作者：（英）雅恩,（英）库克,（英）格雷厄姆
出版社：石油工业出版社
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油气勘探与生产：第2版试读：
石油科学进展丛书 55油气勘探与生产（第二版）［英］弗兰克·雅恩 马克·库克 马克·格雷厄姆 著周相广 等译石油工业出版社内容提要本书全面阐述了油气田生命周期的所有重要阶段，包括获得参与机会、勘探、评价、开发规划、生产、退役的系统等内容。书中不仅对油气勘探与生产各个阶段技术和方法进行了详细介绍，而且对安全与环境、项目与合同管理、油气田生产管理、石油经济学、风险分析也做了全面介绍。
本书可作为从事油气田勘探与生产方面的技术人员的培训教材，也可供大专院校师生参考使用。
图书在版编目（CIP）数据
油气勘探与生产：第2版/（英）雅恩，（英）库克，（英）格雷厄姆著；周相广等译.—2版.—北京：石油工业出版社，2012.3
书名原文：Hydrocarbon Exploration And Production
ISBN 978-7-5021-8921-1
Ⅰ.油… Ⅱ.①雅…②库…③格…④周… Ⅲ.①油气勘探②油气开采 Ⅳ.①TE1②TE3
中国版本图书馆CIP数据核字（2012）第012368号
Hydrocarbon exploration and production，2nd edition
Frank Jahn，Mark Cook and Mark Graham
ISBN 978-0-444-53236-7
First edition 1998，Second edition 2008
Copyright©2008 Elsevier B.V.All rights reserved.
Authorized Simplifi ed Chinese translation edition published by the Proprietor.
Copyright©2011 by Elsevier（Singapore）Pte Ltd.
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图字：01-2011-4237
出版发行：石油工业出版社
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2012年3月第1版 2012年3月第1次印刷
787×1092毫米 开本：1/16 印张：21
字数：508千字
定价：120.00元（如出现印装质量问题，我社发行部负责调换）
版权所有，翻印必究《油气勘探与生产（第二版）》编译委员会
主 编 周相广
副主编 郑得文 杨遂发 李家庆 曾庆才
编 委 卫孝锋 郭晓龙 黄家强 石 强 王 兴
关 新 买 炜 帅训波 邵艳伟 宋晓江
魏 东 彭秀丽 王秀芹 华爱刚 张海琴
田鸿鹏 丁振峰 魏兴华原书作者简介
弗兰克·雅恩（Frank Jahn）是一名石油地质学家，曾在文莱、泰国、荷兰、英国和澳大利亚等国工作。在一家跨国石油公司供职11年后，于1992年与他人共同创立了特莱科斯（TRACS）国际公司。弗兰克·雅恩先生曾经设计并讲授与全球油气田勘探与开发有关的多学科培训课程，这些课程特别适合对即将从事油气相关工作人员的培训。他目前在澳大利亚佩思担任石油顾问。
马克·库克（Mark Cook）于1981年进入石油行业，作为一名油藏工程师，他曾在跨国石油公司任职11年，其间曾在荷兰、阿曼、坦桑尼亚和英国工作。马克·库克也是总部位于苏格兰的特莱科斯国际公司的创始人之一，现任该公司首席执行官。他的技术特长是石油工程、风险分析和经济学，现在仍从事培训课程的开发和相关的服务工作。
马克·格雷厄姆（Mark Graham）拥有29年石油行业的工作经历。最初，他作为斯伦贝谢一名测井工程师在中东工作。此后10多年，任职于一家跨国石油公司，在远东和北海从事现场测井操作和石油工程方面的工作。作为特莱科斯国际公司的创始人之一，马克·格雷厄姆现为公司董事。除了承担石油工程师、经济师和项目经理的工作以外，目前他还负责总体业务的开发。
我们感谢菲奥娜·斯沃普（Fiona Swapp）对本书的制图和出版给予的支持，感谢特莱科斯国际公司的团队成员为本书提供技术更新资料，特别是利兹·凯林沃斯（Liz Chellingsworth）、比约·斯密特·奥尔森（Bjorn Smidt-Olsen）、乔纳森·贝乐比（Jonathan Bellarby）和珍妮·加纳姆（Jenny Garnham）。
特莱科斯国际培训有限公司与特莱科斯国际咨询有限公司的联系方式如下：
电 话：+44（0）1224 321213
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电子邮箱：tracs@tracsint.com
网 址：http：//www.tracs.com
地 址： 英国阿伯丁市联合丛林路（Union Grove Lane）猎鹰大厦（Falcon House），AB10 6XU原书前言《油气勘探与生产（第二版）》一书引领读者纵观了油气田生命周期的所有重要阶段，从获得参与机会，到勘探、评价、开发规划、生产直至最终的退役。另外，本书还简单明了地阐述了油气田开发得以进行的财政和商业环境。
对于希望更好地了解石油天然气行业所用的基本技术方法、商业方法、概念和技术等情况的业内专业人士来说，这种对上游工业的全面介绍会对其有所帮助。另外，本书对那些为油气上游行业提供支持服务的读者也大有裨益。
本书以清晰、简明的方式汇总了石油天然气行业许多跨学科的环节，同时也指出了油气田业务中涉及的各项活动的商业原因——文中的每一章都在开始部分介绍了本章涉及的商业应用。文中插图条理清楚、内容丰富，既包含了保持技术真实性所需的细节，又可使学习效果达到最佳。
作者将油气行业内的重大进展纳入了本书的最新版本之中，其中包括油气田评价和开发的技术方法以及经营管理过程中的风险评价技术。
自1992年以来，特莱科斯国际公司已为世界各地的许多客户提供了勘探和生产相关问题的培训和咨询。本书是在课程教材、与客户讨论及公共领域可获得的资料的基础上逐步形成的。弗兰克·雅恩马克·库克马克·格雷厄姆译者前言《油气勘探与生产》是由特莱科斯国际公司资深专家编写、世界著名的学术期刊出版公司Elsevier公司出版的培训教材。作为本书作者的弗兰克·雅恩（Frank Jahn）、马克·库克（Mark Cook）、马克·格雷厄姆（Mark Graham）均在跨国石油公司长期工作过，熟悉石油勘探与生产全过程，具有丰富的实践经验。三位作者也是石油行业知名的培训专家和顾问，从1992年起主要从事技术咨询和专业培训工作，了解石油行业的新技术、新方法、新理念，熟知培训的技巧和方法。
2008年出版的《油气勘探与生产（第二版）》是在1998年出版的第一版的基础上，作者补充了大量的新资料完成的，基本涵盖了油气勘探与生产过程中最新的技术、方法、管理理念。《油气勘探与生产（第二版）》全面阐述了油气田生命周期的所有重要阶段，包括获得参与机会、勘探、评价、开发规划、生产、退役的系统等内容。书中不仅对油气勘探与生产各个阶段技术和方法进行了详细的介绍，而且也对安全与环境、项目与合同管理、油气田生产管理、石油经济学、风险分析进行了全面介绍。
由于国内尚未有对油气勘探与生产过程所涉及的技术、方法、管理等进行全面介绍和系统分析的著作，缺乏对管理人员及专业技术人员进行油气勘探与生产过程中有关知识全面培训的教材，为了填补这一空白，中国石油勘探开发研究院廊坊分院天然气地球物理与信息研究所组织有关人员翻译了《油气勘探与生产（第二版）》一书。
对于希望更好地了解石油天然气上游业务的专业人员和管理人员来说，本书是一本很好的且适宜自学的培训教材，同时对那些为油气行业上游产业提供支持服务的读者也大有裨益。
在本书翻译出版的过程中，得到了廊坊分院领导、有关研究所领导与专家及石油工业出版社的领导和编辑的大力支持与帮助。尤其是天然气开发所的刘晓华、王亚丽在技术上给予了一定的支持，在此一并深表谢意！译 者2011年12月1 油气田的生命周期
引言与商业应用：本章概述了油气田开发不同阶段进行的各项活动。每项活动都是由与特定阶段相关的业务需要推动的。本书后面的章节将以更多的篇幅着重介绍油气田生命周期的各个要素（图1.1）。图1.1 油气田生命周期与典型的累计现金流量1.1 获得参与阶段
石油公司在油气勘探和生产中要采取的第一个步骤是确定世界上哪些地区值得关注。这将涉及对所考虑地区技术、政治、经济、社会和环境方面的因素进行评价。技术方面要考虑的因素包括该地区可能发现并开采的油气资源的潜在规模，其中将涉及通过使用公共领域可以获得的信息或委托开展区域调查来进行初步的勘探研究，并且要考虑勘探和生产所面临的挑战，例如在深海地区进行勘探和生产所面临的挑战。
政治和经济方面的考虑因素包括政治制度和政府的稳定、石油和天然气工业国有化的可能性、当前的禁运条例、财政稳定性和税收水平、对利润汇回本国的限制、人员安全、当地的费用、通货膨胀和汇率预测等。而社会方面的考虑因素将包括任何内乱的威胁，当地是否具备技术工人和所需的培训，在当地设立经营机构并使当地人积极参与作业所需的努力程度。公司还要考虑作业期间保护环境不受伤害所需的预防措施以及任何具体的地方法规。当作业所在国的政治或社会制度不为该公司本国政府或股东认可时，公司可能还需要考虑其声誉问题。最后，竞争环境分析将表明该公司是否具有优势。如果公司已在该国设立了下游炼油或分销等其他业务的经营机构，则可以借鉴来自这些领域的经验。
世界大约90%的石油和天然气储量由国家石油公司（NOCs）拥有和经营，如沙特阿拉伯石油公司（Saudi Aramco）、马来西亚国家石油公司（Petronas）和墨西哥国家石油公司（Pemex）等。对于一家独立石油公司来说，要直接参与一个国家的勘探、开发和生产活动，首先需要与该国政府达成一个适当的协议，而政府的代表通常是国家石油公司。
正如将在第2章中所讨论的那样，国家石油公司可以以许可证轮次的形式公开宣布邀标，也可以私下与某家公司达成参与协议。为了在这一过程中获得优势地位，石油公司要努力了解当地的情况，通常可以在所在国建立一家小型机构，借此与该国的石油与天然气部、环境事务部和地方当局等主要政府代表机构建立联系。
在了解当地情况和该国要求的基础上，再加上与当地政府机构所建立的关系，公司可能会直接获得参与该国作业的许可，或者至少可以在公开招标中获得一个有利的位置。石油公司在获得参与阶段的投入，尤其是在时间和人力方面的投入可能会相当可观——在看到任何具体结果之前，可能需要花费10a的时间来奠定基础，但这的确是油气勘探与生产投资过程的一部分。1.2 勘探阶段
一个多世纪以来，石油地质学家们一直在锲而不舍地寻找更多的石油。在此期间，世界上的许多地区都取得了重大发现。然而，由于大部分特大型油气田已被发现，未来发现的油气田很可能会规模更小却更加复杂，并且出现这一情况的可能性正越来越大，对于北海和墨西哥湾浅水区等成熟地区来说，情况尤其如此。
勘探新技术的完善和发展，促进了地质学家对地质认识的不断深化，提高了勘探效率。因此，尽管目标越来越小，但是现在勘探井和评价井的井位选择准确度更高，获得成功的机会也更大。
尽管有了这些进展，油气勘探仍然是一项高风险的活动。许多国际石油和天然气公司都拥有较大的勘探项目投资组合，每个投资组合都具有各自的地质和财政特点，并且它们找到石油或天然气的可能性也有所不同。管理分布在多个国家的勘探资产和相关作业是一项艰巨的任务。
即使地质条件表明一个区块有存在油气的可能，也必须要求东道国的政治和财政情况有利于勘探项目的商业成功。在进行长期投资之前，区块与潜在市场之间的距离、基础设施的存在以及熟练劳动力的具备等都是需要进一步评估的参数。
一般来说，对勘探的投资是在任何产出石油的机会出现之前的很多年进行的（图1.2）。在这样的情况下，企业必须至少拥有一个其从最终的生产中获得的潜在回报能够收回勘探投资的方案。
对于一家公司来说，在一个远景区工作若干年后才能开钻一口探井的情况很常见。在此期间，公司需要研究该远景区的地质历史，并量化其存在油气的可能性。在第一口井开钻之前，公司需要实施一系列的工作程序。其中，野外地质工作、地磁测量、重力测量和地震勘探是传统的手段。第3章中的勘探部分将详细介绍一些最常用的勘探方法和技术。图1.2 典型勘探项目的阶段划分与支出情况1.3 评价阶段
即使一口探井钻遇油气，石油公司仍然需要付出巨大的人力、物力来准确评估该油气发现的潜力。因为迄今为止获得的资料还不足以精确地描绘油气藏的大小、形状和产能。此时，公司要考虑以下四种可能的选择：（1）继续进行开发作业并且借此在较短的时间内产生收入。这样做的风险在于，如果实际生产证明油气田大于或小于预期的规模，那么油气田设施的处理能力将会过小或过大，因此可能会影响项目的赢利能力。（2）以优化开发技术为目标实施评价计划。这将使油气田首产油气的时间延后若干年，并且可能会增加所需的初期投资。但是，项目的整体赢利能力可能会得到改善。（3）出售该油气发现。在这种情况下，需要对该发现进行评估。有些公司专门从事勘探业务，却没有对开发阶段进行投资的意向。他们通过出售油气发现为公司创造价值，然后继续寻找新的勘探机会。（4）什么也不做。尽管这始终是一种选择，但却是下策，并且可能导致东道国政府的干涉。如果石油公司继续拖延，东道国政府可能会迫使其退出。
在第二种情况下，评价的目的就是要降低不确定性，特别是要降低那些与构造内蕴藏的可产出油气储量相关的不确定性。所以，本书油气田开发部分提及评价的目的并不是寻找额外的石油或天然气储量。本书第8章将对油气田评价进行更详细的介绍。
在确定并收集了初步储量估算所需的数据后，下一个步骤是研究开发油气田的各种可选方案。可行性研究的目的是列出各种技术方案，其中至少应该有一个方案在经济上是可行的。可行性研究的内容包括地下开发方案、工艺设计、设备尺寸、拟建地点（如海上平台）和原油的输出及外输体系。所考虑的方案都附有成本估算和规划进度表。这样的评价会对所有要求、机会、风险和制约因素给出全面的综述。1.4 开发规划
根据可行性研究结果，假设至少有一个方案在经济上是可行的，公司可以制订出一个油气田开发方案（FDP）并付诸实施。该方案是对新油气田的开发或已有开发项目是否延续而进行沟通、讨论并达成一致的关键文件。
制订油气田开发方案的主要目的是作为地下和地面设施以及所需的操作和维护原则的一个总体项目规范，以支持投资方案。它应该能够给予管理层和股东信心，使他们相信有关各方已对项目的所有方面进行了确认、考虑和讨论。油气田开发方案应该包括以下内容：（1）开发的目标；（2）石油工程数据；（3）操作和维护原则；（4）工程设施的描述；（5）成本和人力估算；（6）项目规划；（7）项目经济评价；（8）预算方案。
一旦油气田开发方案得到批准，在该油气田首产油气之前要开展以下一系列活动：（1）制订油气田开发方案；（2）设施的详细设计；（3）施工材料的采购；（4）设施的制造；（5）设施的安装；（6）所有装置及设备的试运行。1.5 生产阶段
生产阶段从首批工业产量的油气（首产油气）流出井口开始。因为从此时起有现金产生并且可以用于偿还前期的投资，或者可能供给新项目使用，所以从现金流量的角度来看，这标志着一个转折点的出现。在任何新的投资活动中，尽量缩短从勘探活动的开始到首产油气之间的时间是最重要的目标之一。
开发规划和生产通常是以预期的开采曲线为基础的，而开采曲线则很大程度上取决于油气藏的驱动机理。开采曲线将决定所需的设施和将要钻井的数量与实施阶段。图1.1所示的开采曲线显示出三个阶段的特征。（1）增产期：在此期间，有越来越多新钻的生产井投入生产。（2）稳产期：最初仍然有新井投产，但是老井的产量已经开始递减。生产设施满负荷运转，并保持恒定的产量。油田的稳产期一般为2～5a，但气田的稳产期会更长一些。（3）递减期：在该阶段（通常也是最长的），所有生产井的产量都将递减。1.6 退役
一旦一个项目的净现金流量变成永久的负值、油气田停产，那么这个项目的经济寿命一般就终止了。由于接近油气田生命周期结束时的资本支出和资产折旧一般可以忽略不计，因此经济退役可以定义为总收入不再能够收回操作成本（和矿区使用费）的时刻。当然，尽管此后该油气田技术上仍然有可能继续生产，但却处于财务亏损的状况。
大多数公司至少可以采取两种方式来推迟油气田或装置的退役：降低操作成本或提高油气产量。
在油气生产税率较高的情况下，公司可能可以通过谈判来争取税收优惠政策，但是一般来说，东道国政府希望对各种可推迟油气田或装置退役的方式已进行过调查。
在油气田生命周期的后期，维护和运营是主要的支出。这些成本与设施运行所需的工作人员人数和工作人员操作的，用以维持生产的硬件数量密切相关。对产品质量和设备正常运行时间的规定也可以显著影响运行成本。
随着退役的临近，化学驱油等提高采收率工艺往往视为开采一次采油后剩余油的一种手段。这些技术的经济可行性对油价非常敏感，其中一些技术用于陆上油气开发，它们在海上的应用很少能够收回成本。当油气藏产量不再能够维持运转费用，但设施的使用寿命又未到期时，石油公司可能会获得通过现有基础设施开发邻近储量的机会。这种使用已有基础设施来开发用别的方法不可能得到开发的小油气田的现象已变得越来越普遍。这些油气田的所有权不一定属于经营这些主体设施的公司，在这种情况下可以通过谈判来确定使用第三方设施的服务费（使用费）。
最后，所有经济可采储量都将采尽，该油气田也将废弃。现在，更多的理念正在融入退役规划中，以设计出尽量减少环境影响而不会产生过多成本的退役程序。钢制平台可能会被切断至低于海平面的约定深度，或者倾覆于深水之中，而混凝土结构则可能要打捞出来、拖走并沉入深海。管道可能需要加以冲洗并留在原地。而在热带浅水海域，则可能有机会使用退役平台和导管架作为指定海域内的人工鱼礁。
退役成本的管理是大多数公司有朝一日不得不面对的问题。在陆上井场，通常可以封堵生产井并分段拆除处理设备，从而避免在油气资源枯竭时带来较高的支出水平。海上退役成本可能会非常高，并且由于平台不能以分块的形式移除，其退役成本不太容易分散。为这类费用提供准备金的方式一定程度上取决于其中所涉及公司的规模和现行的税收规定。
一家公司通常拥有处于上述生命周期的不同阶段的资产组合。正确地管理这一资产基础将实现财务、技术和人力资源的优化。2 石油协议与招投标
引言与商业应用：当东道国政府公布其出售某个勘探区块的意图时，石油公司就获得了参与该区块作业的机会。在本章中，我们将介绍招标的形式和石油公司竞争区块作业权并勘探该区块的协议。石油协议有两大类：许可证协议和承包协议。
在许可证协议中，政府会将在一个特定区域内进行勘探作业的专有权给一家石油公司。作业所需经费由许可证持有人筹措，而许可证持有人也可以出售其获得的全部产量，但是往往需要为这些产量支付矿区使用费，并始终需要按所获利润纳税。这样的财税制度通常称为税收与矿区使用费制度。另外，政府可能会坚决要求国家在其中的参与比例必须达到一定的数值。
在承包协议中，石油公司通过与政府或代表政府的国家石油公司签订合同来获得参与一个地区作业的权利。从本质上来说，石油公司所扮演的角色是政府的承包商，也要为所有作业筹集资金。但是在这种情况下，政府保留了对所产出油气的所有权，它会补偿石油公司的成本并为其提供现金或实物（即一部分所产出的油气）形式的部分利润。这类协议最常见的形式是产量分成合同（PSC），也称为产量分成协议（PSA）。本书将在第14章对其进行详细的介绍。2.1 招标
正如第1章中所指出的那样，世界上剩余油气储量中的大部分都是由国家石油公司控制的，通常会由相应的国家石油公司来开发。由于各种各样的原因，可能也会出现例外的情况。例如，国家石油公司缺乏当地作业所需的专门技能，东道国政府不具备足够的资金或人力，或者该资产对于国家石油公司来说缺少吸引力等。在这些情况下，东道国政府可能会邀请第三方参与该地区的作业。这样的机会可能会发布在国际媒体或行业杂志上，或者通过具体的邀请予以公布。下面是一个典型的招标的例子（图2.1）。
这一目标地理区域被一个网格（通常是正交网格）划分成多个区块。所划分区块的大小随国家的不同而不同，甚至在某些情况下也会随地区的不同而发生变化。例如，英国北海的许可证区块大小为10km×20km，挪威的区块大小为20km×20km，墨西哥湾的区块大小为3mile×3mile，而安哥拉的深水区块大小则约为100km×50km（并且如图2.2所示大致随海岸线的形状变化）。
政府将自行决定希望在某一轮次的竞标中纳入哪些区块，但是一般来说都有一个地理次序，即随着时间的推移从浅水区进入更深的水域。
招标可能以多种形式进行。例如英国，贸易与工业部（DTI）会代表英国政府定期公布许可证轮次。2007年，英国在其第24轮海上许可证轮次中提供了多个许可证。图2.1 2006年赤道几内亚待出让区块的许可证地图（资料来源：www.equatorial.com）图2.2 安哥拉海上许可证区块示例
在英国，任何给定的许可证轮次中都会提供特定的许可证区块，并留下一个有兴趣的投标人对某个区块进行评价。区块评价的基础可能是由多名顾问进行的推测性结果，购置相关研究人员提供的区域研究成果，或者是公司自己利用区域数据、模拟数据和任何公共领域可以获得的信息获得的对该区块的认识。
招标不一定是针对勘探区块进行的。例如，阿尔及利亚国家石油公司（Sonatrach）曾经代表阿尔及利亚政府提供的区块就是一些已有多年生产历史的油气田。在这一案例中，阿尔及利亚国家石油公司（Sonatrach）向未来的投标人提供了相当于信息备忘录（IM）的资料。这些资料既包括这些油气田的技术数据，如单井生产历史等，又包括外国投资者希望了解的任何参与形式下的商业协议的纲要。阿尔及利亚国家石油公司（Sonatrach）邀请投资者提交一份后续开发计划，以使油气田的采收率在基础方案的基础上有所提高。另外，其商业条款则规定将所增加产量的一部分提供给投资者，作为其投资的回报。2.2 投标的动机与形式
在提供一个区块的勘探机会时，政府的动机是着眼于勘探成功情况下的开发而鼓励以勘探活动为形式的投资，如地震勘探和勘探钻井等。其中签字费可能会构成一揽子投标的一部分。而石油公司的主要目标则是发现其可以通过后续开发从中创造利润的工业性油气藏，因此会同时考虑区块的油气远景与勘探成本和未来的开发成本。这种风险与回报的计算将在第3章进行介绍。
投标邀请书中可能包含所需标书格式概要以及适用于任何后续开发的财政条款。邀标书中可能会要求一个最低限度工作量，规定了将要获取地震资料的数量和最少井数，例如，2000km二维地震测线和4口井。投标人当然可以自由承诺高于最低规定的工作量，承诺较多的工作量将提高标书的竞争力。
在许多地区，特别是那些按产量分成协议作业的地区，在所提供的工作量计划上附加签字费的条款是很常见的。签字费是中标者承诺为获得该区块而支付给政府的现金总额。尽管签字费的最低金额可以在邀标书中明确做出规定，但在一揽子招标中，其金额仍由投标人自行决定。在对一个盆地进行勘探的早期阶段，当勘探失败的风险很高时，签字费通常是数千万美元。然而，一旦该地区已经发现有油气存在，人们对该地区的关注将会增加，此后为附近区块提供的签字费可以上涨至数亿美元。签字费一经支付便成为沉没成本，应视为勘探成本的一部分，认识到这一点是至关重要的。这一成本不是可以从未来的收入中扣除的抵税成本。
在招标截止日期之后，政府或代表政府的国家石油公司将会对所提交的标书进行开标。开标过程可以是公开的，也可以是不公开的，而后者则更为常见。中标价是否公开则取决于国家的规定。用以对比各标书的标准通常是一揽子投标的总价值，即工作计划与签字费组合的总价值。当然，在竞争者之间的综合价值较为接近时，政府还需要根据其对工作计划与签字费所提供现金的相对权重作出决定。这一权重标准一般是不为投标人所知的。另外，政府将会考虑的其他事项还包括投标人的技术能力、整体声誉、任何现有的工作关系和政府可能不得不鼓励特殊投标人进入该地区的任何战略原因。
中标标书的具体内容可能会公布并且发表，这些信息不仅对于未来的投标有益，而且每个投标人还可以用这些信息与自己提交的标书进行对比。在有些情况下，所有的标价都会被公开宣布。在这样的情况下，中标者借以胜出的差价是显而易见的——中标者当然不希望其标价高出排名第二的竞争者太多，从而损失更多的资金。2.3 区块授予
中标者将被授予区块，获得进行勘探作业的权力。另外，标书中所提出的全部签字费也将兑现给政府。那些决定了工作计划实施时机和区块商业利益声明时机的事件通常有一个规定的顺序。商业利益声明意味着公司计划在勘探阶段后会继续跟进，对区块内的油气发现进行评估和合理开发。在这样的情况下，公司需要将该区块的勘探权转为开发权。图2.3 产量分成协议中各个事件的顺序示例
图2.3给出了产量分成协议内将勘探协议转为开发协议的时间规定的例子。
判断一口井是否具有工业价值的标准是以该井试油期间的产量为基础的，而商业发现声明（DCD）则取决于石油公司是否能够证明该油气发现可以收回对其进行经济性开发的投资——这将需要用内部经济筛选标准来判断，而该标准将在第14章做进一步的讨论。在图2.3所示的例子中，政府应该在商业发现声明时得到一笔红利，而在油气开发开始获得产量时得到另一笔红利。对于石油公司和政府之间达成的产量分成协议来说，上述这些事件通常都会有规定的时限。
在某些情况下，如果石油公司在规定时间之后还未宣布该区块的商业价值，则会被要求放弃该区块的一部分。在图2.4所示的例子中，石油公司钻了3口井并开展了二维地震勘探，但在此期间放弃了部分区块。2.4 财政制度
石油协议中还将包括对财政条款的说明，而政府正是通过这些条款分享生产期内的收益。如表2.1所示，财政制度大致分为四类。图2.4 勘探许可证区块评价过程示例表2.1 财务制度分类
在这四大类中，全世界有超过120种不同的财政制度。其中的50%是产量分成协议，另有40%是税收与矿区使用费制度。第14章将对这两种最常见的系统进行详细的介绍。2.5 购入权益与售出权益
由于种种原因，区块的参与者可能会随时间改变。首先，在产量分成协议中，政府可能会选择将一个区块授予若干公司，同时对权益进行分割并指定一个作业者。在经政府批准后，这些公司可能会选择出售其分得的初始权益。公司可以选择在油田生命周期的任一阶段通过将部分权益出售给其他公司而减少其在该区块的份额——这一交易称为售出权益。接受这部分份额的公司称为已“购入权益”。售出权益可能是以现金或其他权益交易的形式进行的。
如果一家公司无法筹集到开发所需的资金，或者认为其在区块中所处的位置风险过大而因此希望减少自己在项目中的份额，那么它可以选择售出权益。
由于各家石油公司为所能承受的风险状况或可用预算而纷纷调整投资组合，石油和天然所有权的交易市场很活跃。2.6 联合开发与权益确定
我们已经看到了区块是由网格确定的。然而遗憾的是，大自然不能按人们所确定网格的规律性来限制油气田的尺寸，而且一个油田往往跨越两个或更多个，通常归不同所有者所有的区块。在油田开发的初期，用以界定勘探和开发钻井权利的最简单的方法就是在区块的边界上钻井。
假设所钻井为直井，那么井底的位置应该在所有者的区块以内。但是该井产出的油气却可能来自邻近的区块。因此，从自身利益出发，许可证区块的所有者会将生产井布置在其区块的边缘并积极生产，从而采尽邻近区块的油气。这就会造成20世纪初发生在得克萨斯州斯平德尔托普（Spindletop）油田的情形（图2.5）。图2.5 20世纪初期得克萨斯州斯平德尔托普油田的开发
这种布井方式除了具有明显的不公平性以外，也会导致油气田开发成本和油气藏管理难以达到最佳效果。为了解决这一问题，大多数政府坚持将一个油气田视为一个整体，并作为一个单位来进行开发。油气田的所有者或政府将指定一个作业者，并且该油气田的开发将按其自然特性进行规划，而不受所有权的影响。开发成本和由此产生的净现金流量的分割将取决于该油气田跨越的多个许可证区块的所有者所持有的权益。
权益确定的基础是通过区块所有者之间的谈判确定的（图2.6）。这些基础包括：（1）油气的展布范围，在平面图上表现为油气与水的界面；（2）原始油气地质储量；（3）原始可动油气地质储量；（4）原始可采油气储量；（5）原始经济可采油气储量。
在图2.6中，权益确定的基础从底部向顶端逐渐变得越来越复杂并且越来越费时。经济可采储量这种最顶端的情况既需要对技术开发方案进行评估，也需要对油气田整个生命周期的成本和价格等所有经济假设进行评估。
在开始开发之前，为了确定油气田开发的筹资比例，可能要在各权益集团之间达成一个“认定权益”。在可以从开发井中获得更多信息时，通常可以在接近首批油气产出之时对该“认定权益”进行审查。然后对初始资金进行调整，以确保其与开发成本的构成比例一致。图2.6 权益分割的基础
当生产已经开始并且可以获得更多油气藏信息时，初始权益的不恰当性可能会变得显而易见。如果其中的一个权益集团认为有必要调整权益，则可以申请重新裁定，并达成新的权益分割协议。而这一过程也需要很多费用。3 勘探
引言与商业应用：本章将首先研究油气藏形成的必要条件；其次，我们将会论述油气行业用以确定油气藏的各种技术。
勘探活动的目的就是发现新的油气储量，从而接替正在开发的储量。从长远的角度来看，石油公司在勘探作业中的成功决定了其在这一行业中的发展前景。3.1 油气藏3.1.1 概述
对于一个油气藏来说，它的存在需要满足图3.1所示的几个条件。其中的第一个条件就是要有一个在漫长的地质时期沉积了适当岩石序列的区域，即沉积盆地。在地层内发育有高含量的有机物，即烃源岩。随温度的升高和压力的增大烃源岩逐渐成熟，即满足油气从烃源岩中排出的条件。图3.1 油气的生成、运移和聚集
运移描述了将生成的油气输送至孔隙型沉积物，即储集岩的过程。只有当储层形成有利的构造，或者横向上逐渐变成致密的地层时，才能形成一个运移聚集油气的圈闭。3.1.2 沉积盆地
20世纪地质科学的重大突破之一就是板块构造学说被人们所接受。该学说超出了本书从任何细节入手来探讨油气勘探基础理论的范围。简而言之，板块构造模型假设海洋和大陆的位置在地质时期逐渐发生变化。大陆就像巨大的木筏一样漂移在下伏的地幔上。图3.2给出了全球主要板块边界的格局。图3.2 全球板块格局
在大陆间的碰撞造成挤压的地方，地壳运动所产生的地貌可能是像喜马拉雅山这样的山脉。相反，红海和东非裂谷盆地的坳陷则是由拉伸性板块运动形成的。这两种类型的板块运动都会形成大规模的坳陷，而来自周边地势较高地区（隆起）的沉积物则会被输送到这些坳陷中来。这些坳陷称为沉积盆地（图3.3）。而盆地的充填沉积可达数千米之厚。图3.3 沉积盆地3.1.3 烃源岩
沉积物中发现的所有有机物中大约90%都存在于页岩中。对于烃源岩沉积来说，必须满足以下条件：有机物质必须丰富并且缺乏氧气，以防止有机残渣分解，在相当长的一段时间内的连续沉积导致有机质被掩埋。根据沉积区域的不同，这些有机质可能主要是由植物残留物或浮游植物组成的。这些植物是生活在海洋上层水体中的海藻，当这些海藻死亡时，会大量沉入海底。来源于植物的烃源岩往往会产生含蜡原油。为北海北部多个大油田提供了烃类来源的基默里奇（Kimmeridge）黏土层就是海相烃源岩的一个例子。而石炭纪时期的煤则构成了北海南部气田的烃类来源。3.1.4 成熟作用
有机沉积物质向石油转化的过程称为成熟作用。其产物主要受初始物质组成的控制。图3.4显示的就是一个成熟作用的过程，该过程从干酪根转化为石油开始，但在温度低于50℃时生成石油的数量非常少（干酪根：在受热的情况下产生烃类的富含有机质的物质）。当页岩中干酪根的浓度较高，且没有被加热到足够高的温度以释放其碳氢化合物时，这些干酪根可能会形成油页岩沉积。图3.4 烃的成熟作用
随着沉积物在盆地内整体沉降，其温度也在升高。干酪根转化的高峰发生在大约100℃的条件下。如果温度高于130℃，哪怕时间很短，原油本身也会开始裂解，天然气开始生成。最初，天然气的组成中C～C组分的含量较高（湿气和凝析油），但随着温度的进一步升410高，这一混合物将趋于向轻烃（C～C，干气）转化。如需关于烃类13组成的详细信息，请参阅本书第6章第6.2节。
因此，对于成熟作用和烃的类型来说，最重要的因素是温度。温度随深度的增加而升高的速度取决于地温梯度的大小，而这一数值是随盆地的不同而各不相同的。其平均值约为3℃/100m（深度）。3.1.5 运移
在烃源岩成熟之后，所产生的油气会从盆地中埋藏更深、温度更高的部分运移进入适当的构造。油气比水轻，因此会趋于通过渗透性地层向上运动。
油气运移过程分为两个阶段。在初次运移阶段，干酪根的转化过程本身会导致非渗透性和低孔隙烃源岩形成微裂缝，而这些裂缝会使油气进入渗透性更强的地层。在二次运移阶段，所生成的流体会更自由地沿着层理面和断层运动到适当的油藏构造中去。这种油气运移可以发生在长达数十千米的横向距离上。3.1.6 储集岩
储集岩要么是碎屑岩，要么是碳酸盐岩。前者是由硅酸盐，通常是砂岩组成的；而后者则是由生物成因的岩屑，如珊瑚或贝壳碎片组成的。这两种岩石类型之间存在着一些重要的差异，这些差异会影响储层的质量以及储层与流经其中的流体的相互作用。
砂岩储层（硅质碎屑储层）的主要成分是石英（SiO）。从其化2学性质来看，石英是一种相当稳定的矿物，不易受压力、温度或孔隙流体的酸度等变化的影响而发生变化。而砂岩储层是在砂粒已被搬运了较长的距离并在特定的沉积环境中沉积下来以后形成的。
碳酸盐岩储层通常是在其形成地（原地）发现的。碳酸盐岩容易被成岩作用过程所改变。
岩石颗粒之间的孔隙，例如砂岩储层中的砂粒之间的孔隙，最初被孔隙水所充注。而运移的油气将驱替水并因而逐渐充满该储层。对于一个储层来说，要想成为有效储层，孔隙之间需连通，确保油气运移；一旦一口井钻入构造，油气可向井筒流动。在油田术语中，孔隙空间用孔隙度度量，岩石允许流体通过其孔隙系统的能力用渗透率衡量。具有一定的孔隙度，但渗透率过低而不允许流体流动的储集岩称为致密储集岩。在第6章的第6.1节中，我们将对储集岩的性质和横向分布进行详细的讨论。3.1.7 圈闭
一般来说，油气的密度要比地层水低。因此，如果在适当的位置没有阻止油气向上运移的构造或封堵层，那么烃类将会最终渗透到地表。在一些海上地区进行的海底勘测中，我们可以发现一些类似于火山口的构造，这些构造也是油气逸出到地表的证据。据推测，在过去的漫长地质时期中，已经有数量巨大的油气以这样的方式从沉积盆地中损失掉了。
如图3.5所示，圈闭主要有三种基本形式，它们分别是背斜圈闭（韧性地壳变形的结果）、断层圈闭（脆性地壳变形的结果）、岩性圈闭（其中的非渗透性地层封闭了储层）。图3.5 主要圈闭类型
然而，全世界许多石油和天然气田中都有油气是在断层控制的背斜构造中发现的。这类圈闭构造称为复合圈闭。
即使一个沉积盆地具备迄今为止介绍的所有要素，也未必一定能够形成油气藏。远景评价中的关键问题之一是事件发生的时间。地层变形为适当圈闭的时间必须早于油气成熟和运移的时间。另外，储层的盖层还必须在整个地质时期完好无损。如果过去的某个时段曾经发生过泄漏，那么勘探井将只能钻遇少量残余油气。相反，封闭断层可能在油气藏形成以前就已形成，并且阻止了油气运移进入这一构造。
在某些情况下，细菌可能已造成了石油的生物降解，从而破坏了油气中的轻烃部分。许多浅层油气藏已被这一过程所改变。委内瑞拉的大型重油油藏就是一个例子。
考虑到勘探项目成本高，人们将付出巨大的努力来避免勘探的失败。在对一个远景区进行分析时，需要用到多个学科，如地质学、地球物理学、数学和地球化学等。然而，即使是在多年来一直不断进行勘探作业的非常成熟的地区，平均也仅有1/3的探井会钻遇大量油气。而在真正的初探区，即此前尚未钻过井的盆地，则平均只有1/10的井能够获得成功。3.2 勘探方法与技术
任何勘探项目的目标都是在较短的时间内以较低的成本找到新的油气储量。勘探预算与购买机会互相竞争。如果一家公司为寻找一定数量的石油投入的资金比其在市场上购买相同数量的石油需要的资金还要多，那么它就很少会有动力继续进行勘探作业。相反，一家以较低成本设法找到新的油气储量的公司却具有显著的竞争优势，因为它可以承担更多勘探作业，可以用更有利可图的方式发现、开发油气藏，可以找到并开发更小的远景构造。
一旦一个地区被选作勘探目标，那么技术活动的一般次序都是从盆地的界定开始。而重力异常图和磁异常图的绘制将是最早应用的两种方法。这些数据在许多情况下都是可以在公共领域获得的，或者可以作为非专属勘测结果购买到。接下来，为了界定有利区，即可能存在油气藏构造的地区，需要获取一个覆盖较大面积的粗略的二维（2D）地震测网（下一节将对地震方法进行更为详细的讨论）。最近出现的电磁技术也已用于这一阶段，以协助描绘盆地的轮廓并识别潜在的油气藏。此阶段的勘探理念往往是一个人或一个团队的奇思妙想，由于当时很少有充分的资料来判断这些想法的价值，勘探区只能称为远景区。接下来，人们将会综合使用更详细的勘测方法来界定一个远景构造，即一个具有包含成熟烃源岩、运移、储集岩和圈闭等所有油气成藏要素的有利地下构造。
最后，要证明这一观念的正确性，唯一的方法就是钻一口探井。“野猫井”是指在此前没有井控制的地区所钻的第一口井。这些井要么发现油气，要么目的层发现只是水层，而在后一种情况下，这些井称为干井。
勘探活动会对环境造成潜在的危害。在为陆上地震勘探作准备的过程中进行的树木砍伐可能会导致未来几年内严重的水土流失。而在海上，珊瑚礁等脆弱的生态系统可能会由于原油或钻井液添加剂的溢出而被永久破坏。因此，有责任感的公司将在作业规划之前进行一次环境影响评估（EIA），并制定出应对事故的应急方案。本书的第5章将会对健康、安全和环境方面的考虑事项进行更为详细的说明。3.2.1 地球物理方法简介
油气行业有各种不同的，用以寻找潜在油气藏的常规地球物理勘探方法。这些地球物理方法会对地下岩石、流体和孔洞等物质的物理性质的变化产生响应，从而确定出两侧物理性质发生变化的边界位置。这些物理性质的变化会引起相对于背景值的异常，而这一异常现象正是这些方法试图探测的目标。
沿网格或测网的测线来测量信号强度的变化即为剖面测量，通过这一方法可以绘制出这些异常的空间图像。在这一过程中应该注意避免空间图像失真，即由于仅在少量的测量站上收集数据而造成的精细信息的损失（图3.6）。耗费时间和预算的作业往往存在于这一阶段之中。图3.6 由于测量点数量有限而造成信息的丢失
重要的是要记住，仅凭采集和处理数据并不能保证勘测的成功：信息不等于认知。地球物理数据的解释应该始终在清晰的地质框架范围内进行。人们往往使用若干种方法来相互补充，或者与其他学科联合使用，以建立一个可以解释所观察到的异常现象的有地质意义的模型。这有助于减少不确定性，并解决一种异常现象可以用多种方式来模拟等效性或非唯一性问题（图3.7）。图3.7 相同异常响应的不同解释3.2.1.1 重力测量
重力方法测量的是由于地质构造内密度的变化而引起的地球重力场的微小变化。该方法使用的测量工具是一个可对较大范围内的数值作出响应的精密的弹簧秤。重力场内的波动会引起弹簧长度的变化，而沿二维网络剖面布置的不同测量站则会对这种长度的变化（相对于基站的长度值）进行测量。然后，根据记录站的纬度位置和海拔对测量结果进行校正，以确定“布格”重力异常（图3.8）。图3.8 重力测量的原理
航空重力测量技术的发展，使得人们能够测量以前无法进入的地区，能够测量比陆上测量方法测量的面积更大的盆地。3.2.1.2 地磁测量
地磁方法探测的是由于岩石的磁性变化而引起的地球磁场的变化。特别是基岩和火成岩，磁性都相对较高。如果这些岩石的位置靠近地表，则会引起波长较短和幅度较高的异常（图3.9）。地磁方法是通过航空（飞机或卫星）技术实现的，从而使得快速的测量和绘图成为可能，并且覆盖面积较广。与重力技术一样，地磁测量往往用于勘探项目的开始阶段。3.2.1.3 控源电磁海底测量
控源电磁（CSEM）测量或海底测量是一种遥感技术，其中所使用的电磁信号来自海底附近的一个信号源，频率非常低（图3.10）。检波器等距放置在海底，用以记录高阻地质体，如为油气所饱和的储层等产生的电磁信号异常与扭曲。
控源电磁方法在砂页岩序列相对简单的地区（碎屑岩储层）的深水（＞500m）中应用效果最好；在测量其他海上测量方法不太实用或不太经济的较大圈闭（远景构造）时，这一方法也尤为有用。
人们正在越来越多地将该方法与地震资料相结合来验证远景构造内储集岩为流体充满的可能性，从而通过更成熟的方式布井来降低风险，提高成功的概率。图3.9 地磁测量的原理图3.10 控源电磁海底测量的原理3.2.2 地震资料的采集与处理3.2.2.1 引言
在过去的一二十年，地震勘探技术的进步和更为先进的地震处理算法的发展已经改变了人们开发和管理油田的方式。地震勘探已经从一个主要着重于勘探的方法变成了成本效率最高的油气田生产优化方法之一。在许多情况下，地震资料使作业者将成熟油气田的开采期限延长了许多年成为可能。
在地震勘探中，首先要产生通过地球岩石向下传播到储层目标的声波。声波反射到地表后，由接收器接收、记录和存储，以便进行处理，由此得到的数据会构成一个由地球物理学家和地质学家解释的地下岩石声波图像。
地震勘探用于：（1）为刻画构造和地层圈闭的界限而进行的勘探；（2）为估算储量和制定油气田开发方案而进行的油气田评价和开发；（3）生产中储层监测（如观察储层流体随着生产的进行所发生的运动）。
地震采集技术随着勘探环境（陆上或海上）和勘探目的的不同而变化。在勘探区，地震勘探可能由间距较宽的二维测线网络组成。相比之下，在评价区则要进行三维地震勘探。在一些成熟的油气田，人们可能会在海底设置永久性的三维地震采集网络，以进行定期（6～12个月）储层监测。这些采集网络称为海底观测站（OBS）或海底电缆（OBC）。3.2.2.2 地震勘探的原理
地震反射勘探的原理如图3.11所示。图3.11 声阻抗的变化导致地震反射波的产生Al—声阻抗；v—地震速度；ρ—密度
声波是在地面（陆上）或水下（海上）产生的，并通过地表下岩石传播。在相邻的两个岩石单元的声阻抗有明显变化的地方，地震波会在二者的界面处被反射回来。声阻抗是岩石地层的密度与通过该特定岩石的波速（地震速度）的乘积。
褶积是指通过滤波器而导致地震波波形改变的过程。地球可以被看作是一个滤波器，其作用是改变下行波的波形特征（振幅、相位和频率）。借助于示意图的形式（图3.12），可以将地球描绘成一个随深度变化的声阻抗曲线或一系列表现在时域上的称为反射系数曲线或反射系数序列的尖峰信号。当地震波通过岩石时，其形状会发生变化而产生一个波形道，而这个波形道是原始震源子波与地球性质的函数。图3.12 地震反射波的褶积
反射信号的以下两个属性会被记录下来：反射时间或传播时间，与界面或反射面的深度以及上覆岩层中的地震速度有关；振幅，与反射区间内岩石和流体的性质以及处理过程中需要去除的各种外来影响有关。
当地震波垂直入射在一个界面（图3.13a）上时，一部分能量会被反射回地面，而另一部分能量则会继续传播下去。在地震波倾斜入射的情况下，入射波的角度与反射波的角度相等，如图3.13b所示。在这种情况下，同样会有一部分能量传播到下面的地层中，但传播角度会有所改变。而图3.13c显示的则是一个特殊的例子，其中反射面的突然中断（例如一个倾斜断块的边缘）会造成衍射现象的发生，即造成入射地震能量的径向散射。这些假象会妨碍地震资料的解释，但却可以在处理过程中加以去除或抑制（正如在本节稍后所介绍的那样）。图3.13 地震波在垂直入射和倾斜入射下的反射z—深度；S—震源；a—反射点；R—接收器；x—炮点与检波器之间的距离（炮检距）；α—入射波的角度；α—反射波的角度；α—折射波的角度irt3.2.2.3 地震资料的采集
地震波从震源S传播到深度z处的反射点后再向上到达距震源一个炮检距，或炮点与检波器之间的距离x处的接收器所花费的时间由传播路径与波速的比值决定（图3.14a）。数据采集系统的布局要保证每个地下反射点（也称为共中心点或CMP）都有多个炮点—检波器对。
在不同的炮检距（x，x，x，…，x）处测量反射时间；对于123n一个特定的地下反射点来说，炮点与检波器之间的距离越大，传播时间越长。零炮检距下（垂直入射）和非零炮检距下（倾斜入射）传播时间的差值称为正常时差（NMO），该值取决于炮检距、波速和距离反射面的深度。在夹层或构造会对到达目标的能量大小造成影响（图3.14b），或者会引起地震速度变化的地方，从不同炮检距处以不同的角度收集数据对地表下岩石的正确成像很重要。图3.14 多种炮检距下震源-接收器的位置图z—深度；S—震源；a—反射点共中心点CMP；R—接收器；x—炮检距/炮点与2接收器之间的距离对于炮点—检波器对S—R来说，异常岩石（例如侵入火成33岩）会对地震波产生影响。随着炮检距的增大，地震波可以在不受到侵入火成岩的不利影响的情况下通过该岩石单元
震源是通过能量的突然释放来产生声波的。实际作业中有多种类型的震源，它们的区别在于：所释放能量的大小，它决定了声波的具体穿透深度；所产生的频率，它决定了具体的垂向分辨率，或者说将间距很小的两个反射面作为两个独立的事件识别出来的能力。
根据勘探目标的特点，通常需要在这二者之间作一个取舍。对深部地壳构造的研究需要能够到达地球10km以上的低频信号，而浅部地质勘探则需要频率非常高，允许在进入地下几百米后就逐渐消失的信号。
用于陆地的典型震源是车载振源或在浅孔内引爆的疵麦特炸药震源。最常见的海上震源是气枪和水枪等空气声源，它们通过将空气或水排到周围的水体中而产生声波脉冲。另外，还有电火花发生器、布默震源和声信号发生器等将电能转化成声能的电气设备。一般来说，后面这几种声源所产生声波信号的能量较低，但频率却比空气声源要高。
地震检波器是指记录机械输入信号（地震脉冲）并将其转换为电输出信号的装置。这些电信号会在记录到磁带上之前被放大。在陆地上，接收器称为检波器，它们在使用时可以散布在地面上或放置在浅孔内。而在海上，接收器则称水中检波器，通常是以阵列的形式成串使用的，它们要么被拖带在船后面的水中，要么在使用海底电缆的情况下被布置在海底（图3.15）。
地震资料采集系统的几何形状或震源和接收器的布局取决于勘探目标、地表下岩石的地质特征和后勤保障情况。地震勘探数据的采集可在方形回路甚至圆形回路内沿直线或锯齿线进行。在过去的几年，宽方位角地震勘探已变得越来越普遍。在这种采集模式下，地震资料的采集是沿不同方位角进行的（图3.16），以允许从不同角度作出构造的图像，从而改善了放射状断层模式以及受盐岩影响的区域等复杂地质条件的成像。3.2.2.4 井下地震勘探
在垂直地震剖面勘探（VSP）中，震源放置在地表，而接收器组合则被下入井眼中。而在井中地震层析成像中，震源和接收器组合则都被下入（不同的）井眼中，并在不同深度激发震源（图3.17）。一般来说，其震源的频率要高于地面地震勘探中所用震源的频率。图3.15 地震资料的采集：海上测量船
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