油气资源评价关键参数研究进展

张延东 罗小平 刘守川 鲜志尧

（成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610059）

油气资源评价关键参数研究进展

张延东 罗小平 刘守川 鲜志尧

（成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都 610059）

以成因法为主进行油气资源评价的过程中，一些关键参数选取具有不确定性，如生烃中的烃产率模拟、排烃中的排烃系数计算和油气聚集过程中聚集系数的选取等。随着实验设备水平的提高，烃产率实验模拟结果愈加可靠，应该采用生烃潜力法或压实排烃理论研究排烃系数。选取聚集系数则采用回归分析法，建立运聚系数与地质参数之间的统计关系，并通过层次分析法建立油气运聚单元定量评价结构模型。

资源评价；成因法；烃产率；排烃系数；聚集系数

1 油气资源评价关键参数

在我国开展的三次全国范围内的资源量评价过程中，所采用的评价方法以成因法为主，类比法、统计法为辅［1］。以盆地模拟法为代表的成因法遵循的是物质守恒原理，根据成因条件研究油气的生成→运移→聚集成藏这一复杂的油气发生过程，以此预测资源量。但在实际评价过程中存在以下问题：在当前模拟环境下，源岩中有机母质在地质历史条件下生成的油气预测值难以接近实际值，烃产率模拟结果有待提高；在烃类的排出和运聚过程中，对排烃系数和聚集系数（或称排聚系数）的选取难以定量研究，这已成为资源量评价过程中的关键性难题。图1给出了应用成因法估算资源量的各关键参数。

图1 成因评价法中的关键参数

2 成因评价法中关键参数的研究

2.1 生烃过程中关键参数的研究

在以成因法为主的含油气盆地烃源岩生烃量的计算时，主要基于干酪根热降解晚期生油理论，其计算方法有氯仿沥青“A”法、有机碳法、干酪根热降解法和盆地模拟法。这些方法计算生烃量时都要涉及到烃产率的选取，不同类型干酪根在不同的演化阶段处于不同的温度、压力等地质历史条件，有着不同的烃产率，通过模拟实验方法可以进行研究。目前较常用的模拟实验方法包括体积流热解法、热解气相色谱（质谱）法和密闭容器热解法。模拟系统根据实验体系封闭程度又可分为开放体系模拟系统、半开放体系模拟系统和封闭体系模拟系统［2-6］。

上述生烃模拟实验方法的作用和使用范围各有不同。对于实验模拟结果的可靠性，半开放体系模拟系统较其他几种实验系统有很大进步。它可以真实地模拟源岩在边生边排的半开放体系下的生烃活动，有效控制模拟体系开放度，并考虑到生油母质在地下环境中上覆岩石压力和静水压力的双重作用。中国石油化工股份有限公司无锡石油地质研究所研制了一套半开放体系的模拟实验系统就可以满足这种要求。为满足实验研究目的需要，在研究生油母质类型及烃类族组分时，需要选用开放体系下热解气相色谱（质谱）法对热解产物的成分进行分析。具体操作是，将生油岩或干酪根放在惰性的气体流中加热，再将所生成的产物送到气相色谱（质谱）仪中做成分鉴定，然后可依据产物中烷烃、芳烃、烯烃及杂原子化合物等的相对组分对生油气母质类型及族组分进行分析。目前最好的设备是热解－气相色谱－同位素质谱联用仪，它可以对气体的地球化学特征进行在线分析。若需研究温度、压力等因素对生烃的影响或完全模拟生油母质的最大生烃量时，就需要选用封闭模拟体系。在石英管封闭体系下，样品模拟温度可以加热到很高（甚至高达1 000℃），能完全模拟有机源岩的最大生气量。黄金管模拟实验体系可以通过高压泵利用水对釜体内部施加压力，以此研究压力对生烃的影响，且可以任意选择模拟升温速率。目前，中国石油勘探开发研究院油气地球化学重点实验室开发了一套分体式黄金管模拟实验系统，该系统的每个反应釜体具有单独加热和控制系统，可以对不同的釜体进行升温方式和温度的控制，使样品在任一温度点具有充足的反应时间。

2.2 排烃过程中关键参数的研究

烃源岩排烃特征的研究是资源评价中的一个重要环节。当前排烃系数的计算方法主要为有机质热压模拟实验法、有机质地化参数为基础的盆地模拟法和有机地球化学分析法等［7-9］。这三种方法各有特点：盆地模拟法依据源岩的排烃特征，在地质模型基础上，通过数学模型计算排烃系数；热压模拟实验法通过实验模拟源岩的生烃热演化模式时的产油气量和排出油气量来研究排烃系数；有机地球化学分析方法（又称生烃潜力法）是以实际源岩的自然演化剖面残余烃量的系统地球化学分析数据来估算排烃系数。

生烃潜力法是从排烃门限概念发展而来的源岩排烃特征研究方法(图2），该方法是依据物质守恒原理，通过研究源岩生烃潜力指数在沉积剖面上的变化规律来研究源岩的排烃特征［10-13］。该方法主要基于以下几点：烃源岩在没有油气排出时的生烃潜力指数为原始生烃潜力指数；因油气的排出而使源岩生烃潜力指数减小，此时对应的生烃潜力指数为剩余生烃潜力指数；源岩生烃潜力指数在自然演化剖面上刚开始变小时对应的埋深条件为源岩的排烃门限；源岩原始生烃潜力指数与某深度处剩余生烃潜力指数之间的差值为该深度处源岩的排烃率。

图2 生烃潜力法研究烃源岩排烃特征概念模型

生烃潜力法计算排烃特征是一种行之有效的方法。通过建立研究区烃源岩层生烃潜力指数剖面，确定排烃门限并计算不同深度源岩的排烃率，最后结合有效源岩厚度、密度及有机碳含量，根据计算公式就可得出排烃强度。但在具体应用时，一方面要考虑源岩的非均质对生烃潜力指数取值的影响，要求取演化剖面上不同深度点的生烃潜力指数平均值，以此减少源岩非均质性所带来的误差；另一方面对剥蚀源岩区生烃潜力指数剖面的建立、排烃率的计算及有效源岩厚度的统计时，要先进行源岩的深度归位，即源岩区地层隆升遭剥蚀后又沉降到先前还未隆升的位置，各参数的选取是以该地层还未隆升前所经历的最大埋深深度层位。

压实排烃理论也是一种研究排烃问题的方法。它是根据烃源岩达到排烃门限后开始排烃，因烃类的排出而被压实而导致孔隙度降低，通过烃源岩有机质演化与孔隙度演化关系曲线，得到现今埋藏的孔隙度值，然后用烃源岩Ro等于0.5%时的孔隙度值（此时的孔隙空间为最大可容纳空间，也是最大生烃量）减去现今埋藏的孔隙度值，所得出的孔隙度差值所能容纳的空间，就是烃源岩最大的排烃量（图3）。按照这种理论方法，烃源岩排烃量的计算公式为：

式中：Q—烃源岩排烃量；

H—烃源岩厚度；

S—烃源岩面积；

r—烃源岩密度；

B—烃源岩氯仿沥青“A”的含量；

Kn—沥青转化系数，一般采用15%～20%；

Kc—有机碳转化系数，一般采用1%～1.2% ；

ф—烃源岩Ro等于0.5%时孔隙度与现今烃源岩埋深孔隙度之差。

上述方法计算的排烃量只是一种理论上的最大值，它是以源岩的最大生烃潜力和Ro等于0.5%时储层的最大孔隙空间为基础进行研究。 这种新的理论方法可以使复杂的排烃计算问题简单化，避开了对一些排烃中的不确定参数如排烃量、残留烃和排烃门限的研究。

图3 烃源岩生油量与排出量理论模式图

2.3 聚烃过程中关键参数的研究

石油聚集系数指某个地质单元内石油地质资源量与生油量的比值，它是用成因法对资源量评价的一个重要参数。目前较常用的方法有地质类比法、油藏规模序列法和模糊综合评价方法等。由于油气从源岩排出到运移聚集成藏的过程中，影响其取值的地质因素复杂多样，很难用一个有效的数学模型进行定量评价。这几种预测油气聚集系数的方法本身都有一定的局限性，一般要根据研究区的实际情况采取合适的预测方法。

对聚集系数预测，应全面分析油气系统中各成藏体系（运聚单元）的地质特征，建立各运聚单元油气运集系数与主要地质因素（如烃源岩条件、储集层条件、圈闭条件、保存条件和配套条件）间的统计模型，以此来预测运聚单元油气的运聚系数。柳广弟于2003年对松辽、渤海湾、鄂尔多斯、塔里木等盆地21个运聚单元运聚系数的研究，采用回归分析法建立运聚系数与地质因素间的统计关系［15］。左胜杰、庞雄奇等人利用此方法对济阳坳陷运聚效率进行研究［16］。对地质条件的评价，影响因素众多，各因素权重评价很难确定，成藏体系是有不同功能的子系统（生排烃子系统、储集子系统、运聚子系统和保存子系统）组成，而每个子系统又有不同的要素组成。在对成藏体系进行定量评价时，应分别建立层次结构模型中的各要素对其子系统的自身评价标准，对各参数的特征进行赋值,再结合生烃潜力法和油藏规模序列法,对聚集系数进行定量预测。祝厚勤、庞雄奇等人利用层次分析法建立油气运聚单元定量评价结构模型，对油气成藏体系进行定量评价［17］。

不论采用何种方法，其最终目是对油气聚集系数的取值达到客观与准确，这要求对研究区进行深入的研究，在弄清地质特征的基础上，准确划分油气运聚单元，并研究各运聚单元和主要地质因素之间的相关性，综合分析，建立运聚单元石油运聚系数与主要地质因素之间的统计模型，以此降低运聚单元石油运聚系数取值的主观性。

3 结 论

根据不同的研究目的，采用合理的模拟方法进行烃产率研究，对实验体系结构的不断提高，并考虑温度、压力等因素对实验的影响，是实验结果正确与否的关键。基于排烃门限引入的生烃潜力法对排烃系数的研究，是通过源岩生烃潜力指数在沉积剖面上的变化规律来研究源岩的排烃特征。压实排烃理论从源岩在不同时期的孔隙度变化差异来解决源岩的排烃问题，以此避免对排烃中不确定参数的研究。影响聚集系数选取的因素庞杂，重点是要正确认识影响油气运聚的各种地质因素，采用回归分析法建立运聚系数与各地质因素间的统计模型或正确划分运聚单元对油气成藏体系进行定量评价。

[1]周总瑛，唐跃刚.我国油气资源评价现状与存在问题[J].新疆石油地质，2004，25(5)：554-555.

[2]王义凤，王东良，李志生，等.“MSSV”油气生成模拟实验技术[J].现代科学仪器，2009，25（4）：115-117.

[3]肖芝华，胡国艺，李志生.从烃源岩热模拟实验讨论其生烃特征[J].天然气地球科学，2008,19（4）：54-546.

[4]高岗.油气生成模拟方法及其石油地质意义[J].天然气地球科学，2000,11（2）：25-29.

[5]米敬奎，张水昌，王晓梅.不同类型生烃模拟试验方法对比与关键技术[J].石油实验地质，2009，31（4）：410-411.

[6]王治朝，米敬奎，李贤庆，等.生烃模拟实验方法现状与存在问题[J].天然气地球科学，2009，20(4):592-595.

[7]陈义才，李延钧，廖前进，等.烃源岩排烃系数的一元二次方程及其应用[J].地质科学情报，2009，28(3):86-87.

[8]WelteD H,YuklerM A.Petroleum Originand Accumulation in Basin Evolution:A Quantitative Model[J].AAPG Bulletin,1981,65(8):1387-1396.

[9]Nakanama K.Hydrocarbon-explosion Model Its Application to Niigata Area,Japan[J].AAPG Bulletin,1987,71(6):810-821.

[10]邬光辉，吉云刚，赵仁德，等.一种生、排烃量的计算方法探讨与应用[J].石油勘探与开发，2007,18(1)：41-42.

[11]付秀丽，庞雄奇，张顺.烃源岩排烃方法研究新进展[J].断块油气田，2006，13（6）：7-12.

[12]马中振，庞雄奇，孙俊科，等.生烃潜力法在排烃研究中应注意的几个问题[J].西南石油大学学报（自然科学版），2009，31(1):14-17.

[13]周杰，庞雄奇.一种生排烃计算方法探讨与应用[J].石油勘探与开发，2002，29（1）：24-25.

[14]关德范，王国力，张金功，等.成盆成烃成藏理论思维—从盆地到油气藏[M].北京：石油工业出版社，2004:75-80.

[15]柳广弟，赵文智，胡素云，等.油气运聚单元石油运聚系数的预测模型[J].石油勘探与开发，2003，30（5）：53-55.

[16]左胜杰，贾瑞忠，庞雄奇,等.济阳坳陷石油运聚效率定量预测方法及应用[J].西安石油大学学报（自然科学版），2005，20（4）：17-20.

[17]祝厚勤，庞雄奇，姜振学，等.油气聚集系数的研究方法及应用[J].地质科学（中国地质大学学报），2007，32（2）：260-265.

Research and Development of Key Parameters of the Oil and Gas Evaluation

ZHANG Yan-dong LUO Xiao-ping LIU Shou-chuan XIAN Zhi-yao
（State Key Laboratory of Oil and Gas Reservior Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology,Chengdu 610059）

In selecting key parameters,the main genetic method of the oil and gas resource evaluation has some uncertainty,for example,hydrocarbon production rate in the simulation of hydrocarbon,calculation of expulsion rate in the hydrocarbon emission and selection of clustering coefficient in the process of hydrocarbon accumulation.With the improvement of laboratory equipment,simulation results of hydrocarbons rate is more reliable.The hydro-carbon accumulation system is evaluated quantitatively by the quantitative evaluation model based on the analytical hierarchy process.

resourceevaluation；geneticmethod；hydrocarbonyield；hydrocarbonexpulsioncoefficient；hydrocarbon accumulation coefficient

TE155

A

1673-1980（2011）06-0081-04

2011-06-01

张延东（1985-），男，甘肃武威人，成都理工大学能源学院在读硕士研究生，研究方向为石油地质。