致密油地质风险分析方法与流程初探

汪少勇，王社教，李登华，郑 曼，武 娜

(中油勘探开发研究院，北京 100083)



致密油地质风险分析方法与流程初探

汪少勇，王社教，李登华，郑 曼，武 娜

(中油勘探开发研究院，北京 100083)

非常规连续型致密油资源勘探潜力巨大，但由于储层致密、资源丰度低等因素，仍需要进行地质风险分析。由于石油聚集方式不同，常规的以圈闭为核心的地质风险分析流程并不适用于“连续聚集”的致密油资源，但二者在风险评价方法上有许多相似性。国内外已建立了较为成熟的常规油气地质风险分析流程与方法，采用地质分析、概率统计的方法定性识别、定量估计成藏地质要素及过程的不确定性。致密油的地质资源丰度一般较低，在其分布范围内并不是所有井都能钻遇工业油流，其地质风险分析需与钻井技术、经济分析相结合。影响致密油富集及经济开发的4个独立的风险因素分别是烃源岩有效性、储层物性、“甜点”分布控制要素、当前技术水平及开发因素。按照地质分析的顺序，致密油风险分析的流程分为5个步骤，分别为定向、定源、定储、找甜点和定产能。烃源岩是否优质有效、储层含油是否充足、储层产能能否达到经济下限是致密油地质风险分析的重点。

致密油；地质风险分析；分析方法；分析流程

引 言

北美目前已发现Williston、Western Gulf、Permian 等近20个致密油盆地，预计致密油可采资源量为18×108t[1-4]。致密油巨大的资源潜力及产量的飞速增长使其成为当前最热门的石油勘探领域。中国陆相盆地也具有很好的致密油勘探前景，鄂尔多斯、四川、准噶尔等多个盆地的致密油勘探均取得重要进展，估算的地质资源量可达155×108t，可采资源量在10×108t以上[3-6]。致密油形成的地质条件与常规石油有较大差别，尽管致密油具有“连续聚集性”，但由于储层的低孔、低渗性，其资源丰度通常较低，并不是每口致密油井都能获得有经济效益的产量[6-7]。常规油气地质风险分析主要关注圈闭是否成藏，而非常规致密油因其连续聚集特征，在地质风险分析时，除了需要识别成藏要素是否有利外，还要关注与油井产能有关的地质风险。在前人总结致密油地质特征的基础上，通过调研常规油气地质风险分析方法，首次对致密油地质风险分析要素、各要素定性与定量的风险分析方法做了简要介绍，并探讨了致密油地质风险分析流程。

1 致密油地质特征

1.1 对致密油概念的理解

目前不同学者和机构对致密油有不同定义，大体分为广义定义和狭义定义2种[8-10]。致密油对应的英文翻译为“tight oil”或“shale oil”，北美在致密油勘探初期称致密油为“shale oil”，指赋存于优质生油岩之内或与之紧邻的细粒沉积储层(页岩也为细粒沉积的一种)中的石油，由于“shale oil”对应的中文翻译为“页岩油”，因此，研究初期乃至现今，不少学者和机构将致密油等同于页岩油。而实际上，以泥岩为主的纯页岩对致密油产量的贡献极少，在页岩中裂缝不发育的前提下，目前没有发现页岩基质孔隙产油的实例，实际的致密油产层主要为致密碳酸盐岩或致密砂岩[1，11-13]。国外将从油页岩(oil shale)中萃取出来的石油也称为“shale oil”，一般翻译为油页岩油，不可将其与页岩油或致密油定义混淆。2012年以来，国外越来越多的文献报告中开始使用“tight oil”来代替“shale oil”，特指聚集在邻近(源外)或夹持(源内)在富有机质烃源岩的致密砂岩或致密灰岩中的石油，而且，根据致密油一般油质较轻的特征，加拿大学者将其称为“light tight oil”，简称LTO，翻译为轻质致密油[14-17]。笔者认为，对“shale oil”的歧义认识根源于对“shale”一词的不清晰理解，按字面意思翻译，shale应该是指由细粒的黏土颗粒和其他以方解石和石英为主的矿物组成的具页理的岩石，而实际上，国外与油气有关的“shale”应该理解为沉积物颗粒较小的细粒沉积，主要由黏土和粉砂碎屑组成，也包含碳酸盐、生物硅质等颗粒。一般而言，“shale”储层可分为3种，对应于3类不同的油藏：①裂缝发育的页岩，形成常规的裂缝型泥页岩油藏；②致密的灰泥质页岩，形成非常规页岩油藏；③页岩类致密混合岩，此类页岩附近或页岩段中常发育其他致密岩类，如碳酸盐岩、粉砂岩、砂岩、硅质岩、白云质岩等，以北美Williston盆地的Bakken组为典型代表，这类储集体中发育的即为致密油[18-19]。

1.2 致密油聚集特征

致密油、页岩气等非常规油气资源又称“连续型油气聚集”，许多学者[3-7，20-21]对致密油的地质特征作了详细介绍，表1列出了国内外典型致密油区的地质特征。

表1 国内外典型致密油地质特征

致密油的连续聚集特征与特低资源丰度性与常规资源显著不同。国内外已发现的致密油地质资源丰度为1×104～100×104t/km2，大多数盆地致密油地质资源丰度在20×104～40×104t/km2之间，属于低—特低丰度资源。油井试油产量可以很高，最高可达几百吨，但致密油井一般从开始生产即递减，油井稳产期的产量多在1～10 t/d之间。在致密油分布范围内并不是所有井都能钻遇工业油流，储层局部物性较好及裂缝发育区地质资源丰度高，有利于油井高产，为俗称的“甜点”。因此，尽管致密油在大范围内具有连续分布特征，为取得勘探成功，仍需要进行地质风险分析。

2 地质风险分析方法

2.1 对地质风险的理解

由于人类对客观世界由浅入深的认识规律性及地下地质情况的不确定性，加上各种勘探技术手段分辨率和精度的限制，地质人员对地下地质特征的认识只能“逼近”而不能完全再现[22-23]。所以，地质风险(可能导致勘探失利的地质因素)一直存在于油气勘探活动中，在油气勘探决策时，进行地质风险分析是很有必要的[24-25]。

地质风险是指油气藏或“连续的”油气聚集不存在的概率，与之相对的是地质成功率Pg，即烃源岩、储层、圈闭、成藏匹配等相互独立的地质要素都有利的联合概率，从这个意义上讲，地质风险是一个客观存在的概率值。

对于常规油气藏，若钻井未获工业油气流，或发现的圈闭油藏规模在给定的最小油藏规模之下，则可认为油气藏不存在[26]。而对于“连续分布”的致密油资源，其地质成功率理论上应该是100%(图1)。而实际上，在评价地质风险时，除了考虑其富集条件外，还需考虑其“非常规性”，即致密储层能否提供有经济效益的产能。所以致密油的地质风险分析还需关注与钻井、开发、产能相关的地质要素[27-28]。

常规的以圈闭为核心的地质风险分析流程并不适用于致密油资源，但致密油分布仍然受优质烃源岩及有利储层的控制，二者在风险评价方法上有许多相似性。据此，可以借鉴常规油气地质风险分析方法，通过分析影响致密油勘探成功的因素，探讨致密油地质风险分析的流程。

2.2 常规油气地质风险分析

目前，国内外针对常规油气资源地质风险分析的方法较为成熟，常采用概率统计的方法研究地质参数的不确定性，以钻后信息反馈来检验风险分析结果[29-45]。常规的地质风险评价以圈闭为基本单元，通过地质风险识别、风险估计与评价等步骤，分析圈闭成藏要素及过程存在的概率，进而计算整个圈闭油气的赋存概率。需要注意的是，联合概率计算时相乘的各因素必须是独立的随机变量。不同学者[32-37]对哪些成藏要素及过程是独立随机的有不同看法，但大体上都可以归纳为烃源岩品质、储层储集能力、圈闭保存条件、成藏过程匹配四大类。在风险估计与评价中，概率论和统计论的方法贯穿风险分析始终。

2.3 致密油地质风险分析

尽管常规的风险评价流程并不适用于非常规资源，但非常规致密油资源仍然受优质烃源岩及有利储层的控制，烃源岩的丰度、成熟度，储层的物性、产能等因素对致密油的成功开发影响巨大[5-7]。致密油地质风险分析的主要内容也包括风险识别、风险估计和评价，常规油气地质风险识别、风险估计的方法仍适用于非常规致密油资源。但由于致密油的聚集特征与常规油不同，二者的地质风险评价因素有一定差别。

2.3.1 致密油地质风险因素及风险识别

致密油的勘探开发是石油勘探领域由“源外”向“源内”，研究对象由易开发的常规储层向难开采的非常规储层的转变。目前，世界上少有完全未被勘探的盆地，已发现的致密油都位于勘探程度较高盆地的“源内”地区。所以，在分析致密油的地质风险时，要充分利用研究区已有的地质资料，分析影响致密油富集及经济开发的主要因素，定性分析影响“甜点”存在的有利和不利因素，定量确定各因素存在的概率，估算大面积分布的致密油聚集中“甜点”存在的地质风险。

对于已进行较多常规油气勘探的研究区，致密油风险识别的流程可以分为5个步骤(图2)：①“定向”，即确定致密油的有利勘探方向。由致密油形成的地质特征及定义，根据已有的地质资料，可以很容易地确定烃源岩的生烃中心及源储紧邻或源储互层段的发育位置，该位置即为致密油的有利勘探区。由于在常规油气勘探过程中，研究区已有较多的地质分析资料，因此，该步骤可以明确致密油发育的有利条件是否存在，若存在有利勘探区，则进行下一步分析；若不存在，则致密油赋存的地质风险为1。②“定源”，即确定烃源岩的有效性及范围。致密油的形成需要广覆式优质成熟生油岩生成足量的烃类并产生足够的生烃增压驱使烃类进入致密储层，烃源岩的TOC一般需大于2%，Ro为0.6%～1.3%，根据这2项指标，可以划分出致密油分布的可能范围。该步骤的地质风险主要集中在烃源岩的有效性上，若优质成熟烃源岩不存在，则致密油的地质风险极高。③“定储”，即确定致密储层的分布范围。根据致密油定义(SY/T 6943-2013)，致密储层是指空气渗透率小于2×10-3μm2的致密碳酸盐岩、致密砂岩，一般情况下，这些致密储层对应的孔隙度在12%以下。在该步骤中，对于渗透率大于2×10-3μm2的非致密储层，应具体情况具体分析，若致密储层分布范围及储层厚度都较大，应将其以常规储层对待，为常规岩性油藏的勘探范畴。若致密储层的分布局限、厚度较小，可以将其看成是致密储层中的“甜点”。④“找甜点”，即确定致密储层中裂缝发育、易于压裂改造段的位置。“甜点”可分为工程甜点和地质甜点两部分，工程甜点适于压裂改造，由储层中的脆性矿物含量、地应力及各项异性等地质因素控制，地质甜点由裂缝发育、较好储层物性控制。若致密储层裂缝不发育、不适于压裂改造，则难开发，地质风险极高。⑤“定产能”，即确定致密油单井EUR(最终估算的可采储量)的大小。单井EUR是一个综合体现了储层含油性与工程、开发技术性的参数，它反映的是在现有的开发技术下，致密储层中每口井最终能采出的油量大小。若单井EUR小于研究区给定的最小经济产量，则致密油的勘探风险高。

图2 致密油地质风险识别流程

2.3.2 致密油地质风险估算方法

由前文研究可知，烃源岩有效性与储层含油、产油能力是致密油地质风险分析中需要注意的2个最重要的因素。致密油的地质特征决定了其在地质风险分析时，不需过多考虑圈闭是否存在、保存条件是否有利、油气运移与聚集在时空上是否匹配等因素，只需关注两大方面的问题：一是烃源岩是否优质有效，能否生成足量的烃类以形成规模的致密油聚集；二是储层含油能力如何，在现有技术水平下能否产出具经济效益的油流。

烃源岩有效性与储层物性是2个相互独立的因素，控制“甜点”分布的要素，如储层的矿物组成、裂缝发育、地应力与各向异性、断裂发育情况等又与储层物性无直接联系，反映储层产油能力的参数——单井EUR除与储层物性、“甜点”分布要素等地质因素相关外，还与当前的完井成功率、生产井类型、开发方案等密切相关。由此，可以将影响致密油富集及经济开发的风险因素归结为4个独立的方面，分别是烃源岩有效性、储层物性、“甜点”分布控制要素、当前技术水平及开发因素。

表2为一个估算致密油有利地质因素存在概率的示例，子因素的权重由特尔菲法确定，权重值的大小可以根据专家经验给定，也可以通过层次分析的方法经过各因素重要性的比较得出，还可以通过确定各子因素在油气聚集(油井集合)和无油气聚集(干井集合)总体中的相关性来确定。以烃源岩为例，在影响烃源岩有效性的所有因素中，有机碳含量(TOC)和烃源岩热成熟度(Ro)是2个最主要的因素，其次为干酪根类型，对于已经指明勘探方向的致密油区来说，烃源岩分布面积对风险影响不大，烃源岩的厚度也可以由高TOC互补，根据给定的参考值，烃源岩面积、厚度、Ro有利存在的概率都是100%，即无影响致密油形成的风险因素。而通过概率统计的方法，得到该区烃源岩TOC大于2%的概率只有70%，有机质干酪根位于Ⅱ1型以上的概率只有80%。根据给定的各子因素权重，计算的烃源岩有效性概率为87%。同理估算储层物性、甜点要素、开发技术的有利概率，得到概率分别为74%、72%和84%。根据联合概率的计算公式，这4个要素均有利的概率为38.9%，则致密油的地质风险为61.1%。

表2 致密油有利地质因素存在的概率(表中概率值为示例数据)

在地质风险定量估值时，不能直接统计的定性参数，如面积、裂缝发育程度、保存有利性、地应力及各向异性等，常设定一个下限值或基准值，然后采用专家经验法或特尔菲法给出估算值。能通过统计得到概率的定量参数，一般通过概率统计的方法得到其概率值，如以10 000 t为单井勘探成功的EUR下限，则根据研究区内单井EUR的频率分布图，可知单井勘探成功的概率为38.6%(表3)。对于不能直接通过统计计算概率的定量参数，可以采用模糊数学、贝叶斯概率估计的方法，给出估计的概率值[46-47]。以TOC的模糊判别为例，根据致密油的评价标准，TOC等于2%是有效烃源岩的下限，则TOC小于2%的烃源岩为较差烃源岩，致密油地质风险高，TOC介于1%～3%之间的为中等丰度烃源岩，TOC大于2%的烃源岩为优质烃源岩。若某块样品的测试TOC值为2.25%，则其属于优质烃源岩的概率为25%，属于中等烃源岩的概率为75%(图3)。

表3 EUR频率统计分布

图3 TOC的隶属函数分布及模糊取值示意图

3 结 论

(1) 虽然致密油具有连续型聚集特征，但由于致密储层具有特低孔、特低渗特征，其地质资源丰度通常较低，开采难度大，成功勘探的地质风险依然很高，需要进行地质风险分析。在评价地质风险时，除了考虑其富集条件外，还需考虑其“非常规性”，即致密储层能否提供有经济效益的产能，所以致密油的地质风险分析还需关注与钻井、开发、产能相关的地质要素。

(2) 由于石油聚集方式不同，以圈闭为核心的地质风险分析并不适用于“连续聚集”的致密油资源，但二者在风险评价方法上有许多相似性。国内外已建立了较为成熟的常规油气地质风险分析流程与方法，采用地质分析、概率统计方法定性识别、定量估计成藏地质要素及过程的不确定性。

(3) 致密油风险识别的流程按照地质分析的顺序可以分为5个步骤，分别是：确定有利勘探方向，简称定向；划分优质烃源岩范围，简称定源；寻找有利勘探的致密储层，简称定储；根据成藏配套条件及储层含油性寻找甜点；估算单井的最终可采储量(EUR)，确定EUR下限，简称定产能。

(4) 影响致密油富集及经济开发的4个独立的风险因素分别是烃源岩有效性、储层物性、“甜点”分布控制要素、当前技术水平及开发因素。每个因素又由若干个子因素组成，通过确定子因素的权重得到各独立风险因素的概率值，独立风险因素的联合概率即为总的地质风险。

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编辑 刘兆芝

20150114；改回日期：20150407

国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”(2011ZX05028-002)；中国石油天然气集团公司重大专项“四川盆地侏罗系石油勘探开发关键技术研究”(2012E-2601)；中国石油天然气集团公司重大专项“油气资源评价——中国石油第四次油气资源评价”(2013E-0502)

汪少勇(1988-)，男，2010年毕业于长江大学资源勘查工程专业，现为该校油气资源工程专业在读博士研究生，主要从事油气资源评价研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.03.001

P618.13

A

1006-6535(2015)03-0001-07