石油专栏 | 二甲醚-辅助CO2进行页岩油回收微观机制和影响因素

这项研究旨在解决当前页岩油开采中遇到的一个关键问题：传统的CO₂注入方法在微观孔隙中的回收效果不佳。

为了克服这一挑战，作者采用了分子动力学模拟的方法来进行研究。通过Materials Studio软件，构建了纳米孔模型、不同组分的页岩油系统以及多种CO₂-共溶剂系统。并模拟了在不同条件下共溶剂辅助CO₂注入无机纳米孔的过程，以期提高页岩油的回收率。

在模拟过程中，作者首先比较了不同共溶剂对CO₂-EOR效果的影响。（丙酮、丙烷、乙醇、纯CO₂等五种）；通过分析原油在纳米孔中的密度分布，计算了不同助溶剂影响下CO₂对原油的置换效率得出结果，二甲醚（DME）辅助的CO2注入具有最佳的EOR效果。原因是DME的醚基为CO₂在页岩油中的溶解提供了额外的动力，可以有效地降低CO₂和油之间的界面张力（IFT），从而大大降低了CO₂在油相中的质量传递阻力。

同时进一步研究了温度、压力、DME摩尔含量和页岩油组成对CO₂-DME混合物EOR机制的影响。我们举其中一个例子：温度。如结果所示，温度升高可以提高CO₂的溶解度、竞争吸附能力，以及降低油粘度和两相界面张力（IFT）。当系统温度升至100℃时，CO₂-DME混合物的EOR效果最好，但过高的温度对CO₂的溶解度和分子间相互作用有负面影响。

又比如CO₂ -共溶剂混合物在页岩油中的溶解度可以通过两者之间的RDF（它是一种测量在给定的参考粒子周围，其他粒子与它的距离的概率分布函数）来反映。

还有比如系统压力（也是通过不同压力下的替换效率来反映）的增加可以增加流体密度，缩短了质量传递距离，并降低了IFT，从而促进了CO₂-DME混合物的溶解度、混溶性和竞争吸附能力，从而持续提高页岩油的回收此外；尽管DME含量的增加可以提高竞争吸附能力并降低IFT，但它也降低了溶解度和扩散能力，当DME的摩尔分数达到40%时，EOR效果最好。等等，最终作者通过对上述集中性能的结果综合分析得出：DME辅助CO²注入对页岩油的EOR效果受压力影响最大，其次是DME摩尔分数、温度和油组成。

这项研究的应用价值在于，它为页岩油藏的开发提供了一种新的技术手段。通过优化DME辅助CO₂注入的工艺参数，可以显著提高页岩油的回收率，从而提高页岩油藏的开发效率和经济效益。此外，由于页岩油组成对增强油气回收（EOR）效果的影响最小，这一技术展示了其在多种页岩油类型中的适用性，预示着其在全球范围内非常规油气资源开发中的广泛应用潜力。通过这种分子层面的研究，我们可以更好地理解和预测CO₂注入过程中的物理化学行为，为实际的油田开发提供理论指导和技术支持。

业务挑战

纯CO₂注入对微观孔隙中页岩油回收的改善效果不佳。

现有的研究对CO₂共溶剂的影响因素的研究不系统，影响EOR效果因素的主次顺序未明确，也未揭示每个因素对不同CO2-EOR机制的影响规则。

解决方案

使用Materials Studio软件，采用分子动力学方法，模拟了二甲醚（DME）辅助CO₂在纳米孔中注入以回收页岩油的过程。比较了不同共溶剂对页岩油的增强油回收（EOR）效果，结果表明：

① DME的醚基为CO₂在页岩油中的溶解提供了额外的动力，可以有效地降低CO₂和油之间的界面张力（IFT），从而大大降低了CO₂在油相中的质量传递阻力。因此DME辅助CO₂注入的EOR效果最好。

② 系统温度的增加可以提高CO₂的溶解度、扩散性、混溶性和竞争吸附能力。然而，超高温度则会降低CO₂的溶解度和分子间的相互作用=>先增后减。

应用价值

页岩油回收效率的显著提升：DME辅助CO₂注入技术通过改善CO₂在页岩油中的溶解性和降低界面张力，能够显著增加页岩油的可采性，从而提高页岩油藏的开发效率和经济效益。

广泛的技术适用性：由于页岩油组成对增强油气回收（EOR）效果的影响最小，这一技术展示了其在多种页岩油类型中的适用性，预示着其在全球范围内非常规油气资源开发中的广泛应用潜力。

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