全球油气地质与资源评价数据平台构建与应用前景

米石云 张 倩 吴珍珍 牛 敏 李大伟 马 锋

（中国石油勘探开发研究院）

0 引言

随着我国国民经济继续保持中高速增长，对油气能源需求持续增加。2020年我国石油、天然气对外依存度已分别攀升到73%和43%[1-2]。长期、大规模利用海外油气资源是保障国家能源安全的重大战略[3-5]。开展全球油气资源评价，是打破国外垄断，提升我国获取海外油气资源能力的重大科学问题[6-7]。该问题主要包括两大方面：一是系统开展全球油气地质与成藏要素研究，揭示全球油气形成与富集的地质规律，明确主攻方向；二是准确客观评价全球油气资源潜力并对其空间分布准确定位[8-10]。而上述工作的有效开展，迫切需要全球油气地质基础信息资料与科学的评价技术方法做有力的支撑。

石油工业是国际化经营程度极高的行业之一，许多国际大石油公司已有上百年跨国经营的历史，对全球油气资源的分布均做过不同程度的评价研究，并建立了自己的全球石油地质和油气资源评价信息数据库，成为各国际油公司的重要资产和技术优势，从不对外公开。我国石油工业的国际化经营虽然起步较晚，但已取得长足进步，然而对于作为重要技术支撑的全球油气资源与全球投资环境等基础信息平台建设，此前还没有真正起步；实际生产应用中对相关资料的需求基本上依赖于商业购买，这已经无法满足我国石油公司实现全球油气资源动态评价及油气资产快速评价的需要，从而成为制约我国海外石油业务进一步发展的技术瓶颈之一[11]。因此，研制建设全球油气地质与资源评价数据平台，对于开展全球油气地质研究、提升认识、发展技术、增强参与分享全球油气资源的力度，更好地满足海外油气业务发展需要，具有非常重要的意义。

1 总体研制建设思路

随着软件研发实施不断向类似机械制造的工业化与生产线式的集成化方向发展，现在主流的大型软件系统开发已发展到采用特定基础软件开发平台，来定制开发具体应用系统的新阶段[12]。采用特定基础软件开发平台来定制开发具体应用软件，具有开发速度快、后期升级编程工作量小、需求调整灵活等诸多优点[13]。为保证全球油气地质与资源评价数据平台的先进性及应用一致性，本次系统开发采用了“先平台、后应用软件”的平台化开发策略，即首先研发通用数据库定制开发与运行管理平台，然后再利用该平台进行各应用数据库及应用软件的开发。具体包括：（1）基于组件式、平台化开发技术，研发通用数据库定制开发平台，该平台定位于建立一套随需而变的组件模块架构，以解决大型信息系统开发和应用的多样性难题，并成为最终总系统的发布部署运行管理平台（图1）；（2）基于通用数据库定制开发与运行管理平台，研制建设全球油气地质与资源评价数据库；（3）以通用数据库定制开发平台为框架，基于已建成的全球油气地质与资源评价数据库，研制集成适用于不同勘探程度和不同评价对象的常规—非常规资源评价应用软件系统。从而最终为全球油气资源评价与选区选带研究提供从资料获取与分析、地质风险分析、资源评价到成果管理于一体的网络化协同研究环境，实现对传统资源评价技术与工作模式的更新换代，解决全球油气资源评价研究可持续发展难题（图2）。

2 全球油气地质与资源评价数据库建设

2.1 数据整理入库与管理

在研究实现将不同来源、不同格式的所有结构化、非结构化数据统一规范管理与查询应用基础上，研制建成多层次、多数据源的全球油气地质与资源评价数据库。其所管理的数据包括海外425个主要含油气盆地的基础地质资料、资源评价参数及结果，具体分为油气地质基础数据库、中游设备数据库、全球勘探开发活动数据库、全球投资环境数据库、全球油气资源评价公开文献库、中国石油新项目评价资料库、海外资产区勘探开发成果资料库、全球油气资源评价项目数据库、统一空间数据库。所管理的数据类型包括结构化数据、二进制空间数据、图件、文档报告等，能为全球油气资源评价、海外新项目评价、海外业务决策支持提供“一站式”资料查阅与数据支持服务。

以非常规资源评价数据整理入库与管理为例，表1、表2分别为阿科玛盆地Woodford页岩气资源特征与资源评价参数表，其中页岩气资源特征参数包括评价单元时代、开发情况、页岩类型等8项参数，资源评价参数包括页岩气烃源条件、页岩气地质资源量、开发工程与可采程度等三方面共23项具体参数，可为阿科玛盆地Woodford页岩气总体认识及资源量评价计算提供可靠依据。

表1 阿科玛盆地Woodford页岩气资源特征参数表Table 1 Characteristic parameters of Woodford shale gas resource in Arkema Basin

表2 阿科玛盆地Woodford页岩气资源评价参数表Table 2 Parameters for Woodford shale gas resource assessment in Arkema Basin

续表

2.2 形成与采用的关键技术

在全球油气地质与资源评价数据库研制建设过程中，形成与采用了多源数据融合建库技术[14]，具体包括数据格式转换技术、空间数据与非空间数据集成技术、空间元数据管理技术、空间数据库建库技术。

数据格式转换技术：将不同格式的空间数据转换为ArcGIS Geodatabase数据模型并在ArcSDE空间数据引擎中管理应用。

空间数据与非空间数据集成技术：将不同层次及来源（公开文献资源、中国石油自有资料等）的空间与非空间数据在统一平台上集成与查询使用。

空间元数据管理技术：建立空间数据元数据库，记录数据内容、来源、存储位置及其他背景信息，方便用户更好地了解与使用该数据。

空间数据库建库技术：采用空间数据库引擎ArcSDE与大型关系型数据库Oracle相结合，建立不同的数据库表空间来存储不同来源的数据。

3 常规—非常规资源评价应用软件研制与应用

为了实现评价基础参数（来源于全球油气地质与资源评价数据库）与评价应用软件的无缝连接，最大限度地方便资源评价研究，采用了先进的数据与应用一体化集成方案[15]，构建了直接基于底层数据库运行的常规—非常规资源评价（网络版）应用软件系统。这样，用户在全球油气资源评价研究平台上，通过全球油气地质与资源评价数据库查询和录入基础参数及各类评价参数，直接调用相应的资源评价方法软件，即可完成各评价对象的资源评价，并将最终评价成果及图形成果保存到全球油气地质与资源评价数据库。

3.1 形成完整实用的全球常规与非常规资源评价方法、软件体系

在资源评价方法创新研究基础上，研制集成了切合海外探区评价资料获取状况，以成藏组合为基本评价单元、适用于不同勘探程度评价区、以统计法为主的常规与非常规资源评价方法、软件体系（表3）。其中常规资源评价应用软件包括适用于高勘探程度探区的发现过程法[16-17]软件、非参数发现过程法[18]软件、圈闭加和法[19]软件，适用于中等勘探程度探区的主观概率法软件，以及适用于低勘探程度探区的资源丰度类比法[20]软件。非常规资源评价应用软件包括参数概率分布体积法、基于GIS图形网格积分体积法[21]、基于井产能法等3种方法软件。

表3 全球常规与非常规资源评价方法、软件一览表Table 3 Summary of methods and software for global conventional and unconventional resource assessment

3.2 主要方法创新与关键技术

3.2.1 圈闭加和法中对石油、凝析油、天然气3种资源的细分计算

国外资源评价区分石油、凝析油、天然气，但很少采用圈闭加和法；国内在成熟探区或有三维地震资料地区多采用圈闭加和法，但通常将油圈闭资源全部计算成石油，将气圈闭资源全部计算成天然气。本研究在圈闭加和法中对油圈闭分别计算石油、溶解气，对气圈闭分别计算天然气、凝析油，从而最终得到石油、凝析油、天然气的资源量。这其中还引入了在储量计算中提出的“凝析气当量体积”概念及计算方法[22]，解决了气圈闭中凝析油资源量的计算难题。

3.2.2 基于GIS图形网格积分体积法

该方法是一种改进的体积法，适用于对页岩气、致密油、致密气、煤层气、重油、油砂、油页岩油等矿种的非常规资源评价。其基本思想是首先在评价区内划分网格，然后采用体积法计算各网格资源量，最后汇总得到评价区总资源量。具体的评价流程是：（1）根据地质特征属性的相似性，将评价区域在空间上划定为若干个基本评价单元；（2）对于各评价单元在平面分布范围内划分等大网格，以网格为最小粒度来描述资源的空间分布情况；（3）搜集该矿种体积法资源量计算相关参数的原始数据，并将原始数据处理为GIS矢量格式数据；（4）在评价区域内对各项参数进行空间插值，为各网格赋予各项参数值；（5）采用该矿种体积法资源量计算公式分别计算每个网格的地质资源量和可采资源量；（6）对所有网格进行积分，计算整个评价区域的地质资源量和可采资源量。

采用该方法评价中东扎格罗斯盆地重油资源潜力[23]，揭示三叠系—侏罗系Butmah成藏组合、侏罗系成藏组合、白垩系成藏组合及古近系成藏组合总可采资源量为140×108t。其中，未来有利勘探目标为白垩系成藏组合，可采资源量为85×108t，并直观揭示出重油资源“甜点区”位于扎格罗斯盆地西南部（图3）。

图3 扎格罗斯盆地白垩系成藏组合重油可采资源丰度分布Fig.3 Distribution of recoverable heavy resource abundance of the Cretaceous hydrocarbon accumulation assemblage in Zagros Basin

该方法将地理信息系统技术引入非常规资源评价中，刻画了非常规资源平面分布的非均质性，有效提高了非常规资源评价精度。将评价区按照地质相似性进行单元划分，解决了已有体积法中大面积单一评价计算的局限性；评价结果通过各网格资源丰度，能直观展示资源分布的“甜点区”与“非甜点区”，解决了已有体积法无法揭示资源富集情况的难点，有利于在后期区块优选中快速识别有利区。

3.2.3 基于网络与数据库的资源评价软件开发技术

基于网络与数据库的资源评价软件相对于传统的单机版软件，具有两方面明显的技术优势：（1）直接在浏览器中运行，无需任何安装，全球无论何地，只要有中国石油内部局域网即可使用；（2）评价软件直接基于网络数据库运行，其评价参数及结果直接入库，无需人工上传下载，不存在不同数据库间的数据同步问题。

在资源评价软件研发过程中，还解决了网络环境下应用软件研发所面临的多项IT关键技术问题，形成了相应的基于网络与数据库的资源评价软件开发技术。具体包括：（1）集群资源池映射与调度技术，解决了多用户同时使用同一服务器所产生的系统资源分配协调难题；（2）高强度计算并发处理技术，解决了高强度并发计算难题；（3）会话跟踪并适时建立操作隔离区技术[24]，解决了多用户同时使用同一软件所存在的评价过程及中间结果管理难题；（4）基于Java平台的多种计算资源调用技术，实现了Matlab、R语言等多种数学计算软件的集成应用。

4 全球油气资源评价及结果

基于所建成的全球油气地质与资源评价数据平台，利用2015年底及2020年底的中国石油海外现有项目、新项目第一手资料与商业数据资料，以成藏组合为基本评价单元，按照不同勘探程度选用与之相适应的评价方法的原则，全球油气资源评价团队开展并完成了相应两轮次的全球468个含油气盆地的常规、非常规资源评价，得到对应的自主评价结果。以下简述已于2017年公开发布的第一轮次全球评价结果[25]。

4.1 全球常规油气资源量

从表4可以看出，全球常规石油资源总量为5923×108t，常规天然气资源总量为4966×108t油当量；石油储量增长量与待发现资源量总和（石油勘探潜力）为2277×108t，占比为38.4%，天然气储量增长量与待发现资源量总和（天然气勘探潜力）为2421×108t油当量，占比为48.8%；已探明油气储量总体采出程度低，石油累计产量为1391×108t，占比为23.5%，天然气累计产量为588×108t油当量，占比为11.8%。因此，全球常规油气的勘探开发潜力依然巨大。全球常规待发现油气资源主要分布在阿拉伯盆地、扎格罗斯盆地、西西伯利亚盆地、阿姆河盆地、坎波斯盆地、桑托斯盆地、墨西哥湾深水盆地、东西伯利亚盆地、东巴伦支海盆地和尼日尔三角洲盆地等30个盆地中，其中阿拉伯盆地、扎格罗斯盆地、西西伯利亚盆地油气资源潜力位居前3，上述3个盆地待发现资源量占全球总量的25.8%（图4）。

表4 全球常规油气资源量统计表Table 4 Statistics of global conventional oil and gas resources

图4 全球主要盆地待发现油气资源柱状图Fig.4 Histogram of global oil and gas resources to be discovered in major basins

4.2 全球非常规油气资源量

通过完成对重油、油砂、致密油、油页岩油、页岩气、煤层气、致密气7个矿种全球范围内主要发育盆地共363个盆地/矿种的资源评价，得到全球非常规油气技术可采资源总量为5839×108t油当量，其中石油4213×108t、天然气1626×108t油当量（表5、图5）。非常规油气资源是对常规油气资源的有利接替与必要补充。

表5 全球非常规油气资源量分布表Table 5 Statistics of global unconventional oil and gas resources

图5 全球分大区分矿种非常规油气技术可采资源量分布图Fig.5 Distribution of global unconventional technically recoverable resources of different minerals in different regions

5 应用前景

全球油气地质与资源评价数据平台直接应用并支撑了全球油气资源评价研究项目，为该项目研究提供相应信息、知识、评价应用软件工具支持，并有效管理项目研究成果，实现了项目研究成果的有形化。随着该平台的升级发展与进一步推广应用，必将为海外油气资源战略研究、海外新项目评价研究、海外资产区勘探开发综合研究提供多方面的信息支持服务，具有良好的应用前景。例如在指导海外选区选带方面：综合考虑盆地地质风险、资源潜力、可获取性、战略价值、技术适应性等因素，在全球30个重点盆地中优选了70个有利勘探目标区（表6）。

表6 综合优选的全球有利勘探目标区分布表Table 6 Distribution of the globally optimally selected favorable exploration zones

该平台现已广泛应用于中国石油海外相关业务，解决了利用海外油气资源时缺乏知识、数据信息和资源评价软件平台支撑的瓶颈问题，助推中国石油海外油气资源获取取得重大进展，提升了中国石油国际影响力与竞争力。

6 结论

获取全面与高质量的油气地质、勘探开发活动、投资环境等各类数据是有效开展海外油气业务的基础。为了更好地为海外业务发展提供资料与数据支持，“全球油气地质与资源评价数据平台”在统一底层平台上研制建设多来源、多层次应用数据库。在此基础上，基于网络环境，采用多方面新技术，研制建成了数据库与资源评价应用软件紧密结合的全球油气资源评价工作环境，有力支撑了全球油气资源评价与选区选带研究，实现了对传统资源评价技术与工作模式的更新换代。以此平台为基础，采用数据挖掘及以知识图谱为核心的知识发现技术，扩展升级为“全球油气资源信息系统”，公开向全社会发布，将为我国海外油气业务发展提供更全面的全球油气地质与资源潜力信息支持，有力推进海外油气资源的获取与利用。