李鵬春，周 蒂,，梁 希，易林姿，胡 罡

（1.中國科學(xué)院邊緣海與大洋地質(zhì)重點實驗室 中國科學(xué)院南海海洋研究所，廣東 廣州 510301；2.中英（廣東）CCUS中心，廣東 廣州 510663；3.中國科學(xué)院廣州能源研究所，廣東 廣州 510640；4.廣東石油化工學(xué)院石油工程學(xué)院，廣東 茂名 525000）

CO2的捕集、利用和封存（CCUS）被認為是降低溫室氣體排放的基本方法之一[1]。向油藏中注入CO2驅(qū)油以提高原油采收率（CO2-EOR）的技術(shù)若能利用人類捕集的工業(yè)排放的CO2，則既能增產(chǎn)原油，又能實現(xiàn)CO2的大規(guī)模地下永久封存，是目前較為理想的CCUS方法[2-6]。本文將這種能同時實現(xiàn)CO2驅(qū)油和封存的技術(shù)簡稱為CO2-EOR-S，并已在陸上油田得到較為廣泛的研究和應(yīng)用[7-10]。然而，對于海上油田CO2-EOR-S的可行性研究和先導(dǎo)試驗雖在20世紀80年代就已開始，但受CO2氣源供給限制以及海上技術(shù)復(fù)雜性，海上作業(yè)高成本、高風(fēng)險等因素的影響，海上油田CO2-EOR-S長期以來發(fā)展較為緩慢。近年來，由于推行CCUS有望解決CO2氣源不足的問題，同時對提高海上油田采收率的需求日益迫切，海上油田CO2-EOR-S又引起了許多國家的重視，如英國、美國分別完成了對北海大陸架和墨西哥灣油氣田的CO2-EOR-S潛力評估；在墨西哥灣以及阿聯(lián)酋、越南、馬來西亞海外已完成若干可行性評估和先導(dǎo)試驗項目；而且在巴西海外的Lula超大型油田已開始了“下一代”CO2-EOR的商業(yè)應(yīng)用[11]。

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展的時代，諸多行業(yè)和領(lǐng)域，尤其是包含空間和地理信息概念的礦產(chǎn)資源評價研究領(lǐng)域，基于GIS技術(shù)的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建與應(yīng)用已非常廣泛[12-15]。海上油田CO2-EOR-S的實施基于油藏儲蓋參數(shù)、地理地質(zhì)、海洋環(huán)境等大數(shù)據(jù)，因此也需利用GIS進行空間數(shù)據(jù)處理，以實現(xiàn)快速、經(jīng)濟、有效地將歷年油氣勘探開發(fā)中積累的大量數(shù)據(jù)資料用于技術(shù)綜合評價和項目實施的目標。英國、挪威、澳大利亞、美國等都已基于GIS系統(tǒng)編制了CCUS圖集[16-21]，中國也編制了主要沉積盆地CO2地質(zhì)儲存潛力與適宜性評價圖集和數(shù)據(jù)庫[22-24]，為CO2地質(zhì)封存潛力和選址評價提供了技術(shù)支撐。但是目前針對海上油田CO2-EOR-S潛力評估方面的GIS信息數(shù)據(jù)庫還很缺乏，構(gòu)建基于GIS的海上油田CO2-EOR-S潛力評價數(shù)據(jù)庫對提高數(shù)據(jù)利用率、減少重復(fù)工作和科研成本、高效開展?jié)摿υu價具有重要意義。針對大數(shù)據(jù)存儲、管理和分析問題，本文基于GIS技術(shù)，提出了一種海上油田CO2-EOR-S潛力評價地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建設(shè)方法，從靜態(tài)和動態(tài)兩個方面為CO2-EOR-S實施過程中多源地學(xué)信息的集成和處理分析提供支持，為政府決策、相關(guān)企業(yè)和科學(xué)研究服務(wù)。

1 基于GIS的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

利用GIS技術(shù)搭建潛力評價數(shù)據(jù)庫的基本思想是以油田為基本單元，在計算機上對空間數(shù)據(jù)對象及其相關(guān)屬性與方法進行聯(lián)合操作，從而實現(xiàn)對油田范圍內(nèi)所有區(qū)塊、油藏儲蓋層空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)信息的查詢、管理和分析，以實現(xiàn)油藏級別的潛力評價?？臻g數(shù)據(jù)是客觀存在的空間實體或?qū)嶓w集，主要包括位置信息、實際存在且可區(qū)分的圖形、圖像元素、拓撲關(guān)系等；而非空間數(shù)據(jù)是與空間位置沒有直接關(guān)系的代表特定涵義的數(shù)據(jù)，主要包括屬性參數(shù)特征數(shù)據(jù)。通過設(shè)定關(guān)聯(lián)和鏈接方式實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)的共享與分析。在CO2-EOR-S評價和實施過程中，對區(qū)域地理地質(zhì)、油田區(qū)域勘探開發(fā)基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)、動態(tài)儲量、生產(chǎn)歷史等數(shù)據(jù)進行一體化管理，能將空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)有機結(jié)合，實現(xiàn)地圖圖元、數(shù)據(jù)以及評價方法的耦合對應(yīng)，從空間和非空間數(shù)據(jù)兩個方面進行信息的存儲、查詢、評價和預(yù)測。

2 源數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)規(guī)則

2.1 源數(shù)據(jù)內(nèi)容分析

CO2-EOR-S的實施，首先需進行適宜場地篩選評價，包括對評價對象（地質(zhì)單元或有利區(qū)帶、油田群）的油藏地質(zhì)條件、油氣資源和剩余資源潛力、CO2封存潛力進行安全、風(fēng)險以及經(jīng)濟性分析。選出適宜的油藏后，依據(jù)油藏地質(zhì)特征和開發(fā)程度，對油藏開發(fā)生產(chǎn)和CO2封存運移過程進行數(shù)值模擬網(wǎng)格模擬分析與預(yù)測，尋求最優(yōu)注采開發(fā)方案；再分析油藏注入CO2提高采收率和CO2地質(zhì)封存情況，并評估經(jīng)濟與環(huán)境效益。

在海上油田CO2-EOR-S整個評價與分析過程中，所涉及的數(shù)據(jù)包括區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、油藏地質(zhì)等空間地質(zhì)數(shù)據(jù)，油藏開發(fā)地質(zhì)特征等工業(yè)分析參數(shù)，CO2儲運、海洋工程、海洋環(huán)境等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。信息源數(shù)據(jù)非常龐雜，包括多種不同類型的數(shù)據(jù)，如地圖、曲線、圖片、文字報告、統(tǒng)計分析、模擬計算和解釋數(shù)據(jù)等，而用于潛力評價的信息在各類源數(shù)據(jù)中均有體現(xiàn)。面對如此繁多、龐雜的信息，必須先進行歸類，通常是將地學(xué)相關(guān)信息分類為地理基礎(chǔ)信息和專題信息。地理基礎(chǔ)信息是指在描述或分析專題信息時經(jīng)常用到的地理要素信息，如沿海和海底地形地貌、水深、海岸線以及主要碳排放源分布等；專題信息通常是指與研究范疇相關(guān)的專業(yè)信息，如用于潛力評價的油藏基礎(chǔ)地質(zhì)和油藏工程開發(fā)生產(chǎn)等信息，該類信息的類別一旦確定，數(shù)據(jù)庫中允許存在的數(shù)據(jù)類型或數(shù)據(jù)文件也就確定了。本文根據(jù)潛力評價的需要和各類數(shù)據(jù)源所能表達的圖形數(shù)據(jù)信息，將主要數(shù)據(jù)需求歸納為7個類型，見表1。開展經(jīng)濟可行性分析與預(yù)測時，還需增加經(jīng)濟和海洋工程設(shè)施等成本方面的數(shù)據(jù)信息。

表1 CO2-EOR-S潛力評價數(shù)據(jù)庫錄入數(shù)據(jù)內(nèi)容一覽表

2.2 數(shù)據(jù)規(guī)則分析

海上油田CO2-EOR-S地質(zhì)空間數(shù)據(jù)需求包括海洋、地理、地質(zhì)、油藏工程等方面，其數(shù)據(jù)內(nèi)容可按存儲對象、評價目的和方法的包含關(guān)系與數(shù)據(jù)需求進一步細化，如儲層要素包括層厚、埋深、沉積相以及儲層物性（油氣水、孔隙、滲透率等）；而數(shù)據(jù)層級包括油田和油層2個尺度，前者表達油田區(qū)域地理、地質(zhì)概況，后者表達各油層油氣水分布、層物性以及鉆井開發(fā)、注采等特性。利用GIS軟件提供的屬性處理、緩沖區(qū)分析、數(shù)值網(wǎng)格模擬等空間分析手段和空間數(shù)據(jù)查詢與圖件表達，可反映CO2-EOR-S目標區(qū)域地理、海況、地質(zhì)概況，從而對CO2-EOR、CO2封存潛力和適宜性進行評估、分析和預(yù)測。

存儲的數(shù)據(jù)對象主要涉及矢量化的點、線、面和網(wǎng)格模型等地質(zhì)空間數(shù)據(jù)，以及參數(shù)表格與統(tǒng)計分析計算結(jié)果表等非空間數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)主要突出油氣資源和封存潛力屬性，空間上的表達與地理、油氣地質(zhì)條件、油氣勘查和開發(fā)區(qū)塊息息相關(guān)，其數(shù)據(jù)模型以地理、油氣地質(zhì)（區(qū)塊、油田構(gòu)造和次級構(gòu)造沉積單元）、局部構(gòu)造、油藏和探井、開發(fā)井和注入井等為主要圖層或子庫，以其他油田數(shù)據(jù)為次要圖層?？臻g數(shù)據(jù)采用層狀結(jié)構(gòu)，根據(jù)特定屬性每層又可分成多個亞層。非空間數(shù)據(jù)將油氣儲量、CO2封存量等與油田構(gòu)造單元屬性、沉積地層、斷裂、流體屬性等對象關(guān)聯(lián)起來，以對象數(shù)據(jù)表來細化存儲對象的特征，主要包括油田基本儲蓋層物性屬性、儲量、開發(fā)利用屬性、注采井屬性等。為了實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)之間的通信、鏈接與共享，需建立數(shù)據(jù)之間的唯一編碼鏈接，即數(shù)據(jù)標準化。目前CO2地質(zhì)封存領(lǐng)域尚無相關(guān)行業(yè)標準，本文參照石油天然氣行業(yè)相關(guān)標準，如《石油天然氣儲量規(guī)范（1997）》、GB/T 15281-94《中國油、氣田名稱代碼》、SY 5312.1-5312.1997《石油及天然氣探井?dāng)?shù)據(jù)庫編碼》、GB/T 16792-1997《中國含油氣盆地及次級構(gòu)造單元名稱代碼》以及二氧化碳地質(zhì)儲存方法概論[25]等，為諸如勘探單位類別、評價施工類別、評價方法、CO2-EOR以及CO2地質(zhì)封存等數(shù)據(jù)制定了相應(yīng)的數(shù)據(jù)字典。此外，數(shù)據(jù)庫中涉及海陸兩類圖形圖件，在采編前必須建立統(tǒng)一的坐標系和地圖投影方式，整個數(shù)據(jù)庫需共享空間參考系統(tǒng)，包括坐標系統(tǒng)、投影系統(tǒng)以及高程系統(tǒng)的空間參照系、空間域和精度。

3 CO2-EOR-S數(shù)據(jù)庫建設(shè)

3.1 數(shù)據(jù)架構(gòu)模型

數(shù)據(jù)庫模型的設(shè)計需考慮基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、圖件的相對固定性，參數(shù)數(shù)據(jù)的相對易變性以及勘探生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)變化的周期性；需根據(jù)數(shù)據(jù)性質(zhì)進行分類存儲設(shè)計和管理，以實現(xiàn)對資源潛力進行高效便捷的靜態(tài)和動態(tài)分析評價。面對資源潛力評價這種涉及多源、多尺度、多類型的大數(shù)據(jù)存儲與應(yīng)用分析問題，以GIS為數(shù)據(jù)管理與分析工具，可在分類存儲不同信息的同時，提供豐富的空間分析功能接口[12，26-27]。地理空間數(shù)據(jù)庫是一種面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)模型，既包括每個數(shù)據(jù)集的框架與規(guī)則，又包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。根據(jù)層次型的數(shù)據(jù)對象來組織空間數(shù)據(jù)，包括簡單要素類、要素數(shù)據(jù)集、對象類數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)等[28]。根據(jù)資源潛力分析源數(shù)據(jù)需求與規(guī)則，本文構(gòu)建的CO2-EOR-S潛力評價數(shù)據(jù)庫模型如圖1所示。

圖1 CO2-EOR-S數(shù)據(jù)庫模型

對數(shù)據(jù)進行整理、歸類，將區(qū)塊范圍、井柱狀圖、井軌跡、電測曲線、解釋剖面以及成果圖等單獨性較強的空間數(shù)據(jù)歸為簡單要素；將地質(zhì)背景、油藏地質(zhì)等包含整套專題點、線、面等矢量源的空間數(shù)據(jù)歸為要素數(shù)據(jù)集，按照數(shù)據(jù)的語義分類分層次存儲在數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)集中；將對鉆井和樣品進行實驗室分析測試得到的關(guān)于儲蓋層巖性、物性、流體以及生產(chǎn)測試相關(guān)參數(shù)和分析結(jié)果等歸為非空間數(shù)據(jù)，一般通過屬性數(shù)據(jù)表格存儲。一些參數(shù)的反演與計算結(jié)果也通過數(shù)據(jù)表形式存儲在非空間數(shù)據(jù)中，如數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、EOR快速評價參數(shù)與公式計算結(jié)果、混相壓力計算公式、注采壓力確定方法等，必要時可直接調(diào)用進行分析計算。

3.2 數(shù)據(jù)庫構(gòu)建步驟

圖2 CO2-EOR-S數(shù)據(jù)庫構(gòu)建流程圖

海上油田CO2-EOR-S數(shù)據(jù)庫構(gòu)建流程如圖2所示。首先根據(jù)CO2-EOR和CO2地質(zhì)封存潛力評價需要，將收集的鉆井/測井/測試、區(qū)域海洋和油田地質(zhì)調(diào)查勘探以及油田開發(fā)、海洋工程與運輸?shù)确矫娴南嚓P(guān)圖件和數(shù)據(jù)資料作為源數(shù)據(jù)；再按照地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)基本思路、數(shù)據(jù)需求和技術(shù)規(guī)則，對源數(shù)據(jù)進行分類整理，同時將CO2地質(zhì)封存相關(guān)的資源潛力與方案、安全與風(fēng)險以及經(jīng)濟性等靜態(tài)和動態(tài)評價方法進行歸納整理；然后根據(jù)數(shù)據(jù)庫規(guī)則與數(shù)據(jù)模型設(shè)計的數(shù)據(jù)組織方法，對獲取的地理、海洋、地質(zhì)、蓋層、油藏地質(zhì)開發(fā)與評價等數(shù)據(jù)進行細化，在同一空間參考系統(tǒng)下對要素進行分類處理、校正、編碼和組織，按空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)特征分別將其歸入GIS數(shù)據(jù)模型中，形成CO2-EOR-S綜合數(shù)據(jù)庫；最后利用GIS的數(shù)據(jù)管理、訪問、共享以及擴展等功能對數(shù)據(jù)庫進行維護，提供數(shù)據(jù)變化、評價方法處理與應(yīng)用等功能，為資源潛力評價、選址、效益評估等提供數(shù)據(jù)支持，同時能根據(jù)需要展示和輸出相關(guān)成果圖件和數(shù)據(jù)表格。

4 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用實例

廣東近海珠江口盆地蘊藏著巨大的石油天然氣資源，石油遠景資源量為66.05×108t，自20世紀70年代以來，發(fā)現(xiàn)了一批陸生海儲的高產(chǎn)油氣田，成為中國近海重要的石油生產(chǎn)基地[29]，同樣具有巨大的CO2地質(zhì)利用和封存潛力[30-31]。珠江口盆地大部分油田屬中小型，具有輕質(zhì)油和高滲儲層、構(gòu)造環(huán)境和蓋層發(fā)育穩(wěn)定等優(yōu)點，油藏水動力條件強，混相條件良好，具有CO2-EOR和CO2封存應(yīng)用潛力[32]。本文根據(jù)亞洲開發(fā)銀行CCS卓越中心項目和英國繁榮基金珠江口盆地CO2注入準備研究等數(shù)據(jù)需求，為廣東近海珠江口盆地油田群搭建了CO2-EOR和CO2封存潛力數(shù)據(jù)庫。本文以具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)MapGIS K9為工具平臺，以SQL Server為關(guān)系數(shù)據(jù)庫，采用1954北京坐標系、蘭伯特等角圓錐投影，第一標準緯度為25°，第二標準緯度為47°，中經(jīng)為106°。

4.1 數(shù)據(jù)來源與特點分析

珠江口盆地東部油氣區(qū)已發(fā)現(xiàn)含油氣構(gòu)造近60個，已開發(fā)油氣田20多個，包括惠州、陸豐、西江、番禺砂巖型油田群以及流花生物礁油田等。本文以砂巖型油田為研究對象，包括HZ21-1、LF13-1等12個油田形成的惠州、陸豐和西江3個油田群。研究數(shù)據(jù)主要包括區(qū)域地質(zhì)數(shù)據(jù)，海洋、水文以及油氣田勘探開發(fā)相關(guān)數(shù)據(jù)等。區(qū)域地質(zhì)數(shù)據(jù)來源于國家地質(zhì)調(diào)查（1∶200 000地質(zhì)圖）、油氣地質(zhì)調(diào)查和中國海域含油氣盆地圖集[29]，包括區(qū)域基本地質(zhì)、海洋、水文地質(zhì)等空間數(shù)據(jù)；油田地質(zhì)數(shù)據(jù)主要來源于中國海域含油氣盆地圖集和中國油氣田開發(fā)志——南海東部油氣田卷[29,33]，包括儲蓋、流體和生產(chǎn)數(shù)據(jù)等空間和非空間數(shù)據(jù)。CO2-EOR-S潛力評價方法主要參照CO2封存領(lǐng)導(dǎo)人論壇（CSLF）、美國能源部（USDOE）、德州大學(xué)奧斯汀分校（UT-Austin）和油藏數(shù)值模擬等方法[34-38]，首先計算CO2在油藏中的理論封存量[34-35]，包括已枯竭油藏和注入CO2提高采收率油藏的理論封存量；然后利用CO2-EOR無量綱快速評價模型[36-38]對所有油藏的CO2-EOR-S潛力進行快速排序和篩選，選出潛力最佳油藏；最后利用油藏數(shù)值模擬方法對最佳對象進行動態(tài)CO2-EOR-S數(shù)值模擬研究。

4.2 數(shù)據(jù)庫組織

海上油田CO2-EOR-S潛力評價過程中，通常圍繞區(qū)域地理與海洋調(diào)查、油田勘探與開發(fā)等現(xiàn)有數(shù)據(jù)開展工作，除了區(qū)域海洋地質(zhì)地理信息外，其利用的主要信息包括油田儲量、儲蓋層和流體屬性、油柱高度與含油面積等油田開發(fā)實際數(shù)據(jù)。根據(jù)這些信息，通過模擬計算分析等手段可獲得剩余油儲量、溫壓條件、CO2地下屬性、封存前景和提高采收率潛力等。根據(jù)收集到的實際數(shù)據(jù)和資源潛力分析需要，采取分層存儲的方式對數(shù)據(jù)庫進行組織和管理，本文將空間數(shù)據(jù)分為區(qū)域排放源、區(qū)域地理、區(qū)域地質(zhì)、油氣田、鉆測井等數(shù)據(jù)集；屬性數(shù)據(jù)則包含在空間圖形的屬性結(jié)構(gòu)中，如含油面積、儲量、排放量等；將一些包含重要參數(shù)信息的非空間數(shù)據(jù)歸入對象類的屬性表格，如原油屬性、原油PVT參數(shù)、開發(fā)歷史數(shù)據(jù)等；以其他數(shù)據(jù)的形式將分析計算的理論儲量、封存量、采收率、混相壓力以及注采壓力等歸入非空間數(shù)據(jù)。非空間數(shù)據(jù)可通過關(guān)聯(lián)、關(guān)系與對應(yīng)的空間數(shù)據(jù)進行鏈接、互通并共享數(shù)據(jù)信息，以便為該實體空間數(shù)據(jù)補充完整屬性信息。所有數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)模型進行分類、編碼和組織，利用MapGIS K9實現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理、分析和可視化，可為CO2-EOR-S實施提供支持。

4.3 數(shù)據(jù)結(jié)果分析

將收集到的所有數(shù)據(jù)入庫后，除可提供相關(guān)空間查詢訪問外，還可利用MapGIS空間數(shù)據(jù)處理與分析功能進行數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計，為資源潛力分析提供便利。例如，本文對廣東近海珠江口盆地的13個油田進行了分析，利用緩沖區(qū)分析方法得到了不同源匯距離范圍內(nèi)排放源出現(xiàn)的頻數(shù)和總排放量分布特征（圖3），可以發(fā)現(xiàn)，廣東陸上分布的大型CO2排放源與海上油田的匹配距離基本在150～250 km以內(nèi)。另外，油田屬性表格數(shù)據(jù)可方便計算與統(tǒng)計分析儲量、封存量、提高采收率等信息；還可統(tǒng)計分析不同時間節(jié)點的各種數(shù)據(jù)信息，從而實現(xiàn)動態(tài)評價。在有新數(shù)據(jù)或數(shù)值模擬結(jié)果發(fā)生變動情況下，可快速補充完善數(shù)據(jù)，進行再評價，以修正對CO2-EOR-S潛力的評估。

圖3 源匯匹配統(tǒng)計成果輸出示例圖

5 結(jié) 語

海上油田CO2-EOR-S潛力評價與技術(shù)實施過程涉及多源、多尺度、多類型的大數(shù)據(jù)管理與分析問題，本文基于GIS強大的數(shù)據(jù)存儲、管理和分析融合功能，提出了一種海上油田CO2-EOR-S數(shù)據(jù)庫建設(shè)方法；從數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)庫模型到數(shù)據(jù)庫架構(gòu)以及實例應(yīng)用，給出了CO2-EOR-S數(shù)據(jù)庫建設(shè)的基本思路和流程；并以廣東近海珠江口盆地惠州油田群為例，利用MapGIS K9平臺嘗試構(gòu)建了CO2-EOR-S數(shù)據(jù)庫，為海上油田CO2-EOR-S潛力與適宜性評估分析提供了參考。

海上油田CO2-EOR-S資源潛力評估涉及的數(shù)據(jù)量大、綜合性強、處理方法較為復(fù)雜，僅通過圖形圖像數(shù)據(jù)的綜合分析與處理遠不能滿足實際需要。在GIS上實現(xiàn)大數(shù)據(jù)信息與靜態(tài)和動態(tài)評價方法的有機結(jié)合，在利用傳統(tǒng)評價方法的同時，進一步考慮海洋工程、經(jīng)濟與安全風(fēng)險等因素，需要最大限度地利用GIS提供的空間數(shù)據(jù)與函數(shù)處理功能，在建模、分析與處理解釋等方面進一步研究，為部署離岸CCUS項目提供數(shù)據(jù)支持和科學(xué)依據(jù)。