)的減小而增大且變化巨大，因?yàn)閗樣本=tanθ樣本、θ本樣越大則k樣本越大、θ樣本越小則k樣本越小，因此當(dāng)θ序列分別為55 °、35 °時(shí)預(yù)測資源量增大410.31%～615.13%，表明θ序列(k序列)越小對預(yù)測資源量影響越大。由式(1)可知：θ序列越小作為冪指數(shù)的k序列越小，預(yù)測的油氣藏更密集、更容易被影響。同時(shí)，圖2f可知：當(dāng)θ序列>θ樣本(k序列>k樣本)時(shí)，會有樣本油氣藏未進(jìn)入規(guī)模序列且θ序列(k序列)越大序列外的油氣藏個(gè)數(shù)越多，可見θ序列(k序列)既不能一味求大，也不能一味求小。

3 參數(shù)取值重點(diǎn)與評價(jià)過程優(yōu)化

根據(jù)前述分析，各參數(shù)間及各參數(shù)和預(yù)測資源量間的敏感性強(qiáng)弱有別，因此，可以有針對性地確定參數(shù)取值重點(diǎn)，制訂評價(jià)思路，優(yōu)化評價(jià)過程。

3.1 突出層系特征確定評價(jià)范圍

中國大陸長期處于全球動力學(xué)體系復(fù)合、交匯部位，形成了一系列多旋回疊合、多成藏組合、多期次聚烴的沉積盆地[10]。基于這種背景，平面上的構(gòu)造單元不足以限定成藏上的一致性和連續(xù)性，而以層系為單元兼顧勘探程度圈定具有同一成藏特征的“層評價(jià)區(qū)帶”，能更好滿足油藏規(guī)模序列法的應(yīng)用，后續(xù)也利于對相似區(qū)進(jìn)行類比評價(jià)。

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷構(gòu)造單元劃分依據(jù)晚海西期構(gòu)造格局[11]，但其成藏特征自下而上具有顯著差異：石炭系—下二疊統(tǒng)緊鄰烴源巖或處于源內(nèi)，勘探程度低，是盆地深層潛在的戰(zhàn)略接替領(lǐng)域；中上二疊統(tǒng)大型地層超覆尖滅帶、剝蝕尖滅帶形成地層型油氣成藏群，在“十三五”期間作為重要的勘探領(lǐng)域；以百口泉組為代表的三疊系，在扇控大面積成藏的勘探思路下，在“十二五”“十三五”期間取得了諸多發(fā)現(xiàn)；侏羅系等中淺層受河道砂體和斷層控制與深層表現(xiàn)出“接力成藏”特征，具備較好的效益勘探條件[12-13](圖3)。因此，具體實(shí)踐中，將成藏特征統(tǒng)一、勘探工作相對豐富的三疊系百口泉組作為一個(gè)獨(dú)立的“層評價(jià)區(qū)帶”，截至2019年年底，百口泉組探明石油區(qū)塊(具有統(tǒng)一油水界面和儲量計(jì)算參數(shù)，視作一個(gè)已發(fā)現(xiàn)油藏)15個(gè)，最大規(guī)模為2 856.27×104t，最小規(guī)模為231.01×104t，全部位于凹陷西側(cè)，因此，將工作范圍限定在“凹陷西區(qū)”。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖地區(qū)勘探成果與成藏模式Fig.3 The schematic diagram of exploration results and accumulation model in Mahu Area, Junggar Basin

3.2 突出資源預(yù)期確定Qmax截?cái)嗪蚎min截?cái)?/h3>

勘探常規(guī)圈閉時(shí)，油氣藏規(guī)模越大、越容易被發(fā)現(xiàn)，因此，常規(guī)圈閉勘探階段Qmax樣本基本都能在早期被發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而Qmax截?cái)嘁踩菀状_定。但隨著勘探目標(biāo)趨于非常規(guī)，“先大后小”的發(fā)現(xiàn)規(guī)律不再明顯，先發(fā)現(xiàn)的油氣藏不一定是Qmax樣本，因此，需要按照地質(zhì)認(rèn)識人為修正Qmax樣本進(jìn)而調(diào)整Qmax序列并約束Qmax截?cái)唷?/p>

對于Qmin截?cái)?，國外各大油公司以效益為?dǎo)向時(shí)常以最小經(jīng)濟(jì)規(guī)模作為Qmin截?cái)啵袊Y源評價(jià)工作更強(qiáng)調(diào)資源摸底、更突出發(fā)現(xiàn)可能，因此，對效益考量較少時(shí)可將評價(jià)區(qū)地質(zhì)條件下可能發(fā)現(xiàn)的最小規(guī)模作為Qmin截?cái)唷?/p>

百口泉組埋深為2 500～4 400 m，考慮地質(zhì)條件并類比盆地其他凹陷區(qū)同深度段油藏，認(rèn)為可能發(fā)現(xiàn)的最大油藏規(guī)模為3 014.23×104t、最小油藏規(guī)模為10.04×104t(圖4a)?？赡馨l(fā)現(xiàn)的最大油藏規(guī)模與Qmax樣本(2 856.27×104t)比較接近，故Qmax樣本無需修正，按最終確定的θ序列=41 °求取的Qmax序列實(shí)際等于Qmax樣本，因此，Qmax截?cái)喑^2 856.27×104t即可。雖然此例并未按照地質(zhì)認(rèn)識人為修正Qmax樣本，但回顧勘探進(jìn)程和資源評價(jià)經(jīng)歷，人為修正Qmax樣本十分重要，2016年“全國第四次油氣資源評價(jià)”時(shí)2 856.27×104t規(guī)模的油藏尚未證實(shí)(2018年上報(bào))，當(dāng)時(shí)最大油藏規(guī)模為2 270.00×104t，而通過地質(zhì)條件類比所得的最大油藏規(guī)模為3 000.00×104t，此時(shí)若不人為修正Qmax樣本，近3 000.00×104t資源量將不會被計(jì)入預(yù)測資源總量，導(dǎo)致總量減少約5%。

此外，在資源評價(jià)實(shí)踐中，若參考國外將最小經(jīng)濟(jì)規(guī)模作為Qmin截?cái)?，其受行業(yè)環(huán)境影響巨大，如2020年初，國際油價(jià)跌至950 元/t以下甚至負(fù)數(shù)，此時(shí)最小經(jīng)濟(jì)規(guī)模不復(fù)存在，顯然資源評價(jià)工作也無法順利進(jìn)行。同時(shí)，中國進(jìn)行過一些基于遠(yuǎn)期油價(jià)的最小經(jīng)濟(jì)規(guī)模測算，如郝銀全等測算大港油田陸上探區(qū)為50.00×104t[14]，王學(xué)軍測算墾東地區(qū)為30.00×104t[15]，周總瑛等分別測算潛江凹陷和塔河油田為20.00×104t[16]和65.00×104t[17]，類比以上實(shí)例綜合考慮凹陷西區(qū)百口泉組開發(fā)成本，最小經(jīng)濟(jì)規(guī)模在30.00×104t以上，但以30.00×104t作為Qmin截?cái)囝A(yù)測資源總量不足4.00×109t、資源探明率上升至50%，不符合凹陷西區(qū)百口泉組探明程度較低的地質(zhì)認(rèn)識?？梢娪傻刭|(zhì)條件確定的最小規(guī)模10.04×104t更具合理性[18-19]。

3.3 突出結(jié)果可信確定k序列

雖然θ序列(k序列)越小，預(yù)測資源量越大、預(yù)測油氣藏個(gè)數(shù)越多，但預(yù)測資源量和油氣藏個(gè)數(shù)過多也會偏離實(shí)際地質(zhì)條件。因此，應(yīng)在序列達(dá)到較好擬合性的基礎(chǔ)上，通過和已發(fā)現(xiàn)資源、成因法、類比法及其他統(tǒng)計(jì)法評價(jià)結(jié)果綜合對比，通過與相似地質(zhì)條件的區(qū)域相互類比，在預(yù)期可靠、結(jié)果可信的前提下確定較合理的θ序列(k序列)。

綜上所述，以瑪湖凹陷凹陷西區(qū)百口泉組已發(fā)現(xiàn)油藏為樣本(Qmax樣本=2 856.27×104t、Qmin樣本=231.01×104t，樣本個(gè)數(shù)為15)、取Qmax截?cái)酁? 000×104t、Qmin截?cái)酁?0×104t，按k序列=tanθ序列(θ序列按間隔1°依次為20、21、…、80 °)分別求取預(yù)測誤差、預(yù)測最大油藏規(guī)模(Qmax序列)、預(yù)測油藏個(gè)數(shù)、預(yù)測總資源量(圖4)，進(jìn)而分析結(jié)果可信度并確定可用的k序列。

由圖4可知：θ序列過大(大于61 °)時(shí)，預(yù)測油藏個(gè)數(shù)小于已發(fā)現(xiàn)油藏個(gè)數(shù)15，θ序列過小(小于31 °)時(shí)，預(yù)測油藏個(gè)數(shù)超過算力極限(大于2 000)，顯然，θ序列大于61 °或小于31°都不可信。因此，θ序列為32～60 °，進(jìn)一步綜合對比研究區(qū)4.00×109t的三級儲量、6.11×109t的容積法評價(jià)結(jié)果、5.76×109t的有利儲層預(yù)測法評價(jià)結(jié)果，認(rèn)為θ序列會在40～44 °(對應(yīng)預(yù)測資源量為6.40×109～3.67×109t)，再進(jìn)一步考慮研究區(qū)所處勘探階段、資源前景、并征求專家意見，認(rèn)為θ序列取41 °(預(yù)測資源量5.57×109t、預(yù)測油藏309個(gè))較為合理。

圖4 瑪湖凹陷“凹陷西區(qū)”百口泉組石油資源油藏規(guī)模序列法參數(shù)取值分析Fig.4 The analysis of parameter choice of reservoir scale sequence method for petroleumresources in Baikouquan Formation, the “West Area”, Mahu Sag

3.4 預(yù)測資源量合理性分析

與2016年完成的“全國第四次油氣資源評價(jià)”結(jié)果相比，研究區(qū)此次預(yù)測資源量減少0.19×109t、資源探明率增加1.5倍。綜合來看，評價(jià)結(jié)果的變化與地質(zhì)認(rèn)識、工程工藝的發(fā)展相匹配，一方面自2012年瑪131、瑪18井區(qū)相繼突破，對于凹陷西區(qū)百口泉組的地質(zhì)認(rèn)識比較完善，因此，預(yù)測資源量未發(fā)生較大變化，僅隨著評價(jià)方法的充實(shí)而更加細(xì)致；另一方面由于制約該區(qū)資源發(fā)現(xiàn)的主要原因在于儲層致密、采出難度大，隨著近些年“水平井細(xì)分切割體積壓裂”等工程工藝的進(jìn)步，潛在資源被快速探明并動用，因此資源探明率有了顯著提升，并且巨大的勘探潛力也再次得到證實(shí)。因此，此次資源評價(jià)結(jié)果合理，預(yù)測資源量具有較高可信度。

4 結(jié) 論

(1) 油藏規(guī)模序列法預(yù)測過程中涉及k樣本、Qmax樣本、Qmin樣本、k序列、Qmax序列、Qmin序列、Qmax截?cái)嗪蚎min截?cái)嗟榷鄠€(gè)參數(shù)，不同參數(shù)的來源、性質(zhì)有所差異；k樣本、Qmax樣本、Qmin樣本為定值，由已發(fā)現(xiàn)油氣藏決定；Qmax序列和Qmin序列為變量，在同一組油氣藏下隨k序列改變；Qmax截?cái)嗪蚎min截?cái)嘁矠槎ㄖ?，其?jīng)過對已發(fā)現(xiàn)油氣藏和評價(jià)區(qū)地質(zhì)條件的綜合分析后人為指定。

(2) 油藏規(guī)模序列法的預(yù)測結(jié)果具有多解性，k序列、Qmax截?cái)嗪蚎min截?cái)嘀苯佑绊戭A(yù)測結(jié)果；Qmax截?cái)嗳max樣本和Qmax序列中較大值，對預(yù)測資源量影響較?。籕min截?cái)鄬︻A(yù)測資源量影響較大，預(yù)測資源量隨Qmin截?cái)嗟臏p小而增大，值越小對預(yù)測資源量影響越大；k序列對預(yù)測資源量影響突出，預(yù)測資源量隨k序列的減小而增大，值越小對預(yù)測資源量影響越大，預(yù)測資源量隨k序列的增大而失真，值越大失真越多。

(3) 為了使油氣資源預(yù)測更加合理，應(yīng)在評價(jià)過程中把握突出層系特征確定評價(jià)范圍、突出資源預(yù)期確定Qmax截?cái)嗪蚎min截?cái)嘀?、突出結(jié)果可信確定k序列等關(guān)鍵內(nèi)容；對于低勘探程度區(qū)，油藏規(guī)模序列法是一種簡便易行的統(tǒng)計(jì)學(xué)資源評價(jià)方法，在資源評價(jià)工作中能夠有效充實(shí)評價(jià)方法系列并益于提高最終評價(jià)結(jié)果的可信度。