一种定量评价断控天然气藏富集程度的方法与流程

本发明属于气田勘探技术领域，尤其涉及一种定量评价断控天然气藏富集程度的方法。

背景技术：

断控天然气藏是指以断层为主要输导通道的烃源岩层系外圈闭中聚集形成的下生上储式天然气藏，目前中国东部盆地发现的气藏多数属于此类。评价断控天然气藏富集程度的传统方法，主要是基于气田勘探实践结果，对生、运、储、聚、散等成藏要素与天然气富集之间的关系进行剖析，从而对断控天然气藏富集程度及控制因素进行宏观定性分析。然而，随着气田勘探程度的不断提高，传统的定性分析已不能满足现今天然气藏精细勘探的要求，因此，迫切需要能够定量评价断控天然气藏富集程度的方法。

近十年来，越来越多的学者致力于天然气藏富集程度的单一影响因素的半定量和定量化分析。例如：孙明亮分别对盖层厚度和盖层排替压力两个因素进行了单一因素的定量分析，公开了一组形成天然气藏的定量指标，具体的：形成中效天然气藏需要盖层厚度大于40m、盖层排替压力大于15MPa，而形成高效天然气藏则需要厚度超过100m的直接盖层、盖层排替压力不应小于20MPa。此外，柳广弟根据对典型气藏的解剖和大量气田的统计，指出天然气的成藏过程主要受气藏成藏期的源-储剩余压力差、输导体系的类型和输导效率、盖层厚度和排替压力等几方面因素的控制，并对这些因素分别进行了单一因素的定量分析，得到的指标为：形成中、高效气藏需要成藏期的源-储剩余压力差大于25MPa，输导体系为汇聚型，盖层厚度大于40m，排替压力大于15MPa。

然而，现有技术中的这些半定量和定量化分析仍局限于单一因素的定量化分析，由于断控天然气藏所处的地质环境复杂，其富集程度是由多种成藏要素共同控制的结果，且不同因素的影响贡献存在差异，因而这种单一因素的定量评价精度低，不能有效指导断控天然气藏的勘探。因此，如何提供一种多因素综合预测模型，提高断控天然气藏富集程度的定量评价精度，是当前急需解决的一项技术难题。

技术实现要素：

本发明针对上述的现有断控天然气藏富集程度的定量评价方法局限于单一因素、评价精度低的技术问题，提出一种定量评价断控天然气藏富集程度的方法，建立了多因素综合预测模型，能够有效提高断控天然气藏富集程度的定量评价精度。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种定量评价断控天然气藏富集程度的方法，包括以下步骤：

选取影响因素：选取与断控天然气藏富集程度相关的六个地质因素，分别为源岩-断层接触处平均生气强度X₁、源岩-断层接触面积X₂、成藏期源-储剩余压力差X₃、天然气纵向运移距离X₄、断层倾角余弦值X₅、保存条件参数X₆；

分析单因素相关性：选取多个属于同一构造背景、相同类型的已探明断控天然气藏为样本气藏，分别获取多个样本气藏对应的源岩-断层接触处平均生气强度X₁、源岩-断层接触面积X₂、成藏期源-储剩余压力差X₃、天然气纵向运移距离X₄、断层倾角余弦值X₅、保存条件参数X₆以及样本气藏的富集程度参数的数据，分别绘制六个因素与富集程度的散点图，通过拟合函数获得单因素与富集程度的关系式：F_i＝D(X_i)，i＝1,2,……,6；

建立预测模型：将获得的六个单因素与富集程度的关系式通过多元线性回归法建立断控天然气藏富集程度的多因素预测模型:

其中，a_i为权重系数，通过多元线性回归法获得；

选择勘探潜力区：初选勘探潜力区，获取初选潜力区对应的源岩-断层接触处平均生气强度X₁、源岩-断层接触面积X₂、成藏期源-储剩余压力差X₃、天然气纵向运移距离X₄、断层倾角余弦值X₅、保存条件参数X₆的数据，代入所述多因素预测模型计算得到每个初选潜力区的富集程度，选择其中富集程度高的地区作为重点勘探潜力区。

作为优选，所述的富集程度参数为储量。

作为优选，所述源岩-断层接触处平均生气强度X₁通过将烃源岩层与断层的接触处分成若干小段，由每一小段处的生气强度相加求平均获得。

作为优选，所述保存条件参数X₆采用断接厚度参数表征，通过对断接厚度分类赋值的方法获得。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明充分考虑了供气量、成藏动力、断裂输导分流作用、封盖保存作用等多种成藏要素对断控天然气藏富集程度的影响，并具体选择了源岩-断层接触处平均生气强度、源岩-断层接触面积、成藏期源-储剩余压力差、天然气纵向运移距离、断层倾角余弦值、保存条件参数六个因素，建立了多因素综合预测模型，并基于预测模型进行有利勘探区优选，能够有效提高断控天然气藏富集程度的定量评价精度；

2、本发明提供的定量评价断控天然气藏富集程度的方法，可以为断控天然气藏的勘探部署提供指导，降低勘探风险，具有显著的经济效益。

附图说明

图1为断控天然气藏所处地质环境的纵向地质剖面示意图；

图2为标注有生气强度的烃源岩层的水平地质剖面示意图；

图3为本发明实施例所提供的定量评价断控天然气藏富集程度的方法的流程图；

图4为本发明实施例1中煤成气探明储量与源岩-断层接触处平均生气强度X₁的关系图；

图5为本发明实施例1中煤成气探明储量与源岩-断层接触面积X₂的关系图；

图6为本发明实施例1中煤成气探明储量与成藏期源-储剩余压力差X₃的关系图；

图7为本发明实施例1中煤成气探明储量与天然气纵向运移距离X₄的关系图；

图8为本发明实施例1中煤成气探明储量与断层倾角余弦值X₅的关系图；

图9为本发明实施例1中煤成气探明储量与保存条件参数X₆的关系图；

图10为本发明实施例1所提供的多因素预测模型的计算值与实际值之间的关系图；

以上各图中：1、烃源岩层；2、断层；3、储集层；4、盖层；5、断控天然气藏。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种定量评价断控天然气藏富集程度的方法，包括以下步骤：

S1选取影响因素：选取与断控天然气藏富集程度相关的六个地质因素，分别为源岩-断层接触处平均生气强度X₁、源岩-断层接触面积X₂、成藏期源-储剩余压力差X₃、天然气纵向运移距离X₄、断层倾角余弦值X₅、保存条件参数X₆。

在本步骤中，影响因素的选取是基于天然气聚散动平衡理论，即任何气藏的形成均是天然气的“聚”和“散”之间的动态平衡过程，“聚”大于“散”才能形成有效的天然气聚集。对于断控天然气藏而言，“聚”的量主要取决于供气量和成藏动力，供气量越多、成藏动力越大，天然气充注进入气藏的量越多；“散”的量则主要取决于运移过程中断裂输导分流作用和封盖保存作用，断裂输导分流作用越弱、封盖保存作用越强，天然气的散失量越少。因此，断控天然气藏的富集程度主要受供气量、成藏动力、断裂输导分流作用、封盖保存作用四个成藏要素的共同控制。

如图1和图2所示，供气量由烃源岩层1与断层2接触处烃源岩的生气强度与接触面积共同控制，生气强度越大、接触面积越大，则气源供给越充足，因此，选取了源岩-断层接触处平均生气强度X₁和源岩-断层接触面积X₂两个影响因素。成藏动力主要取决于成藏期烃源岩层1的剩余压力与储集层3中圈闭储层的孔隙流体剩余压力的差值，此压力差越大，成藏动力越大，因此，选取了成藏期源-储剩余压力差X₃作为第三个影响因素。断裂输导分流作用由输导距离及输导速度共同控制，其中，输导距离取决于天然气纵向运移距离，天然气纵向运移距离越远，输导分流作用越强；而输导速度受断层2的倾角大小的影响，断层2的倾角越小，浮力沿断层方向分解力越小，输导速度越慢，天然气沿断层纵向输导能力越弱、输导分流作用越强。因而，天然气纵向运移距离越短、断层2的倾角越大，断裂输导分流作用越弱，因此，选取了天然气纵向运移距离X₄、断层倾角余弦值X₅分别作为第四个和第五个影响因素。封盖保存作用主要取决于盖层4中泥岩(或盐膏岩)的保存条件参数，例如厚度参数，厚度越大，盖层4封盖天然气的能力越强，封盖保存作用越强，因此，选取了保存条件参数X₆作为第六个影响因素。

S2分析单因素相关性：选取多个属于同一构造背景、相同类型的已探明断控天然气藏为样本气藏，分别获取多个样本气藏对应的源岩-断层接触处平均生气强度X₁、源岩-断层接触面积X₂、成藏期源-储剩余压力差X₃、天然气纵向运移距离X₄、断层倾角余弦值X₅、保存条件参数X₆以及样本气藏的富集程度参数的数据，分别绘制六个因素与富集程度的散点图，通过拟合函数获得单因素与富集程度的关系式：F_i＝D(X_i)，i＝1,2,……,6。

在本步骤中，源岩-断层接触处平均生气强度X₁是通过测得的生气强度进一步求平均获得，其单位为m³/km²，生气强度的测量方法采用本领域的常规方法，例如：生烃动力学法、热模拟实验法和盆地模拟法等；可以理解的是，本实施例并不局限于上述所列举的生气强度的测量方法，还可以为本领域技术人员所熟知的其它合理方法。

如图1和图2所示，烃源岩层1与断层2的纵向接触长度如图1中标注的L₁所示,烃源岩层1与断层2的平面接触长度如图2中标注的L₂所示,源岩-断层接触面积X₂即为源岩-断层纵向接触长度L₁与平面接触长度L₂的乘积，其单位为km²，其中，L₁和L₂可通过地震解释的平剖面数据结合微分叠加的方法获得，本领域技术人员还可以采用其他合理的方法定量表征源岩-断层接触面积X₂。

成藏期源-储剩余压力差X₃，即成藏期烃源岩层1的剩余压力与储集层3中圈闭储层的孔隙流体剩余压力的差值，其单位为MPa，其中，成藏期烃源岩层1的剩余压力由排烃压力替代表征，圈闭储层的孔隙流体剩余压力可以通过流体包裹体分析和欠压实等多种方法综合确定。可以理解的是，本领域技术人员还可以采用其他合理的方法获取成藏期源-储剩余压力差X₃。

天然气纵向运移距离X₄为烃源岩层1的上边界与储集层3的上边界之间的距离，如图2中标注的H所示，其单位为km，可通过地震解释的平剖面数据结合微分叠加的方法获得，本领域技术人员还可以采用其他合理的方法获取此参数。

断层2与水平面的夹角即为断层倾角，如图2中标注的θ所示，断层倾角余弦值X₅即为断层倾角θ的余弦值，其中，断层倾角θ的角度通过桌面直尺量角器在地震剖面上读取。当然，本领域技术人员还可以采用其他合理的方法来测量断层倾角θ的角度。

保存条件参数X₆为盖层4中泥岩(或盐膏岩)的保存条件参数，可选厚度参数，本领域技术人员还可以选取其他合理的保存条件参数。

所述气藏的富集程度参数可采用储量来表征，本领域技术人员还可以采用其他合理的富集程度参数。

此外，还需要说明的是，根据六个单因素与富集程度关系式的相关系数的大小，可分析富集程度与各因素之间的关系密切程度，相关系数的值越大，则富集程度与该因素的关系越密切，影响越大，由此可排除相关系数很低的因素。

S3建立预测模型：将获得的六个单因素与富集程度的关系式通过多元线性回归法建立断控天然气藏富集程度的多因素预测模型:

其中，a_i为权重系数，通过多元线性回归法获得。

在本步骤中，需要说明的是，权重系数a_i为通过多元线性回归法获得的六个单因素均一化变量的最优组合回归系数。此外，通过所得多因素预测模型相关系数的大小，可以评价模型的合理性和可靠性。

S4选择勘探潜力区：初选勘探潜力区，获取初选潜力区对应的源岩-断层接触处平均生气强度X₁、源岩-断层接触面积X₂、成藏期源-储剩余压力差X₃、天然气纵向运移距离X₄、断层倾角余弦值X₅、保存条件参数X₆的数据，代入所述多因素预测模型计算得到每个初选潜力区的富集程度，选择其中富集程度高的地区作为重点勘探潜力区。

在本步骤中，需要说明的是，勘探潜力区的初选可采用本领域技术人员所熟知的评价断控天然气藏富集程度的定性分析方法，选择成藏条件有利的地区为勘探潜力区。进一步通过将初选潜力区对应的六个因素的数据代入所述多因素预测模型中，可计算获得每个初选潜力区的富集程度，选择其中富集程度高的地区作为重点勘探潜力区。

本发明实施例所提供的定量评价断控天然气藏富集程度的方法的流程图如图3所示，本发明实施例针对不同地质背景的待勘探区，选择同一构造背景下、相同类型的已探明断控天然气藏为研究区，建立了六个单因素与富集程度的关系式，进一步通过多元线性回归法，建立了特定研究区天然气藏富集程度的定量表征模型——多因素预测模型，模型中不同因素对应的权重系数即可反映所有不同因素之间以及各因素与富集程度参数之间的模切程度的大小。同时，利用该模型可对同一研究区内待勘探区的天然气富集程度进行预测，从而优选出重点勘探潜力区。这种精细定量评价方式可以有效提高断控天然气藏富集程度的定量评价精度，提高勘探成功率，同时可降低断控天然气藏的勘探风险。

在一可选实施例中，所述的富集程度参数为储量，其单位为m³。由于储量是易测定且具有代表性的富集程度参数，因此，在本实施例中，采用储量表征断控天然气藏的富集程度，由此获得的多因素预测模型更具有代表性。可以理解的是，本领域技术人员还可以采用其他合理的富集程度参数。

在一可选实施例中，所述源岩-断层接触处平均生气强度X₁通过将烃源岩层1与断层2的接触处分成若干小段，由每一小段处的生气强度相加求平均获得，采用此方法获得的数据更为准确。

在一可选实施例中，为了便于获取保存条件参数的数据，所述保存条件参数X₆采用断接厚度参数表征，通过对断接厚度分类赋值的方法获得。在本实施例中，所述保存条件参数X₆采用断接厚度参数表征，即盖层4的厚度与断层2的断距差值，如图2中标注的h所示。由于在一定厚度范围内，泥岩(或盐膏岩)的保存作用相差较小，因此，可以通过对断接厚度分类赋值法获取保存条件系数X₆。具体的，按照断接厚度大小对盖层4进行分类，即A类：h>500m、B类：h＝500-300m、C类：h＝300-100m、D类：h＝100-40m、E类：h＝0-40m，分别对五类盖层的保存条件系数X₆进行赋值，即A类：X₆＝4、B类：X₆＝3、C类：X₆＝2、D类：X₆＝1、E类：X₆＝0。采用分类赋值法获取保存条件参数X₆，不需要测定盖层中泥岩(或盐膏岩)的保存作用的具体数值，简化了操作步骤，降低了工作量、耗时短，且成本低。

为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的定量评价断控天然气藏富集程度的方法，下面将结合具体实施例进行描述。

实施例1

以渤海湾盆地东濮凹陷煤成气藏为例，具体说明定量评价断控天然气藏富集程度的方法。渤海湾盆地东濮凹陷煤成气的烃源岩为下部石炭-二叠系煤系地层，主要富集层系为古近系，区内主干基底断裂为其主要的垂向输导通道，属于典型的断控天然气藏。具体操作步骤如下：

1、选取影响因素：选取与断控天然气藏富集程度相关的六个地质因素，分别为源岩-断层接触处平均生气强度X₁、源岩-断层接触面积X₂、成藏期源-储剩余压力差X₃、天然气纵向运移距离X₄、断层倾角余弦值X₅、保存条件参数X₆；

2、分析单因素相关性：选取文23、户部寨、马厂、白庙、卫城、濮城6个已知断控天然气藏，分别获取其对应的源岩-断层接触处平均生气强度X₁、源岩-断层接触面积X₂、成藏期源-储剩余压力差X₃、天然气纵向运移距离X₄、断层倾角余弦值X₅、保存条件参数X₆以及其煤成气探明储量的数据，分别绘制六个因素与富集程度的散点图，如图4-图9所示，通过拟合函数获得以下具体单因素与富集程度的关系式：

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*X₆^2.0762，R²＝0.8567 (6)

其中，源岩-断层接触处平均生气强度X₁通过将烃源岩层1与断层2的接触处分成若干小段，由每一小段处的生气强度相加求平均获得；源岩-断层接触面积X₂为源岩-断层纵向接触长度L₁与平面接触长度L₂的乘积，其中，L₁和L₂通过地震解释的平剖面数据结合微分叠加的方法获得；成藏期源-储剩余压力差X₃为成藏期烃源岩层1的剩余压力与储集层3中圈闭储层的孔隙流体剩余压力的差值，其中，成藏期烃源岩层1的剩余压力由排烃压力替代表征，圈闭储层的孔隙流体剩余压力通过流体包裹体分析和欠压实方法综合确定；天然气纵向运移距离X₄通过地震解释的平剖面数据结合微分叠加的方法获得；断层倾角余弦值X₅即为断层倾角θ的余弦值，断层倾角θ的角度通过桌面直尺量角器在地震剖面上读取；保存条件参数X₆采用断接厚度参数表征，通过对断接厚度分类赋值的方法获得。

从式(1)-式(6)可以看出：渤海湾盆地东濮凹陷煤成气藏的煤成气探明储量与源岩-断层接触处平均生气强度X₁、源岩-断层接触面积X₂、成藏期源-储剩余压力差X₃以及保存条件参数X₆呈正相关关系，与天然气纵向运移距离X₄及断层倾角余弦值X₅呈负相关关系。由相关系数R²的大小可以看出各因素对煤成气探明储量影响的强弱顺序为：源岩-断层接触处平均生气强度X₁>保存条件参数X₆>源岩-断层接触面积X₂>断层倾角余弦值X₅>成藏期源-储剩余压力差X₃>天然气纵向运移距离X₄，由此表明：源岩生气强度和保存条件是东濮凹陷煤成气成藏的首要控制因素，而断裂输导分流作用对其控制作用相对较弱。

3、建立预测模型：将式(1)-式(6)通过多元线性回归法建立断控天然气藏富集程度的多因素预测模型为:

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

从相关系数R²＝0.9868可以看出，拟合的公式具有较高的相关性。从图10中可以看出，通过多因素预测模型式(7)得到的计算值与实际值的误差相对较小，误差均在允许范围之内，保证该模型的建立合理、可靠。

4、选择勘探潜力区：通过对东濮凹陷煤成气待勘探地区的成藏要素与富集程度之间的关系进行定性分析，初步选取凹陷内的桥口、方里集、文中、文西、刘庄和徐集六个勘探潜力区，获取初选潜力区对应的源岩-断层接触处平均生气强度X₁、源岩-断层接触面积X₂、成藏期源-储剩余压力差X₃、天然气纵向运移距离X₄、断层倾角余弦值X₅、保存条件参数X₆的数据，代入式(7)中，计算得到六个地区的预测煤成气储量，如表1所示：

表1六个初选潜力区测定数据及预测煤成气探明储量的数据统计表

文中地区、方里集地区预测煤成气储量相对较高，分别达74.80亿方和55.14亿方，文西、刘庄、桥口地区次之，预测储量分别为34.57、27.08和15.84亿方，徐集地区最小，预测储量仅为8.84亿方，因此，优选文中和方里集两个预测储量较高的地区作为重点勘探潜力区。