全球页岩油储量丰富,是未来油气开发的主要方向,但页岩储层致密,非均质性强,采收率低。CO₂驱可实现页岩油的高效开发,而页岩油藏复杂且致密的微观孔隙结构使得室内岩心流动实验更加困难,难以通过宏观CO₂驱油分析背后的微观机理并精确解析壁面的分子级别相互作用和动态驱油过程。因此,研究CO₂驱页岩油机理对提高原油采收率具有重要意义。 分子动力学(Molecular Dynamics)可从微观角度分析CO₂分子与赋存状态原油分子以及页岩孔隙之间的相互作用,并从分子尺度揭示页岩油在纳米孔中微观流动规律。本研究建立了一系列分子动力学模型,首先从密度、力场验证了模型的准确性以保证模拟结果的正确性;然后建立了CO₂/nC6/不同岩石孔隙体系模型,分析了CO₂驱页岩油流动规律。在此基础上,研究了变截面岩石壁面、粗糙度、羟基化程度、无机物混合壁面、无机与有机物混合壁面对页岩油流动的影响;最后建立CO₂/nC6体系模型,研究不同岩石孔隙中油气界面行为,分析了温度、压力、混合岩石壁面、变截面壁面、含水饱和度、纳米限域效应、CO₂助溶剂对油气界面行为变化的影响。通过以上研究所得结论如下: (1)在CO₂/nC6/不同岩石孔隙体系中,当原油赋存在岩石孔隙中时,驱替是采油的主要机制;分子运动受到孔隙突变截面的碰撞作用,部分分子出现短暂的堆积或回流现象;粗糙度较小时,CO₂的溶解和萃取可以同时发生,较大时,nC6分子发生聚集并形成局部高密度区域;羟基化程度越高,壁面对nC6分子吸附性强,降低其在壁面的流动性;无机物混合岩石壁面中,nC6分子在石英壁面附近流动性较强,但在方解石壁面受到较强的吸附作用,流动性有所下降;在蒙脱石壁面流动性明显受到限制;在无机物与有机物混合壁面中,干酪根壁面的吸附强于石英与方解石,使nC6分子流体流动性显著降低。 (2)在CO₂/nC6体系模型中,界面张力大小为:方解石<干酪根<石英<蒙脱石;高温有利于CO₂/nC6分子混溶,降低IFT;高压条件使界面处的CO₂分子的浓度增加,IFT降低;混合岩石壁面中,界面张力大小依次为:石英-干酪根<方解石-干酪根<蒙脱石-干酪根;变截面壁面中,随着孔隙孔径的增大,分子之间的相互作用增加,CO₂与nC6分子之间的混溶减弱;水分子形成的水柱无法有效削弱nC6分子在壁面上的吸附,混溶程度随含水量的增加而增加;纳米限域效应主要通过削弱CO₂分子之间的自聚集来增强CO₂/nC6的混溶;二甲醚(DME)对nC6分子的剥离作用最为显著,平均密度下降了0.26g/cm³,而丙酮、乙醇、纯CO₂分别为0.23 g/cm³、0.20 g/cm³、0.15 g/cm³。 分子动力学能够准确模拟CO₂在页岩孔隙中的微观驱油过程及油气界面行为变化,构建宏观和微观驱替动态之间的桥梁,研究以期为分子模拟技术在非常规油气的开发应用提供参考。