油气富集程度的定量评价方法及其应用

高剑雄 范 婕，2 张奎华 秦 峰，2 郭瑞超，2

（1. 中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院， 山东东营 257000； 2. 胜利石油管理局博士后科研工作站， 山东东营 257000）

0 引 言

油气富集程度是评价资源潜力及选择勘探区带的重要依据。 美国石油地质学家协会（AAPG） 出版的世界含油气盆地丛书提供的统计数据表明， 世界油气可采储量中前陆盆地占43%， 克拉通盆地占25%， 裂谷和断陷盆地占15%， 三角洲和弧后盆地占8%， 走滑盆地占7%， 其他类型盆地仅占2%， 说明不同盆地或凹陷的油气富集程度差异较大［1-7］； 同时， 同一地区不同构造带、 不同井位的油气富集程度以及富集层段， 也存在明显的差异性［8-12］。 因此， 明确一个盆地或区带的油气富集程度对评价该区勘探前景及指导勘探部署具有重要意义。 近年来， 国内外学者针对油气富集程度的表征方法基本分成两种， 一种从宏观角度出发， 通过建立某一区块储量与某一成藏要素之间的关系， 来间接表征油气富集程度［13-19］， 但该方法误差较大，需要依靠大量油井数据或储量资料， 主要应用在勘探成熟度相对较高， 具备一定样本统计数量的地区上， 对勘探程度较低的地区适用性不高； 另一种主要采用储量丰度（单位面积内的油气储量）、 单储系数（单位体积油气层所含的油气储量） 等参数表征油气富集情况［20-23］， 但这些参数仅适用于已上报储量的区块， 不能描述储量区块外的油气富集情况， 对以寻找新储量区块为目的的勘探工作指导意义较弱。 因此， 本文提出油气富集程度的表征评价方法， 尝试通过大量的岩心／岩屑录井、 测井、试油等具有含油信息的资料， 计算油气聚集有效值， 确定已知井各层段对应的储量丰度与3 种资料油气聚集有效值之间的关系， 从而预测未知储量井各层段油气富集程度。

1 方法建立

由于在勘探实践过程中， 最直观、 最有效确定含油气程度的方法， 是根据录井、 测井、 试油资料分析获取的， 因此， 本次利用录井、 测井和试油资料定量描述富集程度， 其中关键是对资料中含油信息进行量化赋值， 确定油气聚集有效值， 结合已知储量计算相关井段的储量丰度， 通过数学拟合确定油气聚集有效值与储量丰度之间关系， 从而建立油气富集程度的评价公式， 预测评价未知储量井的油气富集程度。

1.1 资料分类准备及赋值

录井、 测井、 试油等资料是油气富集情况的真实显示， 且比储量资料覆盖范围更为广泛， 其不同显示级别代表不同层次的油气富集程度， 因此在收集岩心／岩屑录井、 测井解释与试油资料的基础上，根据行业标准对储层的含油级别进行分类［24-28］。同时根据各类油气显示含油级别的高低， 综合考虑分类标准， 利用模糊评价法， 确定分类赋值情况（表1）， 对数据进行分级赋值。

表1 油气显示级别赋值Table 1 Assignments of the oil-gas display level

1.2 油气聚集有效值确定

砂岩储集层中富含油、 油浸、 油斑、 油迹、 荧光等录井油气显示信息以及含油水层、 油层等测井、 试油信息都表示含油气程度， 且含油气砂岩累计厚度占总砂岩厚度比例越大， 表明在可储油气的范围内油气聚集程度越高， 代表油气聚集有效性越强。 为了定量评价油气富集程度与3 种含油信息之间的关系， 提出表征3 种含油信息的有效参数——油气聚集有效值P， 即某一层段内一种含油气信息的砂体累计厚度与油气级别赋值之积和该层段砂岩总厚度的比值。 比值越大， 表明该层段这种含油气信息中油气聚集有效程度越高。 其计算方法为：

根据勘探分析实际数据， 针对3 种油气基础资料， 分别统计每种资料中各井不同层段中油气显示级别对应的总厚度； 以层段为单位， 分别统计各层段的砂岩总厚度， 并分别计算各层段每种资料的油气聚集有效值， 计算公式为

式中：Pi——第i种资料的油气聚集有效值，i=1时为录井资料，i=2 时为测井资料，i=3 时为试油资料；j=1， 2， 3， …，ni，ni——第i种资料所包含油气显示级别的种类总数；vij——第i种资料、第j种油气显示级别的赋值；hij——第i种资料、第j种油气显示级别对应的总厚度， m；H——该层段的砂岩总厚度， m。

1.3 油气富集程度预测评价公式建立

由于储量丰度代表某一储量区块内单位含油气面积内的油气地质储量大小（即平均每平方千米内的油气储量）， 可用于表征油气的富集程度， 故将这一参数作为因变量， 建立油气聚集有效值与储量丰度的关系， 评价油气富集程度。

具体操作方法为： 根据已知储量井区的勘探资料， 确定已知储量井区各层段的储量丰度， 结合计算的各层段对应的3 种资料的油气聚集有效值Pi；由于考虑到测井、 录井、 试油3 类数据可以反映油气的富集程度， 但是根据各类数据人为因素、 机械误差等原因， 不同资料对油气富集程度的反映能力存在差异， 因此需要综合3 种不同资料共同表征油气富集程度， 且在不同资料的油气聚集有效值前拟定相关的系数， 使得能够反映该资料与油气富集程度（或储量丰度） 的数量关系。 应用SPSS 等数学拟合软件， 尝试了998 种组合的数学关系公式， 最终认为利用最小二乘法线性关系拟合度较好， 且公式简单易行， 是最佳拟合公式， 表达式为

式中：Ra——储量丰度， t／km2；ai——第i种资料油气聚集有效值的拟合系数；b——拟合得到的常数项。

1.4 油气富集程度预测及验证

根据上述方法， 针对未知储量井的每一层段，结合每层段的3 类资料， 依据公式（1） 分别计算每类资料的油气聚集有效值Pi（i=1， 2， 3）， 然后利用式（2） 计算未知储量井每一层段对应的预测储量丰度， 明确其油气富集程度； 并根据勘探中实际储量丰度与预测结果的误差范围情况进行自身验证。

2 实例分析

2.1 工区概况

准噶尔盆地是一个大型内陆叠合盆地， 是中国最早获得发现的含油气盆地之一。 几十年的勘探历程证明， 该盆地蕴含丰富的油气资源。 近年来， 在莫西庄—永进地区相继发现工业油流， 并上报规模储量， 是现在增储上产的重点地区。 然而， 前期勘探重点主要集中在盆缘或断裂带地区， 而莫西庄—永进地区位于准噶尔盆地腹部［29-30］， 处于盆1 井西凹陷和沙湾凹陷结合部位（图1）， 其勘探和研究程度均比较低， 为勘探新区， 目前仅在侏罗系发现规模储量， 油气富集程度尚不明确， 严重制约了该区成藏条件研究。

图1 研究区区域构造位置Fig.1 Regional structural location of the study area

2.2 方法应用

本文以莫西庄—永进地区为研究对象， 根据资料情况， 优选Z1、 Z3 等15 口已知储量井，利用数学拟合， 建立莫西庄—永进地区富集程度预测评价公式， 预测莫西庄—永进地区油气富集程度。

首先， 根据莫西庄—永进地区15 口已知储量井的录井资料、 测井资料和试油资料， 分别确定每种资料中所述已知储量井内不同层段中包含的油气显示级别及其赋值。 以Z5 井的J1s22层位为例， 该层段中包含的油气显示级别及其赋值结果如表2所示。

然后， 分别统计每种资料中各井各层段中每种油气显示级别对应的总厚度， 并以层段为单位， 分别统计各层段的砂岩总厚度。 同时， 针对每一层段， 依据式（1） 分别计算每种资料的油气聚集有效值。 以Z5 井的J1s22 层位为例， 其计算结果如表2 所示。

表2 Z5 井的层位的各参数Table 2 Statistics of each parameter of Layer in Well Z5

表2 Z5 井的层位的各参数Table 2 Statistics of each parameter of Layer in Well Z5

资料类型油气显示级别ijhij／mvijH／mPi荧光1 1.560.126.20录井1 2 21.66测井油迹油浸油水同层2 2.000.326.20 3 6.150.826.20 1 9.500.526.20 18.13试油油水同层3 1 9.400.526.20 17.94

根据15 口已知储量井的勘探资料， 对预测和控制储量， 分别利用30%和60%的勘探经验系数换算为相应的探明储量， 再利用计算后的储量数值与储量面积， 计算获得15 口已知储量井各层段的储量丰度， 计算结果如表3 所示。

进一步结合上述计算获得的各层段对应的3 种资料的油气聚集有效值（表3）， 通过最小二乘法拟合建立油气富集程度的评价公式为

表3 已知储量井各层段对应的油气聚集有效值和储量丰度Table 3 Statistics of the effective value of the oil-gas accumulation and the reserves abundance corresponding to each interval of the well with known reserves

最后， 以莫西庄—永进地区其他井作为未知储量井， 针对未知储量井的每一层段， 依据式（1）分别计算每种资料的油气聚集有效值， 利用式（3）对全区未知储量井每一层段对应的预测储量丰度进行计算， 从而明确了不同层系油气富集程度， 为研究区下一步油气勘探部署提供了依据。

2.3 方法验证

本文主要利用自身验证的方法进行验证， 即利用对已知储量丰度的单井层段进行计算， 利用评价公式计算后的结果与实际勘探的储量丰度进行比较， 从而确定其准确性。 结果表明， 计算结果与实际勘探储量丰度相对误差基本小于10%， 由此证明该方法是可靠的（表4）。

表4 计算储量丰度和实际储量丰度的误差Table 4 Statistics of the errors between the calculated and actual reserve abundances

该方法主要采用各井区的探明储量进行计算，但在ZH6、 Y2 井区中由于上报储量为控制和预测储量， 需要根据相应系数进行换算， 由于储量的升级， 涉及很多不确定因素， 因此本次采用系数为该区勘探实践的经验系数， 可能存在误差， 造成计算结果与实际存在少许偏差， 该井误差率在15%左右， 但不影响整体评价公式。 因此合理采用探明储量的井资料可以有效规避误差。

2.4 油气勘探方向

利用该方法对全区未知储量井的油气富集程度进行预测， 从而明确其在全区的展布情况。

图2 不同地区各层段平均油气富集程度Fig.2 Average hydrocarbon enrichment degree of each layer in different areas

总体上， J1s 是莫西庄—永进地区油气最为富集的层系， 其次是J2x， 其中T1b 也具有一定的油气富集。 由于研究区横跨盆1 井西凹陷和沙湾凹陷两个构造单元， 二者地质条件截然不同， 盆1 井西凹陷埋深相对较浅， 演化程度相对较低， 在该凹陷内的莫西庄和沙窝地地区的大部分井皆钻穿侏罗系， 并在深层三叠系发现良好油气显示。 而对于沙湾凹陷， 由于其埋深较大， 征沙村和永进地区的钻井均未打穿侏罗系， 故目前的计算结果显示油气主要集中在侏罗系和白垩系。 但是， 对比邻区玛湖油田的勘探情况可知， 二者均位于凹陷内部， 且烃源岩层系均为二叠系， 成藏条件相似， 加之目前在三叠系内部有一定的油气显示， 由此推测该凹陷内三叠系也具有良好油气富集的可能性。 从而为拓展勘探新层系提供有利理论支持。

在对研究区烃源岩、 储层、 盖层、 输导体系等各类成藏要素研究的基础上， 认为断裂分布和砂体厚度等成藏要素与油气富集程度密切相关。 通过与断裂分布叠合发现， 断裂规模大且密集的地区， 对应的油气富集程度相对较高， 如Z101 井区（图3）。 一方面， 断裂作为油气的有效垂向运移通道， 在油气成藏时，活动断裂可沟通“源-储”，使二叠系烃源岩生成的大量油气向侏罗系等浅层运移，研究区的“高度圈源分离” 特征佐证了这一点；另一方面， 在静止期时， 封闭断裂作为侧向遮挡条件使油气在断裂附近聚集成藏， 所以封闭断层的分布控制了油气的富集边界。 因此， 断裂从“运”到“聚”， 对油气成藏均起到重要的控制作用， 从而控制了油气富集程度。 此外， 砂体作为油气的储集空间和横向运移通道， 是油气富集的载体。 通过对比油气富集程度和砂体厚度平面分布可知， 油气富集程度较高的地区往往分布在砂体厚度大的地区， 如图4 所示， 研究区共发育3 个厚度中心， 分别位于Z109 井区、 ZH1 井区和Y1—Y6 井区， 厚度分别为26.0、 37.5 和29.5 m， 与油气富集程度中心所处位置具有较好的一致性。 综合砂体和断裂分布， 认为ZH2、 Z4、 Z6 等井区规模断裂较少且砂岩厚度较小， 成藏条件较差， 故推测形成连片储量的可能性较低， 但在Z109 和Y1 富集程度高值区均向探区东部的凸起区扩展， 推测该凸起与凹陷过渡区可能为有利勘探地区， 为下步选区工作提供理论支持。

图3 研究区油气富集程度与J底界断裂分布叠合Fi g.3Superpositionbetweenhydrocarbon enrichmentdegree andbottom-boundaryfault distribution in the study area

图4 研究区油气富集程度与砂岩厚度叠合Fig.4 Superpositionbetween hydrocarbon enrichment degree and sandstone thickness in the study area

3 探 讨

与已有方法相比， 本方法有4 点优势： （1）该方法从微观角度出发， 以单井各层段为研究对象， 主要利用录井、 测井、 试油等3 种最直观有效的基础资料， 其覆盖范围比储量资料更为广泛， 误差更小， 准确性较高； （2） 该方法可以预测研究区各井不同层段的油气富集程度， 与其他方法相比， 提高了预测的精度， 可为勘探潜力评价及精细成藏研究提供大量基础数据； （3） 该方法不受其他成藏要素影响， 从实际已知储量井的资料出发，计算结果更为准确， 且操作过程简单易行； （4）该方法不需要大量的研究资料， 仅需勘探初期最基本最原始的井资料即可完成定量表征， 不受勘探区研究程度的影响， 适用范围广泛。

同时， 除了文中提到的误差原因以外， 笔者还认为试油层段的覆盖程度， 也是造成计算误差的原因。 由于试油资料是最准确直接显示油气程度的标志， 所以其可信度也是最高的。 但鉴于不同地区试油覆盖程度不同， 其误差率具有一定差异。 通过对其他地区分析认为， 当提高试油层段覆盖程度达到60%时， 误差率可下降2%～5%， 因此合理采用试油覆盖程度较高的井资料可以有效规避误差。

4 结 论

（1） 在划分油气显示级别并赋值的基础上，结合各油气层段的砂岩厚度， 计算各类资料的油气聚集有效值， 并建立已知井各层段储量丰度与同层段3 种资料油气聚集有效值的拟合关系， 提出富集程度预测评价公式， 开展未知储量井每层段的富集程度的预测评价。 本方法用于油气富集程度定量化表征， 可预测全区油气富集程度， 为下步成藏研究中各成藏要素与油气的匹配关系提供基础， 避免了现在仅用储量作为唯一成藏匹配参数的缺点， 进一步提高勘探初期成藏研究效果。

（2） 油气富集程度定量评价法在准噶尔盆地莫西庄—永进地区应用效果较好， 与勘探实践匹配度较高， 评价相对误差一般在10%以内， 验证了其可行性和准确性。 并通过对该区油气富集程度的评价， 确定了深层三叠系百口泉组油气富集程度较高， 但探明程度较低， 可能是该区下步勘探的重点方向； 平面上， 征沙村中部（ZH1 井附近） 和永进地区的东北部（Y1 井附近） 油气富集程度较高， 且成藏要素匹配较好， 是将来可能的增储上产区域； 而探区东部凸起与凹陷过渡区为有利勘探地区， 为下步选区工作提供基础。