目前,我国正面临着能源需求日益增大和常规油藏开采难度增大的双重压力,对于非常规油藏的开采已迫在眉睫。页岩油资源储量巨大,其有效开采可缓解能源压力。超临界二氧化碳(Supercritical Carbon Dioxide,scCO₂)注入页岩油藏可以有效提高原油采收率,同时由于页岩油藏中含有沥青质组分,二氧化碳注入会引起页岩油中沥青质的沉淀。但是,二氧化碳驱替页岩油的微观机制尚未明确,驱替过程中沥青质沉淀机理研究较少,限制了二氧化碳在提高原油采收率方面的应用。因此,本文采用分子动力学模拟方法,研究scCO₂驱替页岩油的微观作用机制,揭示二氧化碳驱过程中沥青质的沉淀微观机理,进而为超临界二氧化碳开采页岩油提供理论指导。二氧化碳驱替页岩油微观过程表明:注入页岩孔道的二氧化碳由于能够与岩石表面的羟基形成氢键而吸附在岩石表面,从而在岩石表面形成明显的层状结构。由于二氧化碳的吸附,原本吸附在岩石壁面的原油分子会逐渐与壁面分离,从而实现原油的剥离。在驱替前缘位置,二氧化碳导致原油体积膨胀,同时随着二氧化碳的注入,二氧化碳/原油界面厚度增大,界面张力降低。由于二氧化碳驱动、烷烃分子的缠结以及驱替前缘部分原油的溶胀,会导致岩石孔道下游端原油分子聚集,以油带的形式发生运移。随着二氧化碳注入速率的增大,油滴与岩石壁面的弯月面形态由凸形向凹形转变。注超临界二氧化碳过程中,沥青质沉淀研究表明:沥青质沉淀包括表面沉积、夹带以及剥离三种作用机制。二氧化碳能够萃取原油中的庚烷和甲苯,破坏原油体系的平衡,降低沥青质在原油中的溶解能力,从而引起沥青质聚集絮凝。沥青质沉积过程存在两种方式:游离的沥青质单体首先聚集形成聚集体,进而向岩石壁面吸附形成沉淀;吸附在岩石表面的沥青质单体,能吸附原油中游离的沥青质单体,在岩石壁面形成大的沉积体。随着二氧化碳注入速率的增大,沥青质沉淀程度减弱。注入速率增大到一定数值时,沥青质沉淀能从岩石表面剥离,随二氧化碳一起发生运移。