随着常规油气资源的日益枯竭,页岩油作为一种重要的非常规资源受到广泛关注,富有机质页岩热解生成的油气在缓解能源供需矛盾方面具有重要战略意义。我国低熟页岩资源丰富,储量巨大,但原位开采过程中面临诸多挑战,传统原位加热技术存在能源效率低、传热不均等缺陷,导致有机质热解不充分,大量重质组分残留。超临界CO₂作为一种具有气体流动性和液体高密度特性的流体,具有优越的传热性能和溶解能力,能够显著提高页岩油的采收率,但现有研究相对较少。针对上述问题,本文以开鲁盆地九佛堂组样品作为研究对象,基于高温高压热解模拟实验平台,采用电加热与电加热协同超临界CO₂两种加热模式,通过孔隙结构和油气组成表征技术,揭示高温超临界CO₂对页岩孔裂隙结构及油气产出的影响,研究内容及结论如下: (1)通过显微CT、高压压汞和低温氮气吸附技术,分析了超临界CO₂对低熟页岩孔裂隙结构的影响。研究结果表明:相比单纯的电加热模式,协同超临界CO₂条件下,显微CT扫描显示样品的孔裂隙发育程度更高,孔裂隙尺寸更大,空间连通性更强;高压压汞揭示开放型孔比例增多,大孔(>1000nm)比例增加,孔径峰值右偏,平均孔径增大,孔径分布变宽;低温N₂吸附揭示页岩纳米孔隙含量减少,滞后环程度下降,狭缝型孔隙比例降低。整体而言,高温超临界CO₂热解促进了微米级孔裂隙的发育,增强了孔裂隙的空间连通性,增大了平均孔径,促使纳米孔隙向微米级孔隙的扩展。 (2)基于油气产率、全烃气相色谱、族组成和激光扫描共聚焦实验研究了超临界CO₂条件下低熟页岩的油气产出规律。实验结果表明:相比电加热,超临界CO₂的参与显著提高了页岩的热解效率,450℃时样品的油产率为18.18mg/g,气产率为16.32m L/g,较电加热分别提高了6.63%和5.12%;饱和烃含量在300-425℃显著升高,450-500℃小幅度下降;轻质组分(C7-C16)占比显著增加,而沥青质含量降至2%以下,即高温超临界CO₂有效的促进了轻质组分释放,并降低了重质组分的残留。 (3)上述两种结果表明,高温超临界CO₂加大了有机质的热解程度,从而促进了孔裂隙的扩展,并且热解过程中产生的气体加速了矿物溶解,改变了矿物组成及孔隙结构,导致孔隙结构的连通性增强,从而提高了油气的流动性和采收率。油气的产出在推动孔隙结构演变的同时,促进了轻质组分的释放,还减少了重质组分的残留,进一步优化了孔隙结构的连通性,提高了油气的采收率。因此,高温超临界CO₂是一种利于提升低熟页岩油原位转化效率的增效技术。