应用地理信息系统进行油气资源综合评价.pdf

2 0 1 1年 1 2月 第 3 O卷第 6期 大庆石油地质与开发 Pe t r o l e um Ge o l o g y a n d Oi l fie l d De v e l o p me n t i n Da q i n g De c ．． 2 01 1 V0 1 ． 3 0 No ． 6 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． I S S N． 1 0 0 0 - 3 7 5 4 ． 2 0 2 1 ． 0 6 ． O 1 1 应用地理信息 系统进行油气 资源综合评价 陈 伟 刘 大锰 许 露露 1 ．中国地质大学能源学院， 北京1 0 0 0 8 3 ； 2 ． 重庆地质矿产研究院，重庆4 0 0 0 4 2 摘要油气资源评价在油气田勘探开发中具有重要作用。在地理信息系统 G I S 软件支持下，利用模糊数学与 层次分析相结合的方法对大庆朝 5 9区块进行资源综合评价应用 ，最终划分出4类有利区块，识别出2个有利井 区。预测结果表明，该评价方法简便易行 ，评价结果直观 ，可信度较高。应积极研发各类 G I S软件功能，使其 广泛应用于油气勘探开发的各个领域。 关键词地理信息系统 G I S ；模糊数学；层次分析；资源评价 ． 中图分类号T E l 2 1 ． 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 0 3 7 5 4 2 0 1 1 0 6 - 0 0 5 7 - 0 5 I NTEGRATED UATI oN oF HYDRoCARBON RES OURCES BY GEoGRAP HI C I N ATI oN S YS TEM CHEN W e i ， LI U Da me n g ， XU Lu l u 1 ． F a c u l t y o f E n e r g y R e s o u r c e s ，C h i n a U n i v e r s i t y of Geo s c i e n c e s ，B e ij i n g 1 0 0 0 8 3， C h i n a ；2 ． C h o n g q i n g I n s t i t u t e of G e o l o g y a n d Mi n e r a l R e s o u r c e s ，C h o n g q i n g 4 0 0 0 4 2 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e e v a l u a t i o n o f h y d r o c a r b o n r e s o u r c e s p l a y s a n i mp o r t a n t r o l e i n t h e e x p l o r a t i o n a n d d e v e l o p o f o i l g a s fi e l d s ．S u p p o rt e d b y G e o g r a p h i c I n f o r ma t i o n S y s t e m G I S s o h w a r e -i n t e g r a t e d r e s o u r c e e v a l u a t i o n i s c a r r i e d o u t i n Da q i n g C h a o 5 9 B l o c k w i t h a me t h o d c o mb i n e d f u z z y ma t h e ma t i c s a n d a n a l y t i c h i e r a r c h y p r o c e s s ．As a r e - s u h， 4 t y p e s o f f a v o r a b l e b l o c k s a r e d i v i d e d a n d 2 f a v o r a b l e b l o c k s a r e i d e n t i fi e d ．T h e p r e d i c t i o n r e s u l t s h o ws t h a t t h e e v a l u a t i o n me t h o d i s c o n v e n i e n t a n d s i mp l e ，a n d t h e r e s u l t i s h i g h l y i n t u i t i v e a n d r e l i a b l e ．Ge o l o g i c a l s t a f f s h o u l d f u l l y d e v e l o p a n d e x p l o r e t h e f u nc t i o ns o f di f f e r e n t GI S s o ft wa r e a n d wi d e l y a p p l y t h e m t o e v e r y fie l d i n e x p l o r a t i o n a n d d e v e l o p me n t ． Ke y w o r d s g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m G I S ；f u z z y m a t h e ma t i c s ；a n a l y t i c h i e r a r c h y p r o c e s s ；r e s o u r c e e ． v a l U a t i o n 地理信息系统 G I S 是在计算机软、硬件支 持下 ，对空间数据进行采集 、编辑 、存储管理、查 询分析 、显示制 图、综 合应用等处 理的综合性技 术。与传统的分析方法相 比较 ，它将过去的手工 、 单一 、静 态、以定性 为主 的分析技术 推进到多 时 相 、多数据源 、时空结合 、定性与定量相结合的综 合分析技术。G I S 作为处理空间地理信息的新技术 是于 2 0世纪 6 0年代兴起和发展起来的 ，是一门介 于计算机科学 、现代地理学 、测绘遥感学、空间科 学、环境科学和管理科学之间的边缘学科，其基本 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 2 - 2 O 改 回 日期 2 0 1 1 -03 ． 1 0 基金项目国家自然科学基金资助项 目 4 0 9 7 2 1 0 7 。 作者简介陈伟，男，1 9 8 3 年生，在读博士，主要从事油气储层预测与评价研究。 E ma i l c h e n we i 6 2 0 3 1 s i n a ． c o n 5 8 大庆石油地质与开发 特征 是 能够 实 现对 空 间数 据 的分 析 、处 理 和 管 理l 1 。如今它被广泛应用于城乡规划 、资源评价、 环境管理 、宏观决策 、灾害预测 、作战指挥 以及全 球性问题。尤其在矿产资源的勘探开发方面，越来 越多地为世界各国地质调查部门所采用 ，并在区域 地质调查 、区域矿产资源与环境评价 、矿产资源与 矿权管理中发挥越来越重要 的作用。目前国外开发 的具有代表性的 G I S软件有A R C ／ I N F O ，I G D S ／ MRS， TI GRI S， S P ANS， MAP ／I NF0， GENAMAP， E R D A S等。国内现在普遍采用 的是 由中国地质大 学 武汉吴信才教授等研发的具有 自主版权的 地理信息系统软件M A P G I s和美国 M a p l n f o 公 司的 Ma p I n f o P r o f e s s i o n a l 桌面地理信息系统 。 近年来 ，国内许多学者 的研 究表 明1 5 - 1 1 J ，对 于资源评价以及有利区块预测，虽然在固体矿产、 液体矿产以及非常规能源领域，地理信息系统的应 用都取得了良好的效果 ，但评价方法较为杂乱 ，评 价 因素较为单一。 V ， ，⋯ ， 。将各单因素评价集中的隶属度之 行组成矩阵 R R称为单 因素矩阵。 表示 U 和 之间隶 属度 ， 称 为从 到 y 的模糊关系。 中各 因素 y 在 综合评判中的影 响大小可表示 为 上的一个模 糊 子集为 A a ， ， a ， ⋯， a ， 当确定 A， R之后 ， 其对 该评判对象的综合评判结果为 B A R 。 1 ． 2评价体系的建立 影响油气资源 的因素很 多，主要包括地 质 因 素 ，储集因素及含油气特征等因素 ，而每项条件 的 优劣又 由许多因素所决定 ，根据层次结构模型及各 因素相互影响关系，可将各因素划分为不 同的层次 分别进行分析 图 1 。 1基 于地 理 信 息 系统 GI S 的 资源 评价方法 综 合 i平 f介 系 数 油气资源评价是通过对 多源地学信息 的综合 分析 ，对某一地 区的油气资源潜力进行综合评估 ， 优选出有利区带 ，为进一步勘探开发部署提供决策 支持 的一种系统工程 ，在油气 田的勘探开发中具有 重要作用。用于资源综 合评价工作 的数学方 法很 多 ，如加权 求和法 、模糊数学方 法、灰色 系统方 法 、层次分析方法等 。 1 ． 1评价方法的选择 进行油气资源评价必须考虑大量 的石油地质因 素 ，除生、储 、盖及它们 的组合关系之外 ，还主要 包括圈闭条件 ，沉积特征 ，砂体类 型，孔渗特征 ， 含油气特征等多项 ，且各项大部分又很难用一个准 确值来表示 。此次研究拟采用模糊数学与层次分析 相结合的方法来进行资源评价。模糊数学研究 的是 客观事物中各种不确定现象及其相互关系，而层次 分析法是系统论中的一种决策方法 ，是对决策系统 划分层次，建立多层次结构模型_ 1 j 。将二 者相 结合 ，即可在对某一现象进行评价时 ，对引起这一 现象 的各种 因素 其中的各 因素均带模糊性 进 行评价 ，最终获得对原现象的评价值 。 设单因素集R r ，⋯，r ，有限因 素集 Uu ， ，⋯，／Z ，有限评价集 V 砂体特征 O ． 4 储层特征 O ． 4 圈闭特征 0． 2 r沉积微相 1 0 ． 4 { 砂 厚 2 o ． 2 5 l 有效砂厚 o ． 3 5 f孔隙度 1 O ． 4 l 渗 透 率 o ． f构造特征 1 0 ． 4 l断 层特征 2 o ．6 图1储层综合评价体系 Fi g ． i I n t e g r a t e d e v al u at i o n s y s t e m o f r e s e r v oi r s 1 ． 3评价步骤的完成 地理信息系统强大的空间数据录入 、处理 、分 析和表达功能使资源评价工作更加快速、高效 ，且 能提供常规方法难以实现的分析和研究手段，提高 油气资源评价的可信度。利用 G I S辅助油气资源评 价的方法和步骤主要包括 1 数据的输入与存储 。G I S对数据采用分层 方式管理 ，称之为图层 ，地质 中的每一类特征数据 都可以单独组成一个 图层 ，也可以合并若干类特征 数据组成一个新的图层。数据的预处理和建库工作 主要是针对图层进行操作的。将油气资源评价需要 的各种地理或非地理因素的数据输人 G I S软件 ，形 成一体化的数据库。同时将不同因素的数据采用分 层方式存储于不同图层之内，灵活且方便了数据的 提取与修改。 2 数据的处理与转换。油气资源评价参数 多样 ，对于输入数据库中不同的评价因素 ，图层有 第 3 0卷第2期 陈伟等 应用地理信息系统进行油气资源综合评价 5 9 各 自不 同的数据处理方法 。如对于地震 、测井以及 孔渗饱等定量数据要进行不同程度 的去噪 、数据变 换等处理 ，而对于沉积相 ，构造特征及圈闭类型等 定性参数 ，首先要进行图形导人及矢量化处理 ，使 其成为可编辑的数据信息 ，从而为以后的数据成图 及图层转换作准备。 3 单元 图的编 制与处理。按 各 因素评价精 度的不同 ，将 图层进行 网格化处理 ，编制各评价因 素平面分布图及等值线 图，之后按各参数隶属度函 数关系 U对 图层 网格进行赋值 ，形成单 因素评 价网格图层。 4 各图层 的叠加计算 。对全部单 因素评价 网格图层按各 自所 占权重进行叠加运算 ，产生评价 结果 ，生成新的评价结果图层。 5 成果图件的处理 。参 考各类数 据及经验 值 ， 将预测成果 图件按不 同网格 区域进 行值域 区间 分类 ， 生成成果 图件 。评价值越大 ， 评价结果越好 。 2实例应用 朝 阳沟油 田位于松辽盆地 中央坳陷东部朝阳沟 阶地及长春岭背斜带上 ，邻近西北部 的三肇 凹陷 ， 由朝 阳沟背斜 、翻身屯背斜 、薄荷台和大榆树 2个 鼻状构造组成 ，是大庆长垣外围油 田中开发规模最 大的低一特低 渗透油 田【 1 3 - J 5 1 。本次研究 的区域 为 朝阳沟油 田朝 5 9区块 ，位于朝 阳沟油 田东北部 ， 区块面积约为 6 0 k m 。该区块呈半 环带状包围朝 阳沟背斜东部 ，整个 区域显示为东南高 ，西北低 。 研究 的目的层为扶余油层 图 2 。 2 ． 1评价 因素的选择 利用 G I S进行资源评价 ，基于以上思想 ，在建 立评价体系基础上 ，还需对各个单因素确定他们各 自的评价因素 函数和特征值 。对于评价因素中的定 性参数 ，如沉 积微相等 ，通 过给定专 家参数值确 定 ；对于定量参数 ，根据不同地区储层发育情况和 选用的参变量 ，采用降半梯形法 ，构建评价储层线 性隶属度函数。 2 ． 1 ． 1沉积微相 沉积微相为定性参数， 研究 目的层扶余油层属 于泉头组 四段 、 三段地层_ 】 。泉 四段沉积 时期 ， 气 候较为干旱 ， 构造稳定 ， 湖盆面积较小 ， 河流沉积 占 据主导地位 ， 主要 以西南部 物源为 主； 至泉 四段 早 期 ， 即扶一油组沉积时期 ， 湖水扩张 ， 沉积相以三角 洲平原相的分流河道和泛滥平原微 相为主， 河道砂 体发育 ， 单层厚度为 4 ． 2～ 7 ． 6 m， 扶一油组 中后期 ， 图2朝阳沟油田朝5 9 区块地理位置 Fi g ． 2 Ge og ra phi c l o cat i on o f Bl oc k C ha o 5 9 i n Cha o ya ng go u Oi l fi e l d 水下分流河道 、 分流 间湾开始发 育 ， 随着湖水 的扩 张， 向上逐渐变为薄层席状砂微相。研究得知， 扶余 油层主力层位集 中在扶一 油组。统计试油试采数 据 ， 其 中河 道砂 体 中油 层 、 差油 层 的发 育 占到 了 2 9 ％， 干 层 位 4 2 ． 5 ％ ； 点 砂 坝 中 油 层 发 育 占 到 2 4 ． 1 ％ ， 水层 1 2 ％ ， 干层 占到 6 0 ％以上 ， 河 口坝及决 口扇微相砂体油层发育 占到 2 1 ％， 干层 7 0 ％ 以上 ； 席状砂微相 中油层发育 1 4 ％左右 ， 水层发育较少 ； 其余微相砂体发育干层为 主， 油层基本不发育。根 据以上不 同微相对油气储集性能贡献大小 ， 将研究 区各类微相划分为不同的评价值 表 1 。 表 1 沉积微 相评 价值 Tabl e 1 Eva l uat i o n va l u e of s e di me nt ar y mi c r o f ac i e s e s 微相类型 评价值 河道 分流河道 点砂坝 决 口扇 河 口坝 席状砂 泛滥平原 天然堤 1 O． 7 5 0 ． 5 0 ． 2 5 0 2 ． 1 ． 2砂体特征 、 研究区扶余油层砂岩厚度为 3～ 5 5 m，平均 1 8 ． 4 4 m，主要分布在 l 5～ 3 0 m，占到 5 5 ％ 以上 ， 有效砂岩厚度为 l～ 3 4 ． 2 m，平均 l 0 ． 9 5 m，其 中 主要集中在 51 5 m，占到 6 0 ％以上，分析砂岩厚 度分布规律 ，将砂岩厚度按大于 3 0 m，2 03 0 m。 6 0 大庆石油地质与开发 1 5～ 2 0 i n和小于 1 5 m分为 4个 区间，有效砂岩厚 度按大于 1 5 1T I ，9～1 5 m，5 9 m和小于5 m分为 4个区间，确定其隶属度函数。 2 ． 1 ． 3储层特征 U 2 ，U 2 统计研究区 6口探井 2 6 5块样品 ，其中孔 隙度 主要分布为 1 0 ％ 一2 0 ％，平均孔 隙度 1 5 ． 5 ％，渗 透率分布为 0 ． 0 1～1 6 2 ． 5 l 0 b t m ，平均渗 透率 4 ． 9 X 1 0～ m ，属于中孔特低渗透储层 。结 合含油气显示数据 ，可将研究区孔渗数据分为 4类 图 3 ，其隶属度函数为 U1 2 丽 1 s s ≤1 5 1 1 5 6 s 一 l 1 其中5 为评价层位的砂岩 U1 3 0 ． 0 5 v 1 l 一 9 1 1 1 5s ≤ 2 0 2 0 s3 0 s≥ 3 0 厚度 ，m。 ≤ 5 5 ≤ 9 9 1 5 ≥ 1 5 其中 为评价层位的有效砂岩厚度 ，m。 u2 1 ≤ 1 2 ≤ 一 3 1 2 ≤ 1 5 一 3 1 5 1 8 1 ∞ ≥ 1 8 其中 D 为评价层位的平均孔隙度 ， ％ 。 U2 2 5 K 5 29 K 1 ， 5 K 1 K ≤ 0． 05 0 ． 0 5 ≤ 3 3 K 1 2 K ≥ 1 2 其中 K为评价层位 的平均渗透率， l 0 ～ m 。 2 ． 1 ． 4圈闭条件 研究区构造发育史表明， 该区构造发育期与相 邻三肇凹陷生油期具有良好的匹配关系，有利于油 气的聚集成藏。扶余油层油水分布较为复杂，主要 受构造带控制，构造轴部多为纯油区，翼部为油水 过渡带。同时该区断层发育，油藏类型主要以断层 孔隙度／ ％ 油迹-油斑 油浸-含油 图3研究区孔渗交会 Fi g． 3 I te rs e cti on o f t he p or osi ti e s a nd pe rm ea bi1 i ty i n t he． s t udi e d bl o ck 圈闭的构造油气藏为主。综合分析构造特征、断层 的封堵和运移能力 ，将研究区不同部位分为有利圈 闭区、较有利 圈闭区、远景 圈闭 区和非 圈闭 区 4 类 ，评价值分别为 1 、0 ． 7 5 、0 ． 5和 0 ． 2 5 。 2 ． 2评价因素权重的确定 评价因素权重的确定是地质条件综合评价关键 的环节之一 ，权重数值 的高低代表 了各评价参数与 储层质量好坏的相关程度 ，相关程度越高 ，则其权 重就越大 ；相关程度越低 ，则其权重就越小 。 权重数值 的确定方法不一 ，冉 启全_ l 曾利用 模糊理论与神经网络理论相结合的方法 自动获得权 重 ，李贵中等 。 。 曾采用层次分析法确定权重 。此 次研究中采用特尔菲法确定权重。特尔菲法是一种 常用的技术测定法 ，它客观地综合多数专家的经验 与主观判断技巧 ，对大量的 、非技术的 、无法定量 分析的因素进行概念估算 。此次研究经过多轮征询 油 田专家意见，结合研究区实际地质状况 ，最终确 定各评价参数权重值 图 1 。 2 ． 3评价值的选取 方案评价参数确定后 ，依次按加权平均法对各 参数进行求值 ，最后求得综合评价值。评价值的大 小反映了该地区储层油气富集能力及开采潜力 的大 小 ，计算的评价值越高 ，反映该区块储层越好 。根 据评价结果 ，将研究区分为 4类 表 2 。 2 ． 4结果输出 基于上述评价方法对朝 5 9区块扶余油层进行 了储层综合评价 图4 。结果表明，该区扶余油 层共划分出 4类储层，其中一类储层分布面积广 泛 ，集中在 中部地区，二类 、三类储集层也非常发 育 ， 占研 究 区总面积 的6 O ％左 右 ， 四类 储集 层 在 第 3 0卷第 2期 陈伟等 应用地理信息系统进行油气资源综合评价 6 1 表 2 综 合评 价分 类结果 Ta b l e 2 Cl a s s i fic a t i o n r e s u l t s o f t h e i n t e g r a t e d e v a l u a t i o n 评价值 评价等级 大 于 0 ． 7 O ． 5～0． 7 O． 3 5 ～0 ． 5 小 于 0 ． 3 5 I 类有利区块 I I 类较有利 区块 I I I 类一般 区块 l V类不利区块 北部地 区多有发育 ，在南部地 区部分出现。通过以 上分析 ，在朝 5 9区块预测 了 2个有利井区 ，分别 为朝深 1 井 区和朝 5 7井区。 图4朝5 9 区块扶余油层储层综合评价 Fi g． 4 I nt e g rat e d e v al uati ons of F uy u Fo r mati o n i n Bl o ck Cha o 59 3结束语 石油行业作为国家能源的支柱型企业 ，由多个 专业组成，其中油气勘探专业占有很重要的地位。 利用地理信息系统 G I S 进 行资源评价 ，不仅能 够存储数据，而且可以把各种数据叠加起来，迅速 对大量数据进行综合对比和分析，从而拓宽了评价 的深度和广度，增强了结果的可信度，其评价方法 简单易行 ，评价结果直观 ，是石油地质工作者的有 利助手 。同时随着我 国东部 的油气田大部分 已经进 人 了中后期开发阶段 ，在整个勘探过程中，积累了 大量的包括各种地质图件在 内的地质信息 ，而利用 现代化的办公手段 ，对这些 图形 、图像信息进行有 效地保存和综合应用的呼声越来越高。石油地质工 作者应积极开发研究各类 G I S软件的功能 ，使其能 广泛应用于油气勘探开发的各个领域 ，成为石油地 质工作者进行资料管理 、图件编制 、项 目施工 、专 题研究 、远景评价和开发方案制定等不可缺少的辅 助手段和方法 。 参考文献 [ 1 ]刘学锋， 孟令奎， 龚文平， 等 ．地理信息系统 G I S 在油气勘探 开发中的应用[ J ] ．地理空间信息 ， 2 0 0 3， l 2 1 2 1 6 ． [ 2 ]刘江梅， 方旭， 黄厚宽． 基于G I S 技术的油气勘探数据库应用与 管理系统[ J ] ．石油地球物理勘探， 1 9 9 9 ， 3 4 增刊 1 4 2 ． 1 4 8 ． [ 3 ]李晓池，M i l l s E G ，B u r c h e r S E ． 地理信息系统 G I S 在地质 学中的应用 [ J ]．地学前缘， 1 9 9 5 ，2 1 - 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