油页岩是一种富含有机质的沉积岩,加热后可裂解产生油气。原位转化是油页岩资源开发的重要途径,该技术是通过对致密、低渗储层水力压裂造缝,再原位加热油页岩,实现油页岩原位裂解,裂解油气经裂缝运移采收。在油页岩长距离井距原位开采过程中,裂解油重质组分沥青质会发生沉淀堵塞储层孔隙;此外,重质组分也会大幅增加裂解油粘度,最终导致储层堵塞。国内外油页岩原位开采现场试验中均发现储层堵塞的技术难题,但现有研究尚未揭示开采过程中重质组分对储层渗流能力的损伤机理,也未形成有效的调控方法。因此,本文将开展油页岩裂解油重质组分对储层渗流能力损伤的系统性研究,提出储层渗流能力的调控方法,为油页岩原位高效开采提供参考。本文的主要内容及结论如下: (1)探明了裂解油重质组分的二次裂解特性。通过提取三种不同开采工况下裂解油重质组分沥青质样品,进行二次裂解实验,分析沥青质的二次裂解特性。结果表明,裂解油重质组分沥青质在500℃时质量损失超过80%,显著的质量损失和体积释放为消除储层堵塞提供了新思路。同时,不同沥青质的性质及二次裂解过程差异显著,在“剧烈”裂解条件下,沥青质性质较不稳定,在350℃经历快速裂解反应阶段,最大质量损失可达93.8%,裂解产物气体中低能键丰富。同时根据活化能和裂解气体组分的演化,认为二次裂解过程为从低能键到高能键的同步两段式断键反应。在“温和”裂解条件下,沥青质性质较为稳定,在450℃时二次裂解反应速率达到了最大值,沥青质的最大质量损失约为80%,二次裂解产物的键能相对较高。沥青质二次裂解过程为从高能键到低能键,再到高能键的连续三段式断键反应。 (2)明确了裂解油重质组分的粘度特性,构建了考虑重质组分沥青质含量的裂解油粘温模型,提出了针对油页岩原位裂解的CMG-STARS软件粘温模型修正方法。结果表明,首先,现有研究中所采用的原油粘温方程模型不适用于油页岩裂解油。本研究通过调整经典粘温方程参数,构建了更适合油页岩裂解油的粘温方程,并利用裂解油的显微图像验证了粘温实验数据的准确性。其次,确定了油页岩裂解油中重质组分沥青质含量与粘度之间关系。研究还发现,油页岩裂解油在低剪切速率下呈现假塑性流体(非牛顿流体)特性,而在高剪切速率时则表现出牛顿流体的特性。同时,随着剪切速率的增加,油组分越轻,越早发生从非牛顿流体向牛顿流体的转变。最后,通过对CMG-STARS数值模拟流体粘度模块的复核,发现模型中现有计算方法得到的数据与实际实验结果之间存在较大差异。因此,引入修正计算系数,对该模块进行了调整,从而显著减少了实验数据与计算结果之间的误差。 (3)建立了包含重质组分二次裂解的油页岩裂解化学模型和裂解油粘温模型,修正了油页岩原位开采数值模拟方法,明确了油页岩原位开采储层渗流能力的损伤机理,并提出了储层渗流能力调控方法。首先,本章以现有油页岩原位开采数值模型为基础,建立包含上述研究中得到的裂解油重质组分二次裂解方程、反应活化能及裂解油粘温流变参数的油页岩原位开采数值模拟。随后,明确了油页岩储层渗流能力的损伤机理,发现裂解油重质组分是造成储层堵塞,降低油品质量的主要因素。最后,基于上述理论分析,提出并验证了一种储层渗流能力调控方法,即降低裂解温度和驱替流量、抑制重质组分运移、促进原位二次裂解,可有效防止储层堵塞和实现储层自解堵,并促进产出油品轻质化。所得结果为油页岩的原位开采工程提供有价值的参考。