页岩油赋存在复杂的纳米级孔隙结构中,流动性差、动用难度大,亟需高效的提高采收率(EOR)手段。超临界CO₂驱替技术因其优异的流体相容性和可控性,在非常规储层开发中展现出重要潜力。然而,超临界CO₂在页岩孔隙中的驱替行为,是需要进一步研究完善的关键性问题。 本文使用分子动力学模拟方法,建立不同孔隙结构的并联孔隙结构,研究孔隙尺寸、粗糙程度、连通性对赋存状态的影响,在此基础上建立超临界CO₂驱油模型,研究不同孔隙结构、温度、CO₂驱替速度等影响因素对CO₂驱替规律的影响。模拟结果表明:页岩油在纳米孔隙中的赋存状态受孔隙结构及分子性质共同影响,表现出显著的结构敏感性。其中,正二十烷在有机小孔径粗糙孔隙中最易形成多层团簇吸附,吸附相比例最高;而甲烷主要以游离态形式赋存,分布相对分散。CO₂驱替效率受多种孔隙结构参数与环境因素耦合控制。孔隙尺寸差异越大,驱替效率越低,CO₂易在大孔道中形成突破通道,削弱对小孔隙中烷烃的动用。孔隙粗糙度越高,驱替效率越低,壁面凸起增强流体滞留与吸附,阻碍CO₂渗流;孔隙连通性越强,驱替效率越高,有利于CO₂在系统中的扩散。温度升高显著提升驱替效率,高温促进烷烃解吸、提高CO₂扩散能力;驱替效率随驱替速度呈现“先增大后减小”的非线性规律,最佳驱替速度为约2×10^-9m/s,超过此阈值后,驱替效率下降。在复合孔隙中,矿物类型显著影响CO₂驱油能力,在长石-石墨烯孔隙中驱替效果最好。其中CO₂对正辛烷和正二十烷的驱替效率分别为方解石-石墨烯孔隙的1.75倍和4.67倍。不同粗糙度与喉道长度调控了CO₂的作用方式:在复合孔隙模型中,无机孔隙粗糙度更大或喉道较长时,更利于正二十烷的驱替与迁移;而有机孔隙粗糙度较大时,CO₂更倾向于溶胀机制而非直接剥离。 CO₂驱替效率受孔隙结构类型与流体扩散性质双重控制。本研究定量揭示了多种因素对驱替行为的影响规律,提出了影响CO₂驱替效率的关键参数与最优扩散条件,为页岩油高效开发提供了微观理论支撑。