油气资源评价一体化技术及软件实现的探讨

盛秀杰，金之钧，郭勤涛

1）中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京，100083；

2）胜利油田东胜石油开发有限公司，山东东营，257000

内容提要：油气资源评价一体化技术的研究和软件实现在国内外有所进展，但不同机构和学者对油气资源一体化评价的定位与内涵理解存在差异。本文作者结合一体化油气资源评价软件（PetroV）的实际设计与开发经验，阐述了对资源管理一体化、评价过程一体化以及软件实现一体化内涵的理解、定位及关键技术。资源管理一体化源于对常规、非常规海量成藏信息的集成，落脚于基于不同评价对象与目标层次的石油资源有效管理，通过界定不同投资价值属性的勘探目标系列，实现对上游的油气资源评价、勘探规划与市场决策的全方位支持，真正体现对油气资源的投资价值管理能力；评价过程一体化以全周期的资源量估算和储量评估为主线，支持从盆地到区带、到圈闭、到油藏，甚至单井的不同尺度资源评价对象构建、统一高效存储与评价活动的衔接，进而实现可持续、可调整、可回溯的油气资源一体化、动态评价过程；软件实现的一体化定位于数据集成、软件集成的最新信息科学技术发展，支持复杂分布式网络环境下的领域基础中间件的设计与开发，利用统一数据模型（ST-based KIDA）量化、串接、组织当下不同尺度资评对象的评价过程，真正意义上实现能够融合盆地、区带、圈闭甚至开发阶段的主流资源（储量）全周期、可动态调整的油气资源评价过程。本文作者相信，经过多年的面向油气勘探开发行业的软件与数据一体化技术研究、多轮次油气资源评价经验积累以及最新信息科学技术的发展，系统地开展油气资源一体化评价技术的研究和应用的条件已经具备。

油气资源评价是油气勘探开发与决策规划之间联系的纽带和桥梁，其针对不同油气资源勘探阶段和不同勘探对象，通过采用不同方法完成勘探目标预测、各类（或各级）资源量（或储量）估算等评价任务，为勘探开发整体部署、计划安排、工作量测算以及勘探开发效益分析提供科学的基础（国土资源部油气战略研究中心❶；郭秋麟和米石云，2004；武守城，1994）。例如，针对盆地的油气资源评价，主要是采用盆地分析方法，优选出具有含油气远景的盆地；通过盆地模拟方法，进一步优选出有利的含油气区带，为开展圈闭评价做好准备。针对区带的油气资源评价，主要是通过地质风险分析来初步确定区带资源的有无；利用概率推理方法进行资源量估算与油藏结构分析；通过分析勘探成本、开发成本和操作费用，确定产量模型，研究经济风险（油价和通货膨胀的变化）等，计算净现金流、投资回收期、内部收益率等关键投资指标，具体指导于预探井的部署。针对圈闭的油气资源评价，主要通过确定性和非确定性体积法来计算资源量（或储量）；通过对系列圈闭进行排队优选，确定钻探重点目标和预备目标，评价已发现或已落实圈闭的含油气性、储量规模和经济效益，提出进一步钻探建议。可见，传统油气资源评价主要是分别围绕不同勘探对象的资源赋存条件、资源有无、资源数量以及资源空间分布等展开相关评价工作，并不重视不同评价对象间的评价活动与评价结果的衔接；同时，传统油气资源评价忽视与不同矿权空间范围内具体勘探目标的衔接，而反映勘探目标价值或勘探项目未来收益能力的综合评价（地质、工程、经济评价等），对勘探决策才真正具有指导意义。因此，为了进一步提高勘探决策水平和勘探效率，实现高效勘探评价和资源动态管理，国内外石油公司提出了油气资源评价应从资源分析与目标一体化评价的角度进行（刘振武和方朝亮，2004；潘继平和李志，2007）：强调建立共享数据平台和规范评价流程，实现区域资源潜力评价与勘探目标评价的紧密结合，以及油气资源与勘探目标的空间匹配，确保从资源分析到目标评价的一体化，从而提高钻探目标部署的成功率，缩短部署时间。

当下，多数勘探地区存在着成藏过程复杂、油气不确定性大等难题，迫切需要突破、拓宽常规油气资源评价技术与思路，实现整体、动态、系统地进行油气资源梳理与评价的需求（鲁卡.考森诺，2003；金之钧和张金川，2002；李大伟，2005）。近10年来，国外石油公司充分利用信息科学相关技术，在充分集成其多年积累的勘探资料与成果数据的基础上，应用了资源与目标一体化评价技术，实现了快速、高效的勘探油气资源评价，大大提高了勘探决策水平和勘探效率，促进了高效勘探和资源动态管理。例如，Exxon-Mobil的快速资源一体化评价核心技术，利用一体化资源评价软件平台，可快速集成最新的高分辨率地震资料和钻井、测井资料，及时更新最新的地质研究成果，能够在几天到几周之内完成针对最新地质资料的油气资源评价，真正实现快速、高效评价的目的。相对而言，油气资源一体化评价技术的研究和软件实现在国内起步晚，不同机构和学者对油气资源一体化评价的定位与内涵理解也有所差异。本文基于此背景，结合油气资源一体化评价软件（PetroV）的实际开发经验，阐述了对油气资源一体化评价的理解、定位、评价流程以及涉及的部分关键技术。

1 一体化内涵

油气勘探阶段与资源评价技术之间具有较为复杂的叠合关系。从广泛到具体，由粗略到精细，工作投入越来越具体，评价结果可信度随着评价目标的缩小和工作量投入的增加而逐步提高。因此，油气资源一体化评价的落脚点就在于油气资源评价的及时性、针对性和评价结论的螺旋上升性，为指导油气勘探实践提供有效依据，其也是油气藏发现的重要方法和手段（金之钧和张金川，1999）。本文总结、提出并正在PetroV软件开发中实践的资源管理一体化、评价过程一体化以及软件实现一体化等相关技术，是兼顾不同尺度资评对象、市场与技术、资源评价与目标评价、资源估算与储量评估于一体的动态、全周期评价技术，能够对石油勘探开发工作与成果进行及时总结和归纳，并在专业技术研究和系统决策规划之间起到有效的枢纽沟通作用，服务于整体可行性研究、勘探开发方案合理规划以及策略制订（图1）。

1.1 资源管理一体化

图1 PetroV油气资源一体化评价技术内涵示意Fig.1 Integrated and dynamic evaluation flow of resource assessment（PetroV）

可理解为评价对象与勘探（评价）目标一体化，实现对象油气资源的多层次的分类、分级管理，挖掘石油资源的最大投资价值所在。在有效梳理上游各个盆地的既有、新发现的成藏信息基础上，构建基础石油地质数据框架，及时、充分衔接当前最新石油地质分析活动与成果；进而基于不同勘探程度的地质认知，定义不同层次、不同尺度的评价对象与勘探目标，形成涵盖基础地质数据（作为评价依据），到不同尺度资源评价对象（衔接不同评价活动），到不同勘探目标系列（作为评价结果）的一体化数据存储机制，提供基于不同勘探阶段、适应不同投资环境的全方位、高效石油资源管理能力：通过海量存储、高效索引、数据挖掘等信息科学技术发现不同评价对象（盆地、区带、圈闭等）的横向、纵向内在联系，为新的地质认识和合理开发策略的制定提供最有价值的“经验”共享；更为关键的是，定位于海量成藏信息的石油资源管理，通过界定不同勘探目标，可实现全周期、可持续、可动态调整的多尺度油气资源动态评价过程，最终为上游市场决策提供全方位、有价值的参考。

1.1.1 无缝集成外部数据（源）

在解译当前石油地质分析相关研究活动中涉及的主流专业软件（平台）与输出内容的基础上（表1），支持通用地质图件、数据表的数据格式转换，甚至数据库层面的直接数据桥接。通过无缝集成外部数据（源），形成基于不断更新的地质认识或研究成果进行动态石油资源管理的能力，并进一步为各级资源评价目标的动态评价提供及时数据服务支持。显然，最新的地质认识对后续评价方法的选取、关键参数的确定，以及资源评价结果的准确性与可靠性有着重要影响。此外，及时更新基础地质数据的能力也使得油气资源评价不再是“阶段性”任务，而变为“常态性”工作，更能够满足日益激烈的上游战略投资需求。

1.1.2 构建石油地质数据框架

通过编译（加载、清洗、规则化）当前石油地质分析过程中不同数据形态（矢量、栅格、文本等）的主流石油地质分析成果，按区域背景类、沉积类、构造类、成藏类、勘探工程类等专业主题组织基础数据，以地理信息系统技术（Geographic Information System，GIS）的空间图形表征规范与图层数据组织模式进行内容呈现，最大程度地无缝衔接当前石油地质分析过程和体现研究区域的综合成藏信息，为后续的各种资源评价的技术手段提供全方位的基础数据环境。

表1 PetroV石油地质数据框架原型Table 1 The framework prototype of petroleum geological data

1.1.3 刻画不同尺度的评价对象或目标

在基础资料处理（集成外部数据）和专题地质分析（构建数据框架）基础上，以不同尺度的油气资源评价对象和系列勘探目标进行地质综合评价和经济决策评价是油气资源一体化评价的关键。地质综合评价的评价对象主要是遵循传统石油地质分析理论、成藏体系理论或含油气系统理论等不同石油地质分析方法，依据不同勘探程度的构造类、沉积类、成藏类等基础地质数据，界定评价对象空间范围，用适合的空间图形表征盆地、区带（成藏体系）、圈闭、油藏等不同尺度的资源评价对象；此外，PetroV在基于传统资评对象（盆地、区带、圈闭、油藏）的分类管理基础上，统筹考虑同一尺度、甚至不同尺度的不同资评对象的组合作为勘探评价目标：可以跨越多个河道体、多套地层、多个断块、多套油水界面等，因地制宜地实现对油气资源的经济决策分析与不同投资勘探方案的制定。显然，通过建立系列具有不同投资价值、适用于不同投资情况的勘探目标，是揭示不同尺度资源评价对象的最大化商业投资机会、规避投资风险的有效石油资源管理手段。

1.2 评价过程一体化

定位不同勘探阶段或投资阶段，通过滚动评价、增量实现不同评价目标对应的风险模型（回答油气资源有无）、资源模型（估算资源量以及回答在哪里）以及经济模型（分析投资可行性以及获取效益最大化），实现从盆地资源量推测，到区带资源量估算，到圈闭资源量计算，到油藏储量计算，直至单井储量评估的一体化全周期油气资源量追溯体系，进而实现评价过程可交互、评价流程可再现、评价依据可追溯、评价结果可对比、钻后结果可校对的一体化动态资源评价过程，支持不同评价模型评价结果的动态调整，以及不同模型评价结果间的无缝衔接（图2）。

1.2.1 风险模型

图2 PetroV一体化全周期资源量追溯体系Fig.2 Integrated tracing mechanism of resource in full cycle way

也称地质、工程、经济风险分析方法体系。建立适应于不同勘探、投资阶段、不同评价目标的地质、工程、经济评价参数体系，基于多种概率数学模型和系列信息可视化技术手段，通过风险分析和不确定性评价技术方法，逐级量化、回答油气资源有无，识别勘探投资与部署风险，体现油气资源评价结果的不确定性，辅助决策人员进行合理决策（White D A，1993；Peter R.Rose，2002；Rose P R，1992；金之钧，2003；）。风险分析方法体系引用的数学模型主要包括基于独立事件概率分布模型的定量地质风险分析和不确定性评价，基于经典条件概率模型的定量综合地质风险分析，以及基于复杂条件概率模型的动态成藏过程评价等（表2）。

其中，风险分析主要是基于不同评价因子的“最好”（或“最坏”）情况的直接主观推测，通过不同概率数学模型获取单一风险评价量化结果；而不确定性评价是基于评价因子多种可能性的定量描述，通过蒙氏模拟来获取符合某种概率分布的地质风险量化评价结果。PetroV从提高地质风险概率法的不确定性表达入手，围绕如何在评价过程中更好地融合、体现专家经验以及客观表达地下地质复杂情况，基于自信度转换、模糊逻辑、蒙特卡洛模拟等相关数学模型，分层次刻画了从主观推测到客观预测过程中的地质评价的不确定性（图3）。

1.2.2 资源模型

也称资源量（储量）计算方法体系。要进行油气勘探目标的油气资源量不同级别、类别的估算，油气资源一体化评价需要借助概率和数理统计、信息技术等其他学科最新技术发展，形成适用于不同地质建模场景下的数学计算模型（Lee.，2008；Houghton et al.，1993；关德范，2005）。例如，通过对盆地构造、地层、流体等方面的研究，识别盆地构造运动、流体运移等主体发展规律，将上述规律上升到最简化的理性认识，形成盆地系列地质模型（张必龙等，2009；付晓飞、李文龙等，2011）；在此基础上，通过描述地质过程中各参数变化的定量关系，形成从定性研究到定量研究过程的系列数学模型，进而推算盆地的远景资源量。PetroV在梳理现有资源评价计算方法的原理、流程、参数求取基础上，重点分析了各种资源评价方法的适用范围、计算参数敏感性和评价结果可靠性的分析，同时引入系列蒙特卡罗模拟方法，加强对资源计算结果的不确定性表达。该模型就是以1.1节中的石油地质数据框架为基础，构建系列评价对象的地质概念模型，从成因、类比、统计（赵文智，2005）以及空间分析的角度，将特定地质概念模型转换为适用的数学模型，围绕资源量估算（或储量计算）、油藏结构分析和目标空间分布，实现从远景资源量到地质储量，甚至单井储量的计算过程（表3）。

图3 PetroV的分层次不确定性评价过程Fig.3 Full scale uncertainty evaluation of PetroV

不同资源量计算方法应用时的基本特点是具有实践性、风险性和综合性。PetroV在明确系列资源评价计算方法基础上，界定了每个资源评价方法的应用范围和基础、关键参数、依赖的输入和主要输出；进而利用系列信息可视化技术和数学手段去分析不同地质情况下的计算参数敏感性以及计算结果可靠性分析；最后，针对不同评价对象的资源计算，实现对多种评价方法的优选、对比、汇总，在此基础上实现不同阶段、不同尺度评价对象预测结果间的衔接，以及通过不同计算方法间协作预测，提高预测结果的可靠性与合理性。图4以胜利油田惠民中央背斜区带的107个已发现油藏作为样本数据，演示了PetroV如何通过最大似然求解分别求解地质帕莱托概率分布模型和对数正态概率分布模型的分布参数，进而利用Q—Q交汇可视化技术和典型显著性检验数学手段，选定该区带合适的油藏规模概率分布模型（金之钧，1995）。可见，图4a的线性关系揭示了地质帕莱托概率分布模型应该更适合描述东部断块区带的油气藏规模分布。

表2 PetroV一体化（地质、工程、经济）风险模型Table 2 Integrated risk model of PetroV

1.2.3 经济模型

也称经济评价方法体系。常规、非常规油气勘探开发项目具有周期长、投资大、高风险的特点，其投资价值受市场因素、技术因素、工程因素、管理因素等共同影响。同时，油气勘探投资项目的运作又是一个动态的过程，随着新信息的出现，勘探开发策略和方案也会随之调整。PetroV的经济模型是以系列勘探目标的界定为基础，以确定性和不确定性两种形式衔接不同评价阶段风险模型获取的地质、工程风险评价结果和汇总后的资源量（储量）；强调如何有效规避市场不确定性和技术不确定性带来的风险，能够给出合理的投资勘探（参与投标、竞标）的决策方案；决策投资勘探后，通过探井钻后评估建立钻后反馈机制，动态、及时调整相关经济评价指标。经济评价内容主要包括净现金流分析和实物期权分析两大类（表4）。

表3 PetroV一体化（盆地、区带、圈闭、油气藏）资源模型Table 3 Integrated resource model of PetroV

图4 （a）地质帕莱托概率分布模型的Q—Q图；（b）对数正态概率分布模型的Q—Q图Fig.4（a）Q—Q plot of samples subject to geological pareto distribution；（b）Q—Q plot of samples subject to lognormal distribution

尽管净现金流分析可以通过不确定性表达勘探、开发、生产基本参数，进而基于蒙特卡洛模拟在一定程度上反映项目经济评价方面的不确定性，但该系列方法无法反映项目运行的动态变化特征，也严重忽略了由管理灵活性创造的经济价值，往往系统地低估了项目的投资价值。相比较的是，实物期权理论突出了管理灵活性、过程学习和动态决策对项目价值的贡献，因而能够给出更为科学和完整的评价；PetroV的实物期权分析考虑了在项目运行过程中由管理灵活性创造的价值，基于决策树和二叉树的整合法，将涉及的不确定性分为技术不确定性和市场不确定性并区别对待，因此能够对项目进行更为全面的评价。

1.3 软件实现一体化

PetroV软件的一体化实现定位于信息科学技术的最新技术发展（Schmidt et al.，2003）。从结构化分析到面向对象分析，从基本的面向对象设计（抽象、封装、继承、多态）到不同层次的面向模式设计（对象间关系、网络编程、数据库编程等），从关系数据建模到面向对象数据建模，从传统关系数据管理到空间数据管理等，引进了最新软件开发思路以及技术路线。即，借助面向服务体系架构（Service-Oriented Architecture，SOA）和通用软件框架（Application Framework）等代表的最新软件架构理念、不同层次设计模式（Design Pattern）代表的设计理念、面向对象和ST-based KIDA（Spatial and Timebased Knowledge、Information、Data and Activity）模型驱动的领域实体建模理念等，实现在复杂分布式网络环境下油气资源一体化评价的设计与开发，以适当的形式能够量化、串接、组织起当下不同尺度资评对象的评价过程，真正意义上实现盆地、区带、圈闭甚至开发阶段的主流资源（储量）全周期、可动态调整的油气资源评价过程。

表4 PetroV一体化（净现金、实物期权）经济模型Table 4 Integrated economic model of PetroV

2 一体化评价流程与关键技术

当下，系列资源评价软件并不强调如何有效衔接当前石油地质分析主要活动以及成果，多数情况是基于样本数据直接进入地质风险分析与油气资源规模预测，尤其在缺少面向不同勘探阶段和不同尺度资评对象的一体化资源评价流程的情况下，使得资评活动应用面较窄且阶段性应用的特点突出。在提炼、规范了油气资源一体化评价的流程基础上，PetroV初步识别了油气资源一体化评价的关键需求点，提出了基于ST-based KIDA数据建模思路实现对石油地质数据框架（集成外部数据）、不同尺度资评对象和勘探目标的分类、分级无缝数据集成；基于领域中间件的设计思路，将不同尺度资评对象的典型资评活动作为后台服务，基于软总线构建一体化软件协作平台。

2.1 评价流程

PetroV的业务流程（图5）关键节点主要包括：如何定义、构建石油地质数据框架来迎合、刻画不同层次、不同方法体系的资源评价目标体系；面向不同资评对象的地质风险评估，需要给出具有实用价值的指标评价体系，并规范评估流程与打分规则；针对不同勘探开发阶段，构建自适应计算方法体系并规范计算方法应用流程；适应于不同决策需求，构建并可动态调整的经济评估模型，以及资评报告模板的规范化定义。该流程的特点主要包括：完整的、可裁剪的、具有企业级标准性质的面向不同尺度资评对象的资源评价流程；基于成藏体系理论指导下设计的地质风险评估指标评价体系与规范化评价流程；迎合不同地质情况、迎合不同资源模型的统计方法体系定义与应用流程；因地制宜、体现风险、资源、经济模型的系列资评报告模板。

2.2 基于ST-based KIDA数据模型的数据集成

图5 PetroV一体化资源评价业务流程Fig.5 Integrated assessment flow of resource evaluation（PetroV）

油气资源一体化评价涉及的不同资评对象往往有着相同的基础地质概念和基础资料定义，如地震数据，测井曲线数据，构造类、成藏类数据等；同时，不同资评对象的研究也有着相类似的研究过程。即，从基础资料入手，获取有用的数据信息，经过系列资评活动最后变成被验证的知识或成果，符合典型的从数据到信息，从信息到知识的 KIDA（Knowledge，Information，Data，Activity）驱动模型。此外，除了需要体现一致的数据模型表达与持久化外，需要重点突出领域实体的空间属性和时间属性（Spatial and Temporal-based），使得在领域实体的统一空间表达、空间管理、空间分析和空间计算及显示等方面有了基于空间和时间（典型地质事件点）的集成与分析手段。因此，PetroV从KIDA○4个角度去抽象、封装不同资评对象的典型研究活动、基于组合模式建模通用领域实体数据模型，基于元数据管理（归类、过滤）实现一体化数据库部署：利用面向对象技术和关系理论的数据模型间的合理映射，满足不同关系数据管理系统（Relational Database Management System，RDBMS）要求的存储、检索、完整性和一致性的维护；通过标准的数据持久化与访问接口满足不同学科应用软件间的数据转换与共享；支持PetroV领域通用数据模型定义与POSC的Epicentre数据模型的最大程度兼容；PetroV基于抽象KIDA过程并定义通用领域实体，以基础类库的形式作为应用软件框架的一部分，以便于不同学科具体应用软件的应用开发。

2.3 基于领域基础中间件的软件集成

通过建立统一领域数据模型，PetroV可追溯从源数据、到信息、到知识的信息衍变流程外，PetroV仍然面临着如何把既有的应用软件，数据存储与新的应用软件集成起来；换言之，如何支持一体化动态评价过程：从油田到数据中心，从数据中心到不同应用软件形成即时信息通道和协作平台。同时，为了更好地开发和应用能够运行在不同异构环境下的软件，需要一种基于标准的、独立于计算机硬件与操作系统的开发与运行环境。因此，PetroV遵循面向对象软件开发的典型流程（需求捕获、分析与定义，面向对象和模式的分析与设计、代码实现与部署等），通过细化上述问题，给出面向油气资源一体化评价的领域中间件的功能性和系统性需求，进而明确领域基础中间件定义和组成部分，在领域中间件定义指导下结合基础中间件（Common Object Request Broker Architecture，CORBA）规范与最新软件分析、设计技术，给出领域中间件的体系架构（盛秀杰.，2010）（图6）。首先，通过对下层不同的分布式环境开发技术（分布式基础中间件服务，也称软总线）以及通用“商业逻辑”（通用中间件服务）的透明性调用，屏蔽分布式网络环境下的各种异构实体以及减少领域专家复杂开发需求。通过抽象油气勘探开发行业不同领域典型活动以及典型工作流的协作约定，不同学科的具体应用被作为公共设施形成智能化领域服务（领域中间件服务）；其次，基于约定的接口领域服务被适配到通用应用程序框架，基于KIDA模型抽象了不同学科的典型研究活动在应用软件开发层面的框架体现；最后，通过对统一数据模型表达的领域数据模型的类库和应用软件框架代理下的不同领域服务的访问，满足了油气E&P领域各类应用软件开发与集成的需要，甚至包括不同WEB应用软件的开发。

3 结论

图6 PetroV领域基础中间件体系结构Fig.6 Architecture in layers of domain middleware of PetroV

本文提出的油气资源评价一体化技术，源于对常规、非常规海量成藏信息的集成，落脚于基于不同评价对象与评价目标层次的石油资源有效管理；以全周期的资源量估算和储量评估为主线，支持从盆地到区带、到圈闭、到油藏，甚至单井的不同尺度资源评价对象构建、统一高效存储与评价活动的衔接，进而实现可持续、可动态调整、可回溯的油气资源一体化评价过程；通过界定不同投资价值属性的勘探目标系列（Resource Portfolio），实现对上游的油气资源评价、勘探规划与市场决策的全方位支持，真正体现对油气资源的投资价值管理能力（Petroleum+Valuation=PetroV）。其中，一体化油气资源评价流程，强调通过界定不同勘探程度的油气资源评价的关键内容，如回答资源有无的各种可能性、回答资源多少以及油藏规模结构、回答未发现油气藏在哪里等问题，并结合PetroV的相关特色评价技术，整理、归类并规范当前油气资源评价涉及的地质评价、资源量计算以及经济评价等系列数学模型，在及时更新基础地质数据的基础上，可服务于低勘探程度到高勘探程度的不同地质尺度的资评对象的快速油气资源评价。近些年来，国内外石油公司纷纷斥巨资发展和完善油气资源一体化评价技术，并加强应用研究，以其长期积累的评价参数和丰富勘探资料为基础，利用数据集成、软件集成、信息可视化等最新信息科学技术，开发一体化动态评价和决策管理系统。本文作者相信，经过多年的面向油气勘探开发行业的软件与数据一体化研究、多轮次油气资源评价技术积累以及最新信息科学技术的发展，国内系统地开展油气资源一体化评价技术的研究和应用的条件已经具备。