盆地模拟技术30年回顾与展望

编者按　石广仁先生是我国石油勘探开发I T 界德高望重资深专家,在国际学术界享有声誉,值牛年新春,我们首发此文,深感荣幸,该文有以下三点新意:

(1)此文首次对盆地模拟技术的现状、最新技术、技术目标定位、改进方案及今后技术研发方向进行评述。

(2)在文章中提到的一些新技术是近年来作者的个人研究成果,都是达到国际先进水平,有的还是国际领先水平。例如,在国际权威杂志《Mathe matical Geol ogy 》2006年第1期上刊载了对作者盆地模拟英文书(见参考文献[4])的书评,表示该书获得了国际数学地质界的认可;国际权威杂志《Mathe matical Geosciences 》2008年第1期上刊登了作者盆地模拟文章(见参考文献[23])。(注:《Mathe matical Geol ogy 》期刊从2008年开始

改名为《Mathe matical Geosciences 》

)。(3)与本文有关的参考文献精心选择了31篇(这是支持本稿内容所必需的),有益于盆地模拟技术的研发及应用。

盆地模拟技术30年回顾与展望

石广仁

(中国石油勘探开发研究院　北京100083)

摘　要　自1978年世界上第一个一维盆地模拟系统建立以来,已30周年。本文首先概述盆地模拟

技术的现状,指出盆地模拟的主要最新技术。然后,根据实际应用效果对盆地模拟的目标进行定位,认为盆地模拟基本上起到区带评价的作用,尚未起到圈闭评价的作用。最后,针对盆地模拟技术当前存在的主要问题,提出了改进方案,作为今后技术研发的方向。关键词　盆地模拟;地史;热史;成岩史;生烃史;排烃史;运聚史;风险分析

0引　言

由于石油地质学的多学科性和复杂性,该领域基本上尚处于定性或局部定量的阶段。盆地模拟技术基于物理化学的地质机理,在时空概念下由计算机定量地模拟油气盆地的形成和演化,烃类的生成、运移和聚集,故能直接揭示盆地油气规律本质。1978年世界上

出现了第一个一维盆地模拟系统[1]

,上世纪80年代先

后出现了二维盆地模拟系统[2,3]

,90年代开始了三维盆地模拟系统的研发。盆地模拟技术虽已有30年的发展历史,但仍是当今世界石油勘探大力发展的技术,也是石油地质定量化研究的热门手段,被认为是油气勘探七大关键技术的第2个技术(据中国科学技术信息研究所,2007年7月24日)。实际上,盆地模拟不仅仅是油气资源评价的工具,更重要的是已成为油气地质勘探日常地质分析的必备技术。本文首先概述盆地模拟技术现状,然后提出该技术的定位及改进。

1盆地模拟技术现状

目前作为一个完整的盆地模拟系统是由如下6

个模型有机组成:地史模型,热史模型,成岩史模型,

生烃史模型,排烃史模型(初次运移),烃类运聚史模

型(二次运移)[4]

。一般地说,判断一个盆地模拟系

统的优劣可从如下五个方面考虑:①输入参数的种类和数量尽可能多;②模型数目齐全,即一维系统应由上述前五个模型组成,二维和三维系统应由上述六个模型组成;③各模型的方法正确,技术先进;④输出图件的种类齐全,精确实用;⑤具有参数敏感性与风险分析的功能。实际应用时,各模型所采用的维数应取决于勘探程度:在高勘探程度阶段(即有较多的井和地震复盖),宜用三维模拟;在中等勘探程度阶段(即有较少的井和地震复盖),宜用二维模拟;在低勘探程度阶段(即仅有很少的井),宜用一维模拟。笔者总结了盆地模拟主要技术的最新成果(见表1)。

1.1地史模型

地史模型是盆地模拟的基础,应考虑沉积间断、沉积压实、欠压实(超压)、单层剥蚀、多层连续剥蚀、断层及古水深等地质现象,其精度直接影响后面五个模型的精度。采用的模拟方法可分为三种(表1):超压技术(适用于欠压实带);回剥技术(适用于正常压实带);回剥与超压相结合的技术(适用于正常压实带和欠压实带)。

3

石油工业计算机应用　总第

61期　2009年第1期

作者简介石广仁(1940-),男,教授级高级工程师、博士生导师,主要从事地学定量(含盆地模拟)研究。

表1　

盆地模拟的主要最新技术

1.2热史模型

热史模型是盆地模拟的关键,因为地温史是烃类成熟度的最重要客观因素。采用的模拟方法可分为两种(表1):地球热力学法(若不以地化资料为约束条件,可靠性较差);地球热力学与地球化学相结合的方法(可靠性较好)。

1.3成岩史模型

在地史模型和热史模型计算结果的基础上,可以进行成岩史的模拟计算(表1):方解石胶结、伊利石充填、石英次生加大。它们都会引起岩性的变化,造成次生孔隙,影响孔隙发育史。

1.4生烃史模型

生烃史模型是盆地模拟相当重要的部分,因为生烃量史是油气资源评价的一部分。烃类成熟度的表达有:干酪根降解率;TTI ;R o ;甾烷、霍烷的异构化指数(不能据此计算生烃量)。采用的模拟方法可分为三种(表1):TTI -R o 法,适用于高勘探程度阶段;化学动力学法(有油气二相、组分两类),适用于中等勘探程度阶段;Easy R o 法,适用于低勘探程度阶段。

1.5排烃史模型

排烃史(又称油气初次运移史)模型是盆地模拟非常重要的部分,因为排烃量史和排烃方向史是油气资源评价的一部分,其精度又直接影响后面运聚史模型的精度。国外主要采用Pepper -Corvi 模型[5]

,国内主要采用压实渗流法求排油、物质平衡法求排气(表1)。

1.6烃类运聚史模型

运聚史(又称油气二次运移史)模型是盆地模拟的最重要部分,因为油气运聚量史是油气资源评价的

最重要部分,因为石油地质家虽然关心前五个史,但

更注意运聚史的结果,以便确定油气聚集的位置及其数量,进而预测出有利勘探地带(初级目标)、有利钻探位置(高级目标)。自上世纪80年代以来,该模型总体上来说取得了长足的进步,形成了4种运聚定量

模拟技术(表1):多相达西流法[2,3,6-11]

,流径法[fl o wpath,译为流径法,以示与油藏模拟的类似技术

strea m line (译为流线法)之区别][7,11-14]

,混合法

[7,11,14]

及侵入逾渗法[7,11,15-19]

。

多相达西流法在上述4种技术中是技术最复杂也是采用最早的方法,被称之谓“全物理方法”,因为它考虑了各种力(浮力、毛细管力和粘滞力)的总和与平衡,描述油、气、水的“烃源→圈闭”的运动;又曾被誉为“主力技术”。流径法是继多相达西流法之后的第2个方法,实际应用较广。该技术类似于油藏模拟的流线法,但两者的模拟条件不同。混合法是第3个方法,实际应用稍晚。侵入逾渗法是第4个方法,实际应用较晚。

2盆地模拟技术的定位及改进

由于上述每模型自身的诸多简化假设、输入数据的不确定性,故:(1)在低勘探程度阶段,不能进行二次运移模拟;(2)在中等勘探程度阶段,起到区带评价的作用;(3)在高勘探程度阶段,基本上还是起到区带评价的作用,只在局部可能起到圈闭评价的作用。由

此可见,盆地模拟技术真正成为油气系统[20]

或油气

成藏动力学[21]

(烃源→圈闭)的定量手段尚需相当长时间的努力。这是笔者对盆地模拟技术的目标定位。

下面对现有的盆地模拟技术提出改进意见。总体而言,为了提升盆地模拟系统的整体水平及改善模拟结果精度,①必须提高模型维数:目前大多数盆地模拟系统来说,没有实现真3-D 模拟,这是由于地史模型是1-D (单井模拟),故上述前5个模型实质上为1-D,第6个模型为2-D 、假3-D;②必须提高地质建模精细度:在允许的数据条件下,将地质建模单位由地层(f or mati on )改为小层(layer )。

2.1地史模型目前沉积史和构造史模拟精度较低,不适应面临越来越复杂多变的石油勘探地质条件(尤其是国内),其原因是:除了上述的模型维数、地质建模精细度外,三种模拟技术(表1)都是建立在垂直沉降假设的基础上。若要打破这一假设,还应采用平衡剖面技术

4

Co m pu ter Applica tions of Petroleum 2009,T otal 61No .1