一種定量評價斷控天然氣藏富集程度的方法與流程

2023-05-15 13:21:16 3

本發明屬於氣田勘探技術領域，尤其涉及一種定量評價斷控天然氣藏富集程度的方法。

背景技術：

斷控天然氣藏是指以斷層為主要輸導通道的烴源巖層系外圈閉中聚集形成的下生上儲式天然氣藏，目前中國東部盆地發現的氣藏多數屬於此類。評價斷控天然氣藏富集程度的傳統方法，主要是基於氣田勘探實踐結果，對生、運、儲、聚、散等成藏要素與天然氣富集之間的關係進行剖析，從而對斷控天然氣藏富集程度及控制因素進行宏觀定性分析。然而，隨著氣田勘探程度的不斷提高，傳統的定性分析已不能滿足現今天然氣藏精細勘探的要求，因此，迫切需要能夠定量評價斷控天然氣藏富集程度的方法。

近十年來，越來越多的學者致力於天然氣藏富集程度的單一影響因素的半定量和定量化分析。例如：孫明亮分別對蓋層厚度和蓋層排替壓力兩個因素進行了單一因素的定量分析，公開了一組形成天然氣藏的定量指標，具體的：形成中效天然氣藏需要蓋層厚度大於40m、蓋層排替壓力大於15MPa，而形成高效天然氣藏則需要厚度超過100m的直接蓋層、蓋層排替壓力不應小於20MPa。此外，柳廣弟根據對典型氣藏的解剖和大量氣田的統計，指出天然氣的成藏過程主要受氣藏成藏期的源-儲剩餘壓力差、輸導體系的類型和輸導效率、蓋層厚度和排替壓力等幾方面因素的控制，並對這些因素分別進行了單一因素的定量分析，得到的指標為：形成中、高效氣藏需要成藏期的源-儲剩餘壓力差大於25MPa，輸導體系為匯聚型，蓋層厚度大於40m，排替壓力大於15MPa。

然而，現有技術中的這些半定量和定量化分析仍局限於單一因素的定量化分析，由於斷控天然氣藏所處的地質環境複雜，其富集程度是由多種成藏要素共同控制的結果，且不同因素的影響貢獻存在差異，因而這種單一因素的定量評價精度低，不能有效指導斷控天然氣藏的勘探。因此，如何提供一種多因素綜合預測模型，提高斷控天然氣藏富集程度的定量評價精度，是當前急需解決的一項技術難題。

技術實現要素：

本發明針對上述的現有斷控天然氣藏富集程度的定量評價方法局限於單一因素、評價精度低的技術問題，提出一種定量評價斷控天然氣藏富集程度的方法，建立了多因素綜合預測模型，能夠有效提高斷控天然氣藏富集程度的定量評價精度。

為了達到上述目的，本發明採用的技術方案為：

一種定量評價斷控天然氣藏富集程度的方法，包括以下步驟：

選取影響因素：選取與斷控天然氣藏富集程度相關的六個地質因素，分別為源巖-斷層接觸處平均生氣強度X1、源巖-斷層接觸面積X2、成藏期源-儲剩餘壓力差X3、天然氣縱向運移距離X4、斷層傾角餘弦值X5、保存條件參數X6；

分析單因素相關性：選取多個屬於同一構造背景、相同類型的已探明斷控天然氣藏為樣本氣藏，分別獲取多個樣本氣藏對應的源巖-斷層接觸處平均生氣強度X1、源巖-斷層接觸面積X2、成藏期源-儲剩餘壓力差X3、天然氣縱向運移距離X4、斷層傾角餘弦值X5、保存條件參數X6以及樣本氣藏的富集程度參數的數據，分別繪製六個因素與富集程度的散點圖，通過擬合函數獲得單因素與富集程度的關係式：Fi＝D(Xi)，i＝1,2,……,6；

建立預測模型：將獲得的六個單因素與富集程度的關係式通過多元線性回歸法建立斷控天然氣藏富集程度的多因素預測模型:

其中，ai為權重係數，通過多元線性回歸法獲得；

選擇勘探潛力區：初選勘探潛力區，獲取初選潛力區對應的源巖-斷層接觸處平均生氣強度X1、源巖-斷層接觸面積X2、成藏期源-儲剩餘壓力差X3、天然氣縱向運移距離X4、斷層傾角餘弦值X5、保存條件參數X6的數據，代入所述多因素預測模型計算得到每個初選潛力區的富集程度，選擇其中富集程度高的地區作為重點勘探潛力區。

作為優選，所述的富集程度參數為儲量。

作為優選，所述源巖-斷層接觸處平均生氣強度X1通過將烴源巖層與斷層的接觸處分成若干小段，由每一小段處的生氣強度相加求平均獲得。

作為優選，所述保存條件參數X6採用斷接厚度參數表徵，通過對斷接厚度分類賦值的方法獲得。

與現有技術相比，本發明的優點和積極效果在於：

1、本發明充分考慮了供氣量、成藏動力、斷裂輸導分流作用、封蓋保存作用等多種成藏要素對斷控天然氣藏富集程度的影響，並具體選擇了源巖-斷層接觸處平均生氣強度、源巖-斷層接觸面積、成藏期源-儲剩餘壓力差、天然氣縱向運移距離、斷層傾角餘弦值、保存條件參數六個因素，建立了多因素綜合預測模型，並基於預測模型進行有利勘探區優選，能夠有效提高斷控天然氣藏富集程度的定量評價精度；

2、本發明提供的定量評價斷控天然氣藏富集程度的方法，可以為斷控天然氣藏的勘探部署提供指導，降低勘探風險，具有顯著的經濟效益。

附圖說明

圖1為斷控天然氣藏所處地質環境的縱向地質剖面示意圖；

圖2為標註有生氣強度的烴源巖層的水平地質剖面示意圖；

圖3為本發明實施例所提供的定量評價斷控天然氣藏富集程度的方法的流程圖；

圖4為本發明實施例1中煤成氣探明儲量與源巖-斷層接觸處平均生氣強度X1的關係圖；

圖5為本發明實施例1中煤成氣探明儲量與源巖-斷層接觸面積X2的關係圖；

圖6為本發明實施例1中煤成氣探明儲量與成藏期源-儲剩餘壓力差X3的關係圖；

圖7為本發明實施例1中煤成氣探明儲量與天然氣縱向運移距離X4的關係圖；

圖8為本發明實施例1中煤成氣探明儲量與斷層傾角餘弦值X5的關係圖；

圖9為本發明實施例1中煤成氣探明儲量與保存條件參數X6的關係圖；

圖10為本發明實施例1所提供的多因素預測模型的計算值與實際值之間的關係圖；

以上各圖中：1、烴源巖層；2、斷層；3、儲集層；4、蓋層；5、斷控天然氣藏。

具體實施方式

下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

本發明實施例提供了一種定量評價斷控天然氣藏富集程度的方法，包括以下步驟：

S1選取影響因素：選取與斷控天然氣藏富集程度相關的六個地質因素，分別為源巖-斷層接觸處平均生氣強度X1、源巖-斷層接觸面積X2、成藏期源-儲剩餘壓力差X3、天然氣縱向運移距離X4、斷層傾角餘弦值X5、保存條件參數X6。

在本步驟中，影響因素的選取是基於天然氣聚散動平衡理論，即任何氣藏的形成均是天然氣的「聚」和「散」之間的動態平衡過程，「聚」大於「散」才能形成有效的天然氣聚集。對於斷控天然氣藏而言，「聚」的量主要取決於供氣量和成藏動力，供氣量越多、成藏動力越大，天然氣充注進入氣藏的量越多；「散」的量則主要取決於運移過程中斷裂輸導分流作用和封蓋保存作用，斷裂輸導分流作用越弱、封蓋保存作用越強，天然氣的散失量越少。因此，斷控天然氣藏的富集程度主要受供氣量、成藏動力、斷裂輸導分流作用、封蓋保存作用四個成藏要素的共同控制。

如圖1和圖2所示，供氣量由烴源巖層1與斷層2接觸處烴源巖的生氣強度與接觸面積共同控制，生氣強度越大、接觸面積越大，則氣源供給越充足，因此，選取了源巖-斷層接觸處平均生氣強度X1和源巖-斷層接觸面積X2兩個影響因素。成藏動力主要取決於成藏期烴源巖層1的剩餘壓力與儲集層3中圈閉儲層的孔隙流體剩餘壓力的差值，此壓力差越大，成藏動力越大，因此，選取了成藏期源-儲剩餘壓力差X3作為第三個影響因素。斷裂輸導分流作用由輸導距離及輸導速度共同控制，其中，輸導距離取決於天然氣縱向運移距離，天然氣縱向運移距離越遠，輸導分流作用越強；而輸導速度受斷層2的傾角大小的影響，斷層2的傾角越小，浮力沿斷層方向分解力越小，輸導速度越慢，天然氣沿斷層縱向輸導能力越弱、輸導分流作用越強。因而，天然氣縱向運移距離越短、斷層2的傾角越大，斷裂輸導分流作用越弱，因此，選取了天然氣縱向運移距離X4、斷層傾角餘弦值X5分別作為第四個和第五個影響因素。封蓋保存作用主要取決於蓋層4中泥巖(或鹽膏巖)的保存條件參數，例如厚度參數，厚度越大，蓋層4封蓋天然氣的能力越強，封蓋保存作用越強，因此，選取了保存條件參數X6作為第六個影響因素。

S2分析單因素相關性：選取多個屬於同一構造背景、相同類型的已探明斷控天然氣藏為樣本氣藏，分別獲取多個樣本氣藏對應的源巖-斷層接觸處平均生氣強度X1、源巖-斷層接觸面積X2、成藏期源-儲剩餘壓力差X3、天然氣縱向運移距離X4、斷層傾角餘弦值X5、保存條件參數X6以及樣本氣藏的富集程度參數的數據，分別繪製六個因素與富集程度的散點圖，通過擬合函數獲得單因素與富集程度的關係式：Fi＝D(Xi)，i＝1,2,……,6。

在本步驟中，源巖-斷層接觸處平均生氣強度X1是通過測得的生氣強度進一步求平均獲得，其單位為m3/km2，生氣強度的測量方法採用本領域的常規方法，例如：生烴動力學法、熱模擬實驗法和盆地模擬法等；可以理解的是，本實施例並不局限於上述所列舉的生氣強度的測量方法，還可以為本領域技術人員所熟知的其它合理方法。

如圖1和圖2所示，烴源巖層1與斷層2的縱向接觸長度如圖1中標註的L1所示,烴源巖層1與斷層2的平面接觸長度如圖2中標註的L2所示,源巖-斷層接觸面積X2即為源巖-斷層縱向接觸長度L1與平面接觸長度L2的乘積，其單位為km2，其中，L1和L2可通過地震解釋的平剖面數據結合微分疊加的方法獲得，本領域技術人員還可以採用其他合理的方法定量表徵源巖-斷層接觸面積X2。

成藏期源-儲剩餘壓力差X3，即成藏期烴源巖層1的剩餘壓力與儲集層3中圈閉儲層的孔隙流體剩餘壓力的差值，其單位為MPa，其中，成藏期烴源巖層1的剩餘壓力由排烴壓力替代表徵，圈閉儲層的孔隙流體剩餘壓力可以通過流體包裹體分析和欠壓實等多種方法綜合確定。可以理解的是，本領域技術人員還可以採用其他合理的方法獲取成藏期源-儲剩餘壓力差X3。

天然氣縱向運移距離X4為烴源巖層1的上邊界與儲集層3的上邊界之間的距離，如圖2中標註的H所示，其單位為km，可通過地震解釋的平剖面數據結合微分疊加的方法獲得，本領域技術人員還可以採用其他合理的方法獲取此參數。

斷層2與水平面的夾角即為斷層傾角，如圖2中標註的θ所示，斷層傾角餘弦值X5即為斷層傾角θ的餘弦值，其中，斷層傾角θ的角度通過桌面直尺量角器在地震剖面上讀取。當然，本領域技術人員還可以採用其他合理的方法來測量斷層傾角θ的角度。

保存條件參數X6為蓋層4中泥巖(或鹽膏巖)的保存條件參數，可選厚度參數，本領域技術人員還可以選取其他合理的保存條件參數。

所述氣藏的富集程度參數可採用儲量來表徵，本領域技術人員還可以採用其他合理的富集程度參數。

此外，還需要說明的是，根據六個單因素與富集程度關係式的相關係數的大小，可分析富集程度與各因素之間的關係密切程度，相關係數的值越大，則富集程度與該因素的關係越密切，影響越大，由此可排除相關係數很低的因素。

S3建立預測模型：將獲得的六個單因素與富集程度的關係式通過多元線性回歸法建立斷控天然氣藏富集程度的多因素預測模型:

其中，ai為權重係數，通過多元線性回歸法獲得。

在本步驟中，需要說明的是，權重係數ai為通過多元線性回歸法獲得的六個單因素均一化變量的最優組合回歸係數。此外，通過所得多因素預測模型相關係數的大小，可以評價模型的合理性和可靠性。

S4選擇勘探潛力區：初選勘探潛力區，獲取初選潛力區對應的源巖-斷層接觸處平均生氣強度X1、源巖-斷層接觸面積X2、成藏期源-儲剩餘壓力差X3、天然氣縱向運移距離X4、斷層傾角餘弦值X5、保存條件參數X6的數據，代入所述多因素預測模型計算得到每個初選潛力區的富集程度，選擇其中富集程度高的地區作為重點勘探潛力區。

在本步驟中，需要說明的是，勘探潛力區的初選可採用本領域技術人員所熟知的評價斷控天然氣藏富集程度的定性分析方法，選擇成藏條件有利的地區為勘探潛力區。進一步通過將初選潛力區對應的六個因素的數據代入所述多因素預測模型中，可計算獲得每個初選潛力區的富集程度，選擇其中富集程度高的地區作為重點勘探潛力區。

本發明實施例所提供的定量評價斷控天然氣藏富集程度的方法的流程圖如圖3所示，本發明實施例針對不同地質背景的待勘探區，選擇同一構造背景下、相同類型的已探明斷控天然氣藏為研究區，建立了六個單因素與富集程度的關係式，進一步通過多元線性回歸法，建立了特定研究區天然氣藏富集程度的定量表徵模型——多因素預測模型，模型中不同因素對應的權重係數即可反映所有不同因素之間以及各因素與富集程度參數之間的模切程度的大小。同時，利用該模型可對同一研究區內待勘探區的天然氣富集程度進行預測，從而優選出重點勘探潛力區。這種精細定量評價方式可以有效提高斷控天然氣藏富集程度的定量評價精度，提高勘探成功率，同時可降低斷控天然氣藏的勘探風險。

在一可選實施例中，所述的富集程度參數為儲量，其單位為m3。由於儲量是易測定且具有代表性的富集程度參數，因此，在本實施例中，採用儲量表徵斷控天然氣藏的富集程度，由此獲得的多因素預測模型更具有代表性。可以理解的是，本領域技術人員還可以採用其他合理的富集程度參數。

在一可選實施例中，所述源巖-斷層接觸處平均生氣強度X1通過將烴源巖層1與斷層2的接觸處分成若干小段，由每一小段處的生氣強度相加求平均獲得，採用此方法獲得的數據更為準確。

在一可選實施例中，為了便於獲取保存條件參數的數據，所述保存條件參數X6採用斷接厚度參數表徵，通過對斷接厚度分類賦值的方法獲得。在本實施例中，所述保存條件參數X6採用斷接厚度參數表徵，即蓋層4的厚度與斷層2的斷距差值，如圖2中標註的h所示。由於在一定厚度範圍內，泥巖(或鹽膏巖)的保存作用相差較小，因此，可以通過對斷接厚度分類賦值法獲取保存條件係數X6。具體的，按照斷接厚度大小對蓋層4進行分類，即A類：h>500m、B類：h＝500-300m、C類：h＝300-100m、D類：h＝100-40m、E類：h＝0-40m，分別對五類蓋層的保存條件係數X6進行賦值，即A類：X6＝4、B類：X6＝3、C類：X6＝2、D類：X6＝1、E類：X6＝0。採用分類賦值法獲取保存條件參數X6，不需要測定蓋層中泥巖(或鹽膏巖)的保存作用的具體數值，簡化了操作步驟，降低了工作量、耗時短，且成本低。

為了更清楚詳細地介紹本發明實施例所提供的定量評價斷控天然氣藏富集程度的方法，下面將結合具體實施例進行描述。

實施例1

以渤海灣盆地東濮凹陷煤成氣藏為例，具體說明定量評價斷控天然氣藏富集程度的方法。渤海灣盆地東濮凹陷煤成氣的烴源巖為下部石炭-二疊系煤系地層，主要富集層係為古近系，區內主幹基底斷裂為其主要的垂向輸導通道，屬於典型的斷控天然氣藏。具體操作步驟如下：

1、選取影響因素：選取與斷控天然氣藏富集程度相關的六個地質因素，分別為源巖-斷層接觸處平均生氣強度X1、源巖-斷層接觸面積X2、成藏期源-儲剩餘壓力差X3、天然氣縱向運移距離X4、斷層傾角餘弦值X5、保存條件參數X6；

2、分析單因素相關性：選取文23、戶部寨、馬廠、白廟、衛城、濮城6個已知斷控天然氣藏，分別獲取其對應的源巖-斷層接觸處平均生氣強度X1、源巖-斷層接觸面積X2、成藏期源-儲剩餘壓力差X3、天然氣縱向運移距離X4、斷層傾角餘弦值X5、保存條件參數X6以及其煤成氣探明儲量的數據，分別繪製六個因素與富集程度的散點圖，如圖4-圖9所示，通過擬合函數獲得以下具體單因素與富集程度的關係式：

F1＝2.2012*EXP(0.0747*X1)，R2＝0.8846 (1)

F2＝3.6529*EXP(0.0521*X2)，R2＝0.5784 (2)

F3＝5.8874*EXP(0.0553*X3)，R2＝0.4334 (3)

F4＝-138.2*ln(X4)+282.09，R2＝0.2727 (4)

F5＝-430.9*X5+410.95，R2＝0.5466 (5)

F6＝6.5609*X62.0762，R2＝0.8567 (6)

其中，源巖-斷層接觸處平均生氣強度X1通過將烴源巖層1與斷層2的接觸處分成若干小段，由每一小段處的生氣強度相加求平均獲得；源巖-斷層接觸面積X2為源巖-斷層縱向接觸長度L1與平面接觸長度L2的乘積，其中，L1和L2通過地震解釋的平剖面數據結合微分疊加的方法獲得；成藏期源-儲剩餘壓力差X3為成藏期烴源巖層1的剩餘壓力與儲集層3中圈閉儲層的孔隙流體剩餘壓力的差值，其中，成藏期烴源巖層1的剩餘壓力由排烴壓力替代表徵，圈閉儲層的孔隙流體剩餘壓力通過流體包裹體分析和欠壓實方法綜合確定；天然氣縱向運移距離X4通過地震解釋的平剖面數據結合微分疊加的方法獲得；斷層傾角餘弦值X5即為斷層傾角θ的餘弦值，斷層傾角θ的角度通過桌面直尺量角器在地震剖面上讀取；保存條件參數X6採用斷接厚度參數表徵，通過對斷接厚度分類賦值的方法獲得。

從式(1)-式(6)可以看出：渤海灣盆地東濮凹陷煤成氣藏的煤成氣探明儲量與源巖-斷層接觸處平均生氣強度X1、源巖-斷層接觸面積X2、成藏期源-儲剩餘壓力差X3以及保存條件參數X6呈正相關關係，與天然氣縱向運移距離X4及斷層傾角餘弦值X5呈負相關關係。由相關係數R2的大小可以看出各因素對煤成氣探明儲量影響的強弱順序為：源巖-斷層接觸處平均生氣強度X1>保存條件參數X6>源巖-斷層接觸面積X2>斷層傾角餘弦值X5>成藏期源-儲剩餘壓力差X3>天然氣縱向運移距離X4，由此表明：源巖生氣強度和保存條件是東濮凹陷煤成氣成藏的首要控制因素，而斷裂輸導分流作用對其控制作用相對較弱。

3、建立預測模型：將式(1)-式(6)通過多元線性回歸法建立斷控天然氣藏富集程度的多因素預測模型為:

F＝0.894F1-1.519F2+0.121F3-1.474F4-0.336F5+0.797F6+55.484，R2＝0.9868(7)

從相關係數R2＝0.9868可以看出，擬合的公式具有較高的相關性。從圖10中可以看出，通過多因素預測模型式(7)得到的計算值與實際值的誤差相對較小，誤差均在允許範圍之內，保證該模型的建立合理、可靠。

4、選擇勘探潛力區：通過對東濮凹陷煤成氣待勘探地區的成藏要素與富集程度之間的關係進行定性分析，初步選取凹陷內的橋口、方裡集、文中、文西、劉莊和徐集六個勘探潛力區，獲取初選潛力區對應的源巖-斷層接觸處平均生氣強度X1、源巖-斷層接觸面積X2、成藏期源-儲剩餘壓力差X3、天然氣縱向運移距離X4、斷層傾角餘弦值X5、保存條件參數X6的數據，代入式(7)中，計算得到六個地區的預測煤成氣儲量，如表1所示：

表1六個初選潛力區測定數據及預測煤成氣探明儲量的數據統計表

文中地區、方裡集地區預測煤成氣儲量相對較高，分別達74.80億方和55.14億方，文西、劉莊、橋口地區次之，預測儲量分別為34.57、27.08和15.84億方，徐集地區最小，預測儲量僅為8.84億方，因此，優選文中和方裡集兩個預測儲量較高的地區作為重點勘探潛力區。