随着常规油气资源的消耗,页岩油勘探开发已成为新的亮点。页岩油作为非常规油气中重要组成部分,已成为重要的替代能源。由于页岩储层中存在广泛分布的纳米级孔隙,在纳米尺度条件下探究孔隙中流体的分布及流动规律具有重要的科学意义与应用价值。因此,本文采用分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟方法,研究了不同矿物孔隙中流体的赋存状态及运移行为。通过分子层面的分析,总结了页岩油在纳米尺度受限空间中流体的分布及运移规律,从而有助于从实际应用角度推动页岩油有效开发。 基于平衡分子动力学(EMD)模拟方法,研究了方解石、伊利石、高岭石、蒙脱石及石英(甲基化)五种矿物壁面对页岩油的吸附特性,并讨论了不同矿物类型、孔隙间距与温度对页岩油赋存状态的影响。结果表明:(1)不同矿物孔隙近壁面处的流体密度分布特征互不相同,油分子在近壁面处形成2~6个且每层厚度为3~5(?)的吸附层,密度分布呈现“波动式”特征,同一孔隙中靠近壁面处吸附峰值最高,相邻吸附层峰值逐渐降低,且吸附区流体密度是体相区的1~3倍;(2)不同矿物壁面对油分子的吸附特性不同,五种岩石壁面对油分子吸附能力的稳定性排序为方解石﹥石英(甲基化)﹥蒙脱石﹥伊利石﹥高岭石。 通过非平衡分子动力学(NEMD)模拟方法,针对吸附稳定性较强的方解石与石英(甲基化)两种矿物组分模型,并建立有机质与复合孔隙对照模型,开展纳米级孔隙内页岩油流动模拟,讨论了孔隙间距、油组分、孔隙成分、温度及驱替力对页岩油运移规律的影响。结果表明:(1)油分子受不同影响因素流动特征差异显著。相同条件下,复合型壁面中页岩油流动速度分布剖面,呈现半活塞-半抛物线型分布。而无机质孔隙内,流体速度分布剖面呈现抛物线型分布,有机质孔隙则表现为活塞式分布;(2)极性分子在矿物孔隙中的质心位移显著低于非极性分子,表明极性分子在孔隙内运移较困难;(3)油分子在矿物孔隙的解吸与扩散受温度影响显著。温度从313.15K升至353.15K时,吸附态油分子脱附并向体相区扩散,导致方解石与石英(甲基化)孔隙内驱替效率均提升13%;(4)油分子质心位移与驱替力呈正相关关系。驱替力增加2倍,使方解石孔隙内油分子的平均流速与质心位移均增加了约4倍,而石英(甲基化)孔隙内油分子的平均流速增加了约1倍,质心位移增加了约2倍。 采用灰色关联分析法,分析了五种主控因素对方解石和石英(甲基化)孔隙内油分子质心位移的影响程度。结果表明:两种孔隙中影响因素排序存在差异,方解石孔隙中排序为温度>孔隙间距>驱替力>孔隙成分>油组分;石英(甲基化)孔隙中排序为温度>驱替力>孔隙成分>孔隙间距>油组分。 本文的研究结果和认识为页岩油在纳米孔隙中的赋存状态和运移规律提供了理论依据和实践参考。