应用统计法预测济阳坳陷生物气资源量

高 阳,金 强,王 浩

(中国石油大学,山东 东营 257061)

应用统计法预测济阳坳陷生物气资源量

高 阳,金 强,王 浩

(中国石油大学,山东 东营 257061)

对济阳坳陷浅层天然气地球化学特征进行分析,并结合气藏地质背景研究,在 414个浅层气藏中识别出生物气藏 201个,并应用分形法和翁氏旋回法预测了济阳坳陷生物气资源量。经预测发现,在下一勘探阶段济阳坳陷最可能发现数量多但规模小的生物气藏,应用分形方法预测生物气总资源量介于 231.75×108～463.49×108m3之间,应用翁氏旋回法预测济阳坳陷生物气资源量约 556.44×108m3,待发现生物气资源量为 401.68×108m3。此结论对研究区生物气勘探具有十分重要的意义。

济阳坳陷;生物气;资源量预测;统计法;分形;翁氏旋回

引 言

近年来济阳坳陷生物气勘探取得突破,在阳信地区沙一段获高产工业气井,产出的天然气以CH4为主,δ13C1小于 -55‰,是典型的生物气[1];另外在高青 -花沟地区、陈家庄凸起南部等地区也发现了生物气[2]。生物气埋藏浅、成本低廉,可能成为济阳坳陷天然气勘探的突破口,但由于缺少准确的资源预测方法,生物气的资源量还无法预测。

资源量预测是生物气研究的热点问题,由于生物气的生成和聚集机理尚不明确,成因法预测资源量限制条件多且可信度低,而且目前常用的生物模拟实验法[3-4]可重复性差且与实际地质条件相去甚远,实验结果能否反映地下情况尚需探讨。由于济阳坳陷勘探程度较高,为统计法预测生物气资源量提供了基础[5],通过分析天然气地球化学特征识别济阳坳陷生物气藏,应用分形和翁氏旋回法预测了济阳坳陷生物气资源量。

1 济阳坳陷生物气类型与分布

济阳坳陷生物气有原生生物气和原油降解气2种成因类型,两者在坳陷内分布具有一定差异。

1.1 原生生物气

原生生物气是指烃源岩在初次沉积埋藏期生成的生物气,其甲烷含量大于 98%,重烃含量极低,干燥系数 C1/C1-5>0.98,非烃组分小于 5%, δ13C1小于 -55‰(表 1)。

表 1 济阳坳陷原生生物气特征

此类生物气主要分布在凹陷边缘的斜坡带和埋藏浅的次级洼陷,如阳信洼陷、邵家洼陷、花沟地区,另外在东营凹陷内的浅层也发现了原生生物气藏,如气东 9井 Es1段 (图 1)[6]。

1.2 原油降解气

原油降解气是指微生物降解原油生成的生物气,此过程中原油稠化[7],原油降解气多与稠油油藏伴生或在稠油油藏上倾方向。

图 1 济阳坳陷不同成因生物气分布

济阳坳陷与稠油伴生的天然气可分为 2种(表 2)。第一种δ13C1小于 -50‰,C1/C1-5大于0.995,以陈家庄凸起和滨县凸起上的天然气为代表(图 1);另一种为重烃含量高,C1/C1-5小于 0.96,甲烷同位素值 -40‰～-50‰,以孤岛凸起上的天然气为代表。这 2种天然气在成因机理上存在差异,前者为原油厌氧降解产物,后者是原油喜氧降解产物。

2 济阳坳陷生物气资源潜力预测

利用天然气组分、碳同位素数据,结合地质背景分析对济阳坳陷 414个浅层气藏进行识别,识别出生物气藏 201个,统计这些气藏的储量数据,应用分形法和翁氏旋回法预测了待发现生物气藏个数及资源量。

表 2 济阳坳陷原油降解气地球化学特征

2.1 分形法预测济阳坳陷生物气资源潜力

近年来,分形方法在预测气田数量及其储量方面得到广泛应用[8]。济阳坳陷生物气藏储量介于0.01×108～21.60×108m3,平均为 0.76×108m3,可将生物气藏发现历程分为早、中、晚 3个阶段,各阶段气藏数目约为总数的 1/3,划分为 12个级别(表 3),自 0.01×108m3起,各级别之间储量以 2倍递增。

表 3 分形预测济阳坳陷生物气藏资源量

通过分析发现,济阳坳陷各阶段生物气藏数量及其储量分布具以下特征:储量大的气藏在勘探早期就被发现,随勘探程度提高,新发现气藏规模变小,勘探晚期主要发现中小气藏。单个储量最大的生物气藏在 1972年即被发现,1976年以来,储量大于 10.24×108m3的气藏数没有增长,气藏的分布保持稳定,随着勘探进展,小气藏的数目却不断增加,概率分布近似分形分布。若气藏累积数量与储量规模之间具有分形关系,即满足幂率分布[9-10]:

式中:r为气藏储量规模,108m3;N(r)为储量规模在r以上的气藏累计数量,个;D为分形维数;C为常数。

在双对数坐标系下,以气藏累积数量N(r)为纵坐标,储量规模r为横坐标,直线段为分形曲线,直线段对应的斜率为气藏储量分布分形维数。分形曲线向上延伸,与小气藏的分布曲线逐渐远离,分离点称之为拐点,代表待发现气藏的最高储量级别。分形曲线与已发现气藏储量的分布曲线包围的空间,即为待发现气藏数量和储量规模的范围。由图 2可知,储量规模 0.64×108m3以上的气藏累计数量N(r)与储量规模在双对数坐标中呈现线性关系,拟合方程N(r)=56.438r-1.132,相关系数R2=0.99,说明气藏服从分形分布,分行维数D为1.132。气藏储量分布线的拐点为 0.64×108m3,可以认为该区未来发现的单个气藏规模大于 0.64 ×108m3的可能性不大。

图 2 生物气藏累计数量与储量规模曲线

根据罗佳强、宋国奇 (2002)对胜利油区最小经济油田储量规模研究的成果,将原油价格 55美元/桶对应的常规油藏下限储量换算成生物气藏下限储量为 0.08×108m3[11]。不考虑经济下限,济阳坳陷生物气资源量 231.75×108～463.49×108m3,其中已发现 154.76×108m3,待发现资源量 76.99 ×108～308.73×108m3,待发现气藏数 4293个;考虑经济规模下限,预测待发现生物气资源量 58.56× 108～117.12×108m3,待发现气藏数 797个(表 3)。

2.2 翁氏旋回法预测济阳坳陷生物气资源量

应用泊松旋回预测模型 (即翁氏旋回模型)可对非再生性矿产资源资源量进行预测。翁氏旋回是事物从兴起经过成长、成熟到衰退的全过程,为收敛模型,适用对生命总量有限体系发展、消亡过程的描述和预测[12]。其数学模型为:

式中:Q为资源量;a,b为模型参数,t为生产时间。

该函数具有单项泊松分布概率函数的性质,其兴衰过程可概括为加速上升、一般上升、一般下降和缓慢下降 4个阶段。

将济阳坳陷生物气储量按发现年度整理并划分为早、中、晚 3期分别计算。实际应用的翁氏旋回数学模型为[13]:

式中:a、b、c为模型参数;T为预测年份;T0为预测产量的起始年份。

将式 (3)改写为式 (4)而后两边取常用对数得到式(5),给定不同的b值,利用式 (5)进行线性视差求解,在最佳拟合条件下,得到广义翁氏模型的3个参数a、b、c的值 (表 4)。

若生物气藏储量分布符合伽马分布,利用式(6)可以计算每一阶段生物气的资源量。

式中:Qa为某阶段生物气资源量,108m3;Γ(b+1)为伽马分布函数。

表 4 翁氏旋回拟合参数数据

应用翁氏旋回方法对济阳坳陷生物气地质储 量进行预测,得到济阳坳陷生物气实际储量和预测储量的对比图(图 3),计算得济阳坳陷生物气资源量为 556.44×108m3,目前已发现生物气资源量为154.76×108m3,待发现生物气资源量为 401.68× 108m3。

图 3 济阳坳陷生物气实际储量与预测储量对比

3 结 论

(1)济阳坳陷生物气有 2类,分别是原生生物气和原油降解气,前者多分布在凹陷内的浅层以及次级洼陷,后者与稠油油藏密切相关。应用天然气组分、碳同位素数据结合地质背景分析对济阳坳陷414个浅层气藏进行识别,识别出生物气藏 201个。

(2)应用分形方法预测了济阳坳陷待发现生物气藏数量和资源量,若不考虑经济下限,其资源量为 231.75×108～463.49×108m3,其中已发现154.76×108m3,待发现资源量为 76.99×108～308.73×108m3,待发现气藏 429 3个;若以 0.08× 108m3为最小规模下限,预测待发现生物气资源量58.56×108～117.12×108m3,待发现气藏 797个。应用翁氏旋回法计算得济阳坳陷生物气资源量为556.44×108m3,待发现生物气资源量为 401.68× 108m3。

29(4):427-431.

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编辑 林树龙

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TE155

A

1006-6535(2010)06-0025-04

20100421;改回日期:20100918

中国石油天然气股份有限公司基金项目“生物气和低熟气的形成机理、成藏富集规律及资源潜力评价”(2008A～0608)

高阳 (1982-),男,2005年毕业于西南石油大学资源勘察工程专业,现为中国石油大学 (华东)在读博士,主要从事天然气成藏和油气资源预测研究工作。