​页岩油气资源评价(页岩油气资源评价思路与方法)

页岩油气资源评价(页岩油气资源评价思路与方法)

美国页岩油气(含致密油)开发取得巨大成功，引起人们对页岩油气资源勘探开发的极大兴趣，因此关于页岩油气资源潜力成为社会关注的重点，许多机构和学者纷纷开展了页岩油气资源评价。然而，相比常规油气资源而言，页岩油气资源评价还处在发展阶段，关于页岩油气资源评价一些基本问题需要进一步认识和完善。

从资源评价角度看，页岩油气资源地质特征与常规油气的不同对资源评价有什么影响, 油气资源量有哪些分级，为什么要更重视页岩油气的可采资源量评价，主流的页岩油气资源评价方法有哪些，影响页岩油气资源评价主要因素是什么? 本文将对页岩油气资源评价所涉及的这些基本问题进行探讨，以期促进页岩油气资源评价工作的改进和完善。

1. 页岩油气资源的地质特征对资源评价有什么影响？

油气资源地质特征是油气资源评价的基础，油气资源地质特征的不同可能会导致其资源评价模型与方法的不同。页岩油气藏属于非常规连续型油气藏，其赋存地质特征与常规油气藏有明显差别，一是页岩油气一般呈大面积连续型分布，常规油气通常呈不连续独立分布；二是页岩油气赋存与水浮力没有直接关系，呈游离态、吸附态及溶解态，常规油气赋存与水浮力直接相关，呈游离态和溶解态（表1）。因此基于油气藏/田规模和数量的常规油气资源评价方法就不适用于页岩油气资源评价，如油气藏规模序列法、USGS的第七近似法（THE SEVENTH APPROXIMATION）等，需要建立适合页岩油气地质特点资源评价方法。如美国地质调查局（USGS）针对页岩油气藏等连续性油气藏地质特点建立了适合连续性油气藏资源评价的FORSPAN模型法（见下文）。

在常规油气藏中，油气通常呈游离油气或溶解气状态存在，而在页岩油气藏中，油气不仅呈游离油气，还有以吸附气状态存在的页岩气也对产量有较大贡献，在资源评价中需要考虑。页岩油气藏溶解气一般含量较少，资源评价中通常不考虑。当应用体积法评价页岩气资源量时，需要注意吸附气与游离气的不同，要建立与游离气含气量不同的测算方法。

表1 常规油气藏与页岩油气藏特征对比

常规油气藏

页岩油气藏

分布特征

不连续独立分布

大面积连续分布

与水浮力关系

油气赋存与水浮力直接相关

油气赋存不直接受水浮力的影响

赋存状态

游离态、溶解态

游离态、吸附态、溶解态

资源特点

资源量总体规模较小，采收率较高

资源量总体规模较大，采收率低

页岩油气具有源储同层和渗透率低的特点，储层需要压裂改造才能形成商业油气产量，因此页岩油气资源评价单元评价参数也与常规油气资源评价单元有所差异。有机质含量（TOC），热成熟度（Ro）、脆性矿物含量和储层压力等是评价页岩油气资源评价单元的重要参数。

2. 页岩油气资源评价要评价哪些级别的资源量？

油气资源分级分类不仅为油气资源评价提供标准，也是建立资源评价方法前提，因为不同层级的资源量往往要求用不同模型和方法来评价。因此开展资源评价首先必须了解油气资源分级分类及其相互关系，要明确资源评价究竟是评价哪级资源量。

石油工程师协会（SPE）联合美国石油地质家协会（AAPG）、世界石油理事会（WPC）和石油评价工程师协会（SPEE）于2007年发布了《油气资源管理体系》，系统定义了油气资源分类（图1），为油气资源评价和管理提供了标准，这个分类体系已得到世界大多国家认可和应用，我国油气资源分类也基本与之接轨。

图1 SPE/WPC/AAPG/SPEE油气资源分类框架

在这个资源分类框架中，资源含义很广，不仅包含未发现资源量，也包含已发现但未采出的储量，还包含了已采出的产量。我们通常所说资源评价不包括储量和产量，关于油气储量有专门的一套评价方法和标准。无论常规还是非常规油气资源，资源评价估算的资源量包括三级资源量：地质资源量、技术可采资源量和经济可采资源量, 图2展示了这三级资源量的关系[22]。目前国内外的油气资源评价通常是评价地质资源量和技术可采资源量，经济可采资源量评价很少涉及。

图2 不同层级资源关系示意图

地质资源量是指依据相关理论，根据所获得地质、地球物理和分析化验等资料，运用针对性的方法估算得出的原始油气藏油气总量（包括已发现的和未发现的）。地质资源量是评价者对地下资源的估算值，不等于地下资源实际蕴藏量。估算地质资源量对于地质研究有重要意义，它有助于人们研究油气资源形成与分布规律，了解不同地区和盆地油气规模与丰度，评价油气勘探开发潜力与前景。但是由于地质资源量尤其是非常规地质资源量有很大一部分在可预见的未来不可采，对储量增长没有贡献，更不能转化为产量，因此地质资源量对油气生产规划的意义有限。

技术可采资源量是指在设定的技术条件下，估算用设定的技术可以开采的资源量。设定的技术条件通常是指已直接或间接证实可适用的技术，并不考虑尚未证实适用或未开发的技术。估算技术可采资源量可以通过地质资源量和采收率来换算，也可以基于开发生产数据来直接估算。技术可采资源量估算实际上是指在一定时间范围内的可采资源潜力，如果没有特别说明，有效时间范围一般也就40-50年内。目前UGSG开展油气资源评价通常把有效时间明确设定为30年，它评价得出的待发现资源量是代表在未来30年内对储量增长有贡献的资源潜力。估算技术可采资源量目前已成资源评价工作一项必要的任务。

经济可采资源量是指在特定的经济条件下（主要是成本和价格），估算技术可采资源量中可以经济开采的资源量，换句话说，经济可采资源量估算就是对技术可采资源量进行经济评价，评价技术可采资源量在特定的经济条件下经济的开采量。经济可采资源量对于近中期油气产量预测更有价值。经济可采资源量评价目前没有普遍开展，很少有经济可采资源量评价结果的公开报导。USGS对1995年全美常规与非常规油气资源评价专门开展了经济评价工作，估算了不同油气价格条件下经济可采量。USGS对2010年美国阿拉斯加北坡待发现技术可采资源量也开展经济评价。

页岩油气资源属于非常规油气资源，与一般非常规油气资源有类似特点，地质资源量规模大，但是开采难度大，因此采收率普遍较低。图3 显示了北美12个主要油气盆地常规油气资源与非常规气分布情况，在12个盆地中非常规气资源量大，占比都较高，最高的是福特沃斯h盆地97%，最低的是二叠盆地36%，常规油气仅占64%%。这12个盆地页岩气资源丰富，在阿卡玛盆地，页岩气资源占94%，页岩气资源占比最少的也达到40%。据EIA统计，美国主要页岩油/致密油区带页岩油、致密油采收率不超过10%，最低不足1%，最高的9%。平均约3.5%（表2）。 因此页岩油气资源评价更关注可采资源量规模，地质资源量大对应的可采资源量不一定多，因为采收率变化对可采资源量的影响很大。

图3 北美12个盆地常规油气与非常规气技术可采资源分布

表2 美国主要页岩油/致密油区带采收率统计

盆 地

地层组/区带

地层年代

页岩油/致密油采收率

威利斯顿

Bakken ND Core

密西西比纪-泥盆纪

8.40%

Bakken ND Ext.

密西西比纪-泥盆纪

7.70%

Bakken MT

密西西比纪-泥盆纪

3.90%

Three Forks ND

泥盆纪

8.20%

Three Forks MT

泥盆纪

3.60%

墨西哥湾盆地西部

Eagle Ford Play #3A

晚白垩世

8.10%

Eagle Ford Play #3B

晚白垩世

9.00%

Eagle Ford Play #4A

晚白垩世

4.20%

Eagle Ford Play #4B

晚白垩世

5.80%

福特沃斯

Barnett Combo - Core

晚白垩世

1.50%

Barnett Combo - Ext.

密西西比纪

1.80%

二叠盆地

Del. Avalon/BS (NM)

二叠纪

1.90%

Del. Avalon/BS (TX)

二叠纪

2.10%

Del. Wolfcamp (TX Core)

二叠纪-宾西法尼亚纪

3.40%

Del. Wolfcamp (TX Ext.)

二叠纪-宾西法尼亚纪

1.30%

Del. Wolfcamp (NM Ext.)

二叠纪-宾西法尼亚纪

2.40%

Midl. Wolfcamp Core

二叠纪-宾西法尼亚纪

1.90%

Midl. Wolfcamp Ext.

二叠纪-宾西法尼亚纪

1.60%

Midl. Cline Shale

宾西法尼亚纪

2.80%

阿纳达科

Cana Woodford - Oil

晚泥盆世

8.40%

Miss. Lime - Central OK Core

密西西比世

3.10%

Miss. Lime - Eastern OK Ext.

密西西比纪

0.60%

Miss. Lime - KS Ext.

密西西比纪

1.30%

Utica Shale - Oil

奥陶纪

2.10%

D-J盆地

Niobrara Core

晚白垩世

2.10%

Niobrara East Ext.

晚白垩世

1.20%

Niobrara North Ext. #1

晚白垩世

4.60%

Niobrara North Ext. #2

晚白垩世

0.90%

Niobrara North Ext. #2

晚白垩世

0.90%

3. 主流的页岩油气资源评价思路与方法是什么？

尽管目前国内外油气资源评价方法种类繁多，但是基本可归为两种不同的评价思路：一是成烃思路，以成因法为代表，二是成藏思路，目前的主流评价思路。成烃评价思路是一种典型的“顺藤摸瓜”式思路，以生烃单元为评价的出发点，从生烃（量）来推算资源量。成藏评价思路则可用“按图索骥”来形容，以油气聚集单元评价为出发点，该思路评价资源量与储量计算思路类似。从目前国内外机构和学者在进行非常油气资源评价所使用的具体方法来看，大多是采用成藏评价思路，评价结果也得到广泛应用。采用成烃评价思路的方法很少，其评价结果引用也很有限。

属于成藏评价思路的页岩油气资源评价具体方法有很多，但是目前国内外采用主流的资源评价方法并不多。本文所谓的主流的评价方法需要满足两个条件：一是评价方法较为成熟，得到了广泛应用，二是其评价结果具有权威性，得到了广泛认可和引用。按照上述两个条件，主流的页岩油气资源评价方法可归纳为两类：即基于单位体积含油气量的地质资源量评价方法和基于单井EUR( Estimated Ultimate Recoveries)的技术可采资源量评价方法。尽管类比法也经常应用于页岩油气资源评价，但是它并不是一类基础的评价方法，而是基于两类主流基础方法而衍生出的一类评价方法。开展页岩油气资源评价应当尽可能采用主流的评价方法，以保证评价方法可靠，评价结果更为可信。

基于单位体积含油气量的地质资源量评价方法以体积法为代表，在国内外有广泛的应用，如美国EIA/ARI的体积法（确定性/概率法），张金川的概率体积法和CNPC的小面元法，这些方法不能直接评价技术可采资源量，需要通过采收率转换为技术可采资源量。 基于单井EUR的技术可采资源量评价方法以美国USGS的FORSPAN法为代表，该方法直接评价出技术可采资源量，其中EUR是评价的关键参数，主要依据开发生产数据来获取。

USGS应用FORSPAN法在世界范围内开展了大量的页岩油气资源评价，同时也评价了中国四川盆地、渤海湾盆地辽河拗陷、鄂尔多斯盆地和塔里木盆地等地区的页岩油气技术可采资源量. Olea等的随机模拟法和CNPC的EUR类比法也属于基于单井EUR的技术可采资源量评价方法，但是这两种方法成熟度较低，应用有限。基于单位体积含油气量的地质资源量评价方法和基于单井EUR的技术可采资源量评价方法在国内外页岩油气资源评价中得到广泛应用，各有优势和劣势（表3），实际中应用那类方法取决于评价资料和评价目的。

表 3 两类主流的页岩油气资源评价方法对比

基于单位体积含油气量的

地质资源量评价方法

基于单井EUR的

技术可采资源量评价方法

优 点

适用范围广，也适用勘探开发不成熟的新区

直接计算可采资源量，避免因估算可采系数不确定性的影响

地质资料和科技进步因素易于反映到评价中

评价结果更符合生产实际

缺 点

不能直接计算可采资源量

通常需要大量生产数据

因需通过采收率转换，增加了可采资源评价结果的不确定性

没有考虑未来技术进步因素的影响

不能直接用于勘探开发程度低的新区

4. 影响页岩油气资源评价有哪些主要因素？

影响页岩油气资源评价的因素很多，不同级别的资源量影响因素有不同。地质资源量受地质因素控制，随着地质认识变化，地质资源量也会发生变化。影响技术可采资源量的有地质因素和技术因素，地质认识的变化和技术条件的改善都可能导致技术可采资源量的变化。相对技术可采资源量，经济可采资源量更加易于变化，因为除地质和技术因素外，经济因素直接影响经济可采资源量，只要勘探开发成本和油气价格等发生变化，经济可采资源量就会变化。

以往资源评价表明，对于同一地区或盆地页岩油气资源评价结果往往会有很大差异（见表4），产生这种差异的原因显然有对评价区认识的不同。不同评价者或同一评价者在不同时期对同一评价区的认识往往不同，因此评价参数取值就有变化，就会导致评价结果的差异。

同时我们注意到，用不同评价方法来评价同一评价区的资源量，其评价结果也会有较大差异，这种资源评价结果差异究竟有多少是因不同评价方法影响，同一评价区的不同方法评价结果有可比性吗？为了回答这个问题，德国地球科学与自然资源联邦研究院和美国地质调查局的专家联合开展一项对比研究，选择成熟的美国阿卡玛盆地Woodford页岩区带以及尚未开发的阿拉斯加北坡Shublik和Brookian页岩区带作为评价案例，分别应用体积法和USGS的FORSPAN法开展评价。为了消除地质因素对评价结果差异的影响，这两种不同方法建立的评价区地质模型和评价单元完全相同，选取相关的地质参数（TOC，面积、厚度、孔隙度和地层压力等）也一致。

表4 四川盆地级周缘页岩气资源评价结果对比

时 间

机 构

方 法

评价层系

技术可采资源量Tcf

2011

EIA/ARI

体积法

下寒武统筇竹寺组

692

下志留统龙马溪组

2013

EIA/ARI

体积法

下寒武统筇竹寺组

625.9

下志留统龙马溪组

二叠系

2015

USGS

FORSPAN法

下寒武统筇竹寺组

23.9

下志留统龙马溪组

二叠系龙潭组

2012

国土资源部

体积法

寒武系、志留系、二叠系、三叠系、侏罗系

227.4

2015

国土资源部

体积法

寒武系、志留系、二叠系、三叠系、侏罗系

398.3

表5 阿卡玛盆地和阿拉斯加北坡页岩气资源评价结果

盆地

阿卡玛

阿拉斯加北坡

页岩区带

Woodford

Shublik

Brookian

资源分级

技术可采资源量

技术可采资源量

技术可采资源量

FORSPAN法

F95

6.06

0

0

F50

10.16

36.6

2.12

F5

17.04

72.2

4.37

均值

10.68

38.4

2.18

资源分级

地质资源量

技术可采资源

地质资源量

技术可采资源

地质资源量

技术可采资源量

体积法

P05

49.5

4.95

56.5

5.65

36

3.6

P50

148

14.8

293

29.3

36

3.6

P95

347

34.7

1186

118.6

117

11.7

均值

171.3

17.13

413

41.3

43

4.3

注；1 表中资源量单位Tcf; 2 地质资源量转为技术可采资源量采用10%的采收率。

通过分析这项对比研究的评价结果（表5），给我们启示是，在相同的地质模型和参数条件下，同一评价对象的两种不同方法评价结果具有可比性，同时也反映两种方法内在的不确定性和差异。阿拉斯加北坡两种方法评价结果差异大于阿卡玛盆地评价结果，说明评价区勘探开发程度的提高以及地质和生产数据的增多有助于减少评价结果的不确定性，增加不同方法评价结果的可比性。

这项对比研究结果也表明，地质评价（地质模型建立、评价单元定义和地质参数值确定）比评价方法更能影响资源评价结果。页岩油气资源评价的差异主要是由于地质评价的不同和输入数据的不同而导致的，而不是因为评价方法不同而产生的。因此提高页岩油气资源评价的确定性和可靠性，地质评价是基础也是关键。地质评价是研究油气成藏规律，弄清油气藏过程, 认识资源地质特点，建立评价地质模型，确定资源评价地质参数。如果地质评价做不好，关键评价参数取不准，资源评价就失去了基础，那么无论用什么先进评价方法或采用更多的评价方法，都不能提升资源评价的准确度，资源评价结果都是不可信的。