油氣藏分形特征形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)制及適用條件

王任一, 李江濤

(1.浙江海洋大學(xué)石化與能源工程學(xué)院,浙江舟山 316022; 2.中國(guó)石油青海油田公司,甘肅敦煌 736202)

國(guó)外一些學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[1-4],一個(gè)含油氣盆地中,勘探早期發(fā)現(xiàn)的總是大中型油氣藏,中后期主要以發(fā)現(xiàn)中小型油氣藏為主,并且具有油氣藏儲(chǔ)量規(guī)模越大,其數(shù)量越少,油氣藏儲(chǔ)量規(guī)模越小,其數(shù)量越多的特征。油氣藏?cái)?shù)量與其儲(chǔ)量規(guī)模之間符合冪函數(shù)關(guān)系,也即油氣藏分布具有分形特征。油氣藏分布的分形特征是指累積油氣藏?cái)?shù)量與其儲(chǔ)量規(guī)模之間具有冪函數(shù)關(guān)系[5]。不少國(guó)內(nèi)學(xué)者將該理論應(yīng)用于未發(fā)現(xiàn)油氣藏?cái)?shù)量和儲(chǔ)量資源的預(yù)測(cè)研究,并取得良好效果[6-12]。但是這一理論實(shí)際應(yīng)用中有兩個(gè)根本性問(wèn)題沒(méi)有解決。一個(gè)問(wèn)題是分形維數(shù)的地質(zhì)含義,目前有兩類完全相反的解釋:一些學(xué)者[8-9]認(rèn)為,分形維數(shù)越大,勘探潛力越大,而分形維數(shù)越小,勘探潛力越小; 也有學(xué)者[11-12]認(rèn)為,分形維數(shù)是勘探成熟度的反映,分形維數(shù)越小,勘探潛力越大,分形維數(shù)越大,勘探潛力越小。另一個(gè)問(wèn)題是油氣藏儲(chǔ)量規(guī)模與其數(shù)量之間具有分形特征而不具有其他分布特征的原因。對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)理論研究,目前國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)有公開(kāi)發(fā)表的信息。筆者采用成藏動(dòng)力學(xué)與非平衡態(tài)熱力學(xué)相結(jié)合方法,揭示油氣藏分形特征形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)制及適用條件,從理論上回答這兩個(gè)問(wèn)題。

1 油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力及速度

為了使問(wèn)題分析簡(jiǎn)化,在溫度壓力變化范圍不大情況下,假定油氣流體密度和黏度參數(shù)近似不變。如果研究對(duì)象是常壓盆地,地層水中呈離散(或連續(xù))狀運(yùn)移的油珠,由于油與水的密度不相等,則油珠不僅受重力和浮力作用,還要受到毛細(xì)管阻力作用[13]。如果研究對(duì)象為超壓盆地時(shí),還要受到剩余壓力作用,則油珠所受驅(qū)動(dòng)力可表示為

Pd=[(ρwg+Pr-ρog]hosinθ=(ρowg+Pr)hosinθ.

(1)

式中,Pd為油氣運(yùn)移驅(qū)動(dòng)力,MPa;Pr為垂向剩余壓力梯度,MPa/m;θ為油氣運(yùn)移方向與水平方向夾角,(°);g為重力加速度,m/s2;ρw為地層水密度,g/cm3;ho為油珠高度,m;ρo為油密度,g/cm3;ρow為油水密度差,g/cm3。式(1)為油氣運(yùn)移驅(qū)動(dòng)力公式,由兩項(xiàng)組成,第一項(xiàng)為浮力與重力的合力,稱為凈浮力;第二項(xiàng)稱為剩余壓力。對(duì)于常壓盆地,第二項(xiàng)剩余壓力為零,以凈浮力為運(yùn)移驅(qū)動(dòng)力;對(duì)于超壓盆地,第二項(xiàng)剩余壓力不為零, 以凈浮力與剩余壓力之和為其運(yùn)移驅(qū)動(dòng)力。在常見(jiàn)超壓盆地中,油氣凈浮力在其數(shù)值上要比剩余壓力小一個(gè)數(shù)量級(jí)[13]。

油氣運(yùn)移阻力主要是儲(chǔ)層毛細(xì)管力,決定于孔喉結(jié)構(gòu)、流體性質(zhì)、流體界面張力和潤(rùn)濕角等,可以用排驅(qū)壓力參數(shù)來(lái)表示[14-15]。根據(jù)油氣運(yùn)移驅(qū)動(dòng)力公式(1),只有油氣運(yùn)移驅(qū)動(dòng)力大于排驅(qū)壓力時(shí),油氣流體才能驅(qū)替孔隙中地層水而充注油氣。因此,實(shí)際油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力可表示為

Pe=(ρowg+Pr)hosinθ-Pc.

(2)

式中,Pe為油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力,MPa;Pc為排驅(qū)壓力,MPa。式(2)為油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力公式。對(duì)于常壓盆地而言,由于油氣運(yùn)移驅(qū)動(dòng)力為凈浮力,屬于弱運(yùn)移驅(qū)動(dòng)力;對(duì)于超壓盆地而言,由于油氣運(yùn)移驅(qū)動(dòng)力為凈浮力與剩余壓力之和,屬于強(qiáng)運(yùn)移驅(qū)動(dòng)力。油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力,實(shí)際上就是油氣運(yùn)移驅(qū)動(dòng)力減去儲(chǔ)層排驅(qū)壓力后的凈油氣運(yùn)移驅(qū)動(dòng)力。例如,對(duì)于具有高排驅(qū)壓力的致密儲(chǔ)層而言,盡管剩余壓力可能較高,但克服運(yùn)移路徑高排驅(qū)壓力后,實(shí)際上油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力則會(huì)變小,也屬于較弱油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力。

依據(jù)油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力公式(2)和Darcy方程,則油氣運(yùn)移速度為

(3)

式中,Pg為排驅(qū)壓力梯度,MPa/m;v為油氣運(yùn)移速度,m/Ms;μo為地層原油黏度,mPa·s;k為滲透率,μm2。油氣運(yùn)移速度由3項(xiàng)組成:第一項(xiàng)為凈浮力驅(qū)動(dòng)下運(yùn)移速度,稱之為凈浮力速度;第二項(xiàng)為剩余壓力驅(qū)動(dòng)下速度,稱為剩余壓力速度;第三項(xiàng)為排驅(qū)壓力耗損速度,稱為排驅(qū)壓力耗損速度。對(duì)于常壓盆地,第二項(xiàng)剩余壓力梯度為零,以凈浮力速度和排驅(qū)壓力耗損速度二者之和為其運(yùn)移速度;對(duì)于超壓盆地,第二項(xiàng)剩余壓力梯度不為零, 以凈浮力速度、剩余壓力速度和排驅(qū)壓力耗損速度三項(xiàng)之和為其運(yùn)移速度。

2 油氣運(yùn)移最小能耗率原理

先做一定義:盆地充填物孔隙(裂)及其中流體組成的系統(tǒng),稱之為盆地流體系統(tǒng)。依流體運(yùn)移狀態(tài)的不同,可分為以連續(xù)狀運(yùn)移方式的盆地水系統(tǒng)和呈離散(或連續(xù))狀油珠或氣泡方式運(yùn)移的盆地油氣系統(tǒng)。呈離散(或連續(xù))狀運(yùn)移的油氣,以盆地水系統(tǒng)中呈連續(xù)狀運(yùn)移的地層水為依托載體。可認(rèn)為,盆地流體系統(tǒng)由盆地水系統(tǒng)和盆地油氣系統(tǒng)這兩個(gè)子系統(tǒng)組成。

盆地油氣成藏過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的非線性動(dòng)力學(xué)過(guò)程,同時(shí)也是一個(gè)熱力學(xué)能量耗散的非平衡過(guò)程[16]。一般地,一個(gè)系統(tǒng)處于外部恒定驅(qū)動(dòng)力作用下,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間以后,系統(tǒng)將會(huì)達(dá)到與這一外部恒定驅(qū)動(dòng)力相適應(yīng)的在宏觀上不隨時(shí)間變化的穩(wěn)定狀態(tài),稱之為非平衡定態(tài),簡(jiǎn)稱定態(tài)。根據(jù)非平衡態(tài)熱力學(xué)理論[17-18],在弱油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力作用下,盆地油氣系統(tǒng)將處于線性非平衡態(tài)區(qū),簡(jiǎn)稱為近平衡態(tài)區(qū)。盆地油氣系統(tǒng)將趨于與弱油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力相適應(yīng)的具有非均質(zhì)結(jié)構(gòu)定態(tài),盆地油氣系統(tǒng)熵產(chǎn)生將趨于最小值,并遵從最小熵產(chǎn)生原理。在強(qiáng)油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力作用下,盆地油氣系統(tǒng)將處于非線性非平衡態(tài)區(qū),簡(jiǎn)稱為非平衡態(tài)區(qū)。處于非平衡態(tài)區(qū)的盆地油氣系統(tǒng)的熵產(chǎn)生卻不一定取最小值,而是偏離最小值,最小熵產(chǎn)生原理將不再成立[19]。

處于近平衡態(tài)盆地油氣系統(tǒng),將趨于與弱油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力相適應(yīng)具有非均質(zhì)結(jié)構(gòu)定態(tài)。這一油氣流體分布非均質(zhì)結(jié)構(gòu)定態(tài)格局維持,也是一個(gè)物質(zhì)流和能量流的能量耗散過(guò)程,并遵從最小熵產(chǎn)生原理。因此在弱油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力作用下,油氣流體運(yùn)移過(guò)程中的能量耗散狀況控制著油氣流體分布的非均質(zhì)結(jié)構(gòu)定態(tài)格局。

在實(shí)際應(yīng)用中,可認(rèn)為熵產(chǎn)生函數(shù)等價(jià)于能耗率函數(shù),最小熵產(chǎn)生原理也等價(jià)于最小能耗率原理[20-21]。盆地油氣系統(tǒng)處于與弱油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力相適應(yīng)的油氣分布非均質(zhì)結(jié)構(gòu)定態(tài)時(shí),盆地油氣系統(tǒng)能量流與物質(zhì)流的能耗率可表示為

φ=φe+φm.

(4)

式中,φe為能量流的能耗率函數(shù),表示單位時(shí)間單位體積內(nèi)能量流所耗散的能量, J/(m3·s);φm為質(zhì)量流的能耗函數(shù),表示單位時(shí)間單位體積內(nèi)質(zhì)量流所耗散的能量, J/(m3·s);φ為單位時(shí)間單位體積內(nèi)質(zhì)量流與物質(zhì)流所耗散總能量,J/(m3·s)。它們是由油氣運(yùn)移這一不可逆過(guò)程引起的,油氣運(yùn)移能量流通過(guò)動(dòng)量傳輸實(shí)現(xiàn),油氣運(yùn)移物質(zhì)流通過(guò)質(zhì)量傳輸實(shí)現(xiàn)[22]。根據(jù)廣義流與廣義力構(gòu)造能耗率函數(shù)的原則[19],油氣運(yùn)移能量流定義為動(dòng)量與速度之積,為其廣義流。流速梯度為動(dòng)量傳輸?shù)膹V義力,并從高速區(qū)流向低速區(qū),則能量流的能耗率可表示為

(5)

式中,l為油氣運(yùn)移方向,m。物質(zhì)流可定義為油氣運(yùn)移速度與密度乘積,反映單位時(shí)間內(nèi)傳輸質(zhì)量,為其廣義流。油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力梯度為質(zhì)量傳輸?shù)膹V義力,則質(zhì)量流的能耗率可表示為

(6)

根據(jù)最小能耗率原理,盆地油氣系統(tǒng)處于與弱油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力相適應(yīng)油氣分布的非均質(zhì)結(jié)構(gòu)定態(tài)時(shí),盆地油氣系統(tǒng)能耗率將趨于最小值。根據(jù)式(4),則盆地油氣系統(tǒng)總能耗率為

(7)

式中,Φmin為盆地油氣系統(tǒng)能耗率最小值,表示盆地油氣系統(tǒng)處于定態(tài)時(shí),單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)耗散總能量,J/s;V為盆地油氣系統(tǒng)油氣流體總體積,也即油氣藏累加總儲(chǔ)量,104m3。體積分中括號(hào)內(nèi)有兩項(xiàng),第一項(xiàng)是油氣流體動(dòng)壓強(qiáng)梯度,第二項(xiàng)等同于油氣流體靜壓強(qiáng)梯度。這二項(xiàng)之和代表油氣運(yùn)移驅(qū)動(dòng)能量大小,由于油氣運(yùn)移速度極小,第一項(xiàng)可忽略不計(jì)。將油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力公式(2)和油氣運(yùn)移速度公式(3)帶入公式(7),根據(jù)積分中值定律,可將公式(7)簡(jiǎn)化為

(8)

其中

(9)

式中,W為平均單位體積油氣流體所受有效驅(qū)動(dòng)功率,簡(jiǎn)稱為油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率,J/(s·m3)。式(8)稱為油氣運(yùn)移最小能耗率原理。從油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率公式(9)可看出,油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率大小取決于5個(gè)因素,即凈浮力梯度(ρowg)、剩余壓力梯度(Pr)、排驅(qū)壓力梯度(Pg)、油氣運(yùn)移方向(θ)和流度(k/μo)。油氣運(yùn)移最小能耗率原理揭示了這5個(gè)因素與油氣藏總儲(chǔ)量(V)間關(guān)系規(guī)律。

油氣運(yùn)移最小能耗率原理(式(8))表明,在弱油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力作用下,油氣運(yùn)移能耗率將趨于最小值,也即油氣運(yùn)移具有“惰性”特征,油氣運(yùn)移將選擇一種“低耗高效”方式進(jìn)行。顯然,以斷層垂向運(yùn)移或以儲(chǔ)層中相對(duì)高滲層帶側(cè)向就近運(yùn)移的路徑是油氣最可能運(yùn)移路徑,因?yàn)槎呔哂凶钚∧芎穆省?/p>

油氣運(yùn)移最小能耗率原理也表明,在弱油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力作用下,由于盆地油氣系統(tǒng)最小能耗率(Φmin)為一常數(shù),盆地油氣系統(tǒng)油氣藏累加總儲(chǔ)量(V),與油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率(W)成反比關(guān)系。當(dāng)油氣成藏要素相同情況下,油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率(W)越大,則油氣藏總規(guī)模(V)越小;相反,油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率(W)越小,則油氣藏總規(guī)模(V)越大。

需要說(shuō)明的是,地層傾角對(duì)油氣成藏影響很大。當(dāng)其他4個(gè)成藏要素不變情況下,根據(jù)油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率公式(9)和油氣運(yùn)移最小能耗率原理公式(8),如果油氣運(yùn)移方向與水平方向夾角減小,油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率將大幅減小(近似與sin2θ成正比),導(dǎo)致油氣藏規(guī)模大幅增大。

3 油氣藏分形特征形成機(jī)制

根據(jù)油氣運(yùn)移最小能耗率原理(式(8)),在盆地油氣系統(tǒng)處于與弱油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力相適應(yīng)定態(tài)時(shí),如果盆地油氣系統(tǒng)油氣藏總體積V由N個(gè)不同規(guī)模儲(chǔ)量的油氣藏(x)組成，考慮到盆地中油氣藏儲(chǔ)量之間的懸殊性,這N個(gè)油氣藏儲(chǔ)量平均值取加權(quán)幾何平均值,

mN=(x1)n1(x2)n2…(xi)ni.

(10)

式中,m為油氣藏儲(chǔ)量的加權(quán)幾何平均值,104m3;x1,x2,…,xi為油氣藏儲(chǔ)量規(guī)模,104m3,i為油氣藏儲(chǔ)量規(guī)模序號(hào);n1,n2,…,ni為與之相對(duì)應(yīng)的油氣藏個(gè)數(shù)。對(duì)式(10)兩邊取對(duì)數(shù),即

(11)

對(duì)于連續(xù)油氣藏儲(chǔ)量x,其加權(quán)幾何平均值與式(11)類似,應(yīng)有

(12)

式中,f(x)為盆地內(nèi)N個(gè)油氣藏儲(chǔ)量分布概率密度函數(shù);x為油氣藏儲(chǔ)量變量, 104m3;a、b分別為油氣藏儲(chǔ)量x的上、下限值,104m3。對(duì)于盆地內(nèi)N個(gè)油氣藏儲(chǔ)量分布概率密度函數(shù)f(x),則有

(13)

依據(jù)油氣運(yùn)移最小能耗率原理(式(8)),盆地油氣系統(tǒng)能耗率取得最小值,也意味著盆地內(nèi)N個(gè)油氣藏分布的信息熵取得最大值,

(14)

那么在方程(14)約束下,何種類型油氣藏儲(chǔ)量分布概率密度函數(shù)f(x),使盆地油氣系統(tǒng)內(nèi)油氣藏儲(chǔ)量分布的信息熵值最大(也即能耗率最小),這是一個(gè)泛函數(shù)的求極值問(wèn)題,采用拉格朗日方法進(jìn)行求解[23]。聯(lián)立式(14)、(13)和(12),構(gòu)造一個(gè)新函數(shù)

(15)

式中,s1和s2為待定常數(shù)?？煽闯?H是油氣藏儲(chǔ)量分布概率密度函數(shù)f(x)的函數(shù)。求H對(duì)f(x)偏微商,并令其為零,整理可得

f(x)=exp(-1+s1)xs2.

(16)

為了使式(16)簡(jiǎn)化,假定式(13)中油氣藏儲(chǔ)量x最小值為1,在積分上限b處f(x)函數(shù)值為0,再聯(lián)立式(12)和(13),可消去未知數(shù)s1和s2,求得油氣藏儲(chǔ)量分布概率密度函數(shù)為

(17)

根據(jù)油氣運(yùn)移最小能耗率原理(式(8)),由N個(gè)油氣藏儲(chǔ)量構(gòu)成的總儲(chǔ)量V可表示為

(18)

將式(18)代入式(17)得

(19)

式(19)為油氣藏儲(chǔ)量分布概率密度函數(shù)公式,為冪函數(shù)分布,具有分形結(jié)構(gòu)。

可見(jiàn),在弱油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力作用下,處于近平衡態(tài)區(qū)盆地油氣系統(tǒng),油氣運(yùn)移遵守油氣運(yùn)移最小能耗率原理,盆地油氣藏儲(chǔ)量分布才具有分形特征;相反,強(qiáng)油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力作用下,處于非平衡態(tài)區(qū)盆地油氣系統(tǒng),油氣運(yùn)移最小能耗率原理不再成立,盆地油氣藏分布則不具有分形特征。因此弱油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力作用下的油氣運(yùn)移最小能耗率原理,是盆地油氣藏儲(chǔ)量分布具有分形特征的動(dòng)力學(xué)機(jī)制及適用條件。

再對(duì)式(19)兩邊取對(duì)數(shù)

(20)

顯然,在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中式(20)反映油氣藏儲(chǔ)量分布概率密度函數(shù)與油氣藏儲(chǔ)量之間呈線性關(guān)系,則此直線斜率為

(21)

式中,D為直線段斜率,稱為油氣藏儲(chǔ)量分布的分形維數(shù)公式。至此,從理論上證明了,只有在弱油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力作用下,處于近平衡態(tài)區(qū)盆地油氣系統(tǒng),油氣藏分布才具有分形特征。

油氣藏儲(chǔ)量分布的分形維數(shù)公式(21)也揭示了分形維數(shù)D地質(zhì)含義:如果盆地油氣系統(tǒng)中油氣藏?cái)?shù)量(N)為一定值情況下,由于Φmin為一常數(shù),分形維數(shù)D只與油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率(W)有關(guān),而與油氣勘探潛力沒(méi)有直接關(guān)系。

這樣,也就從理論上回答本文在引言中提出的兩個(gè)問(wèn)題,即分形維數(shù)D地質(zhì)含義和為什么油氣藏分布具有分形特征的問(wèn)題。

需要說(shuō)明一點(diǎn),在實(shí)際工作中多用油氣藏累積數(shù)量與儲(chǔ)量間關(guān)系進(jìn)行油氣藏儲(chǔ)量分形特征研究,而油氣藏儲(chǔ)量分布概率密度函數(shù)公式(19)為一個(gè)冪函數(shù)。由于冪函數(shù)的積分仍然是冪函數(shù),油氣藏累積數(shù)量與儲(chǔ)量關(guān)系也服從冪函數(shù)關(guān)系。

4 應(yīng)用實(shí)例

饒陽(yáng)凹陷位于渤海灣盆地中西部,為一個(gè)東斷西超的箕狀凹陷,也是一個(gè)油氣最富集凹陷。根據(jù)文獻(xiàn)[9]提供的儲(chǔ)量數(shù)據(jù)(表1),凹陷內(nèi)已發(fā)現(xiàn)201個(gè)油藏,其中前古近系發(fā)現(xiàn)16個(gè)油藏,沙河街組發(fā)現(xiàn)油藏88個(gè),東營(yíng)組發(fā)現(xiàn)油藏70個(gè),新近系發(fā)現(xiàn)27個(gè)。由于沙河街組屬于超壓系統(tǒng)[24-25],油氣運(yùn)移驅(qū)動(dòng)力為凈浮力與剩余壓力之和,在強(qiáng)油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力作用下,沙河街組油氣系統(tǒng)能耗率偏離最小值,系統(tǒng)處于非平衡態(tài)區(qū),油氣運(yùn)移最小能耗率原理不再成立。因此沙河街組油氣藏分布不符合分形特征,不能用于未發(fā)現(xiàn)油氣藏儲(chǔ)量資源的預(yù)測(cè)研究。

新近系和東營(yíng)組為常壓系統(tǒng),油氣運(yùn)移驅(qū)動(dòng)力為凈浮力。根據(jù)油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力公式(2),屬于弱油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力。在弱油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力作用下,新近系和東營(yíng)組油氣系統(tǒng)將處于近平衡態(tài)附近,油氣運(yùn)移遵守最小能耗率原理,油氣藏分布符合冪函數(shù)分布,具有分形特征,可以用于未發(fā)現(xiàn)油氣藏儲(chǔ)量資源的預(yù)測(cè)研究。

表1 饒陽(yáng)凹陷不同層位油藏規(guī)模及累積油藏個(gè)數(shù)[9]

油氣藏儲(chǔ)量分布的分形維數(shù)公式表明,分形維數(shù)D近似反映油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率。反過(guò)來(lái),只要知道油氣藏儲(chǔ)量分布的分形維數(shù)D,就可利用式(21)求得油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率。依照表1中油氣藏儲(chǔ)量規(guī)模分級(jí)和相應(yīng)油藏累積個(gè)數(shù),對(duì)新近系和東營(yíng)組油藏累積個(gè)數(shù)與儲(chǔ)量規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行分形統(tǒng)計(jì)表明,新近系和東營(yíng)組油藏儲(chǔ)量分布均具有很好分形特征。新近系油藏儲(chǔ)量分布分形維數(shù)D1為1.29(圖1(a)),東營(yíng)組油藏儲(chǔ)量分布分形維數(shù)D2為1.23(圖1(b))。

圖1 油藏累積數(shù)量與油藏儲(chǔ)量規(guī)模關(guān)系Fig.1 Relationship between reservoir accumulated number and reserves scale

根據(jù)油氣藏儲(chǔ)量分布分形維數(shù)公式(21),新近系與東營(yíng)組油藏儲(chǔ)量分布的分形維數(shù)之比為

(22)

式中,D1、Φ1、N1和W1分別為新近系儲(chǔ)量分布分形維數(shù)、最小能耗率、油藏總數(shù)量和油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率;D2、Φ2、N2和W2分別為東營(yíng)組儲(chǔ)量分布分形維數(shù)、最小能耗率、油藏總數(shù)量和油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率。再將式(22)化簡(jiǎn),可得新近系與東營(yíng)組油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率之比為

(23)

式中,如果新近系和東營(yíng)組油氣系統(tǒng)能耗率最小值接近(Φ1≈Φ2),經(jīng)濟(jì)界限之上的油藏?cái)?shù)量接近(N1≈N2),則將新近系和東營(yíng)組油藏分布的分形維數(shù)(D1=1.29,D2=1.23)帶入式(23),可求得新近系與東營(yíng)組油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率之比為2.46。

5 結(jié) 論

(1)在弱油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力作用下,處于近平衡態(tài)區(qū)盆地油氣系統(tǒng),油氣運(yùn)移遵守油氣運(yùn)移最小能耗率原理,盆地油氣藏分布具有分形特征;相反,強(qiáng)油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力作用下,處于非平衡態(tài)區(qū)盆地油氣系統(tǒng),油氣運(yùn)移最小能耗率原理不再成立,盆地油氣藏分布則不具有分形特征。弱油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力作用下的油氣運(yùn)移最小能耗率原理,是盆地油氣藏分形特征形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)制及適用條件。

(2)油氣藏儲(chǔ)量分布的分形維數(shù)公式,揭示了分形維數(shù)D地質(zhì)含義。如果盆地油氣系統(tǒng)中油氣藏?cái)?shù)量為一定值情況下,由于Φmin為一常數(shù),分形維數(shù)D就只與油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率有關(guān),而與油氣勘探潛力沒(méi)有直接關(guān)系。分形維數(shù)D近似反映油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率。油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率越大,分形維數(shù)就越大;而油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率越小,分形維數(shù)也越小。

(3)油氣運(yùn)移最小能耗率原理表明,在弱油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)力作用下,油氣運(yùn)移具有“惰性”特征,油氣運(yùn)移將選擇一種“低耗高效”方式進(jìn)行。以斷層垂向運(yùn)移或以儲(chǔ)層中相對(duì)高滲層帶側(cè)向就近運(yùn)移的路徑是油氣最可能運(yùn)移路徑,因?yàn)槎呔哂凶钚∧芎穆省?/p>

(4)油氣運(yùn)移最小能耗率原理也表明,油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率越大,油氣藏規(guī)模則越小;相反,油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率越小,油氣藏規(guī)模則越大。地層傾角對(duì)油氣成藏影響很大。根據(jù)油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率公式和油氣運(yùn)移最小能耗率原理公式,如果油氣運(yùn)移方向與水平方向夾角減小,油氣運(yùn)移有效驅(qū)動(dòng)功率將大幅減小(近似與sin2θ成正比),導(dǎo)致油氣藏總規(guī)模大幅增大。