油藏条件下致密储层典型矿物表面亲润性特征的计算模拟

Tight sandstone (limestone) oil has become a new hot spot for unconventional oil exploration and exploitation. Wettability of nanopores in tight reservoirs significantly influences the distribution and migration of crude oil. In this study, molecular dynamics simulations (MD) will be utilized to study the the surface wettability of typical minerals (calcite, dolomite, kaolinite, montmorillonite, illite and quartz) in tight reservoirs at atomic scale. The effects of temperature and pressure, compositions of salt and salinity, compositions of crude oil on the wettability of mineral surface will be revealed. This study will uncover the wettability differences between the basal surface and edge surface of clay minerals. We will also reveal the effect of quartz’s surface protonation influenced by environmental pH on its surface wettability. Moreover, non-equilibrium molecular dynamics simulations (NEMD) will also be used to study the distribution and migration characteristics of crude oil in complex nanopores (e.g. quartz-calcite pores, kaolinite-montmorillonite pores, quartz-clay pores). The study is expected to provide a theoretical basis and guidance for tight oil exploration.

致密砂（灰）岩油已成为非常规石油勘探开发的新热点。致密储层纳米孔隙的亲润性显著影响原油的赋存形态和运移特征。本研究利用分子动力学模拟方法（MD），从原子尺度上研究致密储层典型矿物（方解石、白云石、高岭石、蒙脱石、伊利石和石英）表面的亲润性。揭示温度压力，盐水矿化度和组分，原油组分差异对矿物表面亲润性的影响。研究粘土矿物基面和端面亲润性的差异。揭示石英表面质子化程度（pH值影响）对表面亲润性的影响。此外，本研究利用非平衡态分子动力学模拟方法（NEMD），研究复杂纳米孔隙（例如，石英—方解石孔隙、高岭石—蒙脱石孔隙、石英—粘土矿物孔隙）内原油的赋存形态及运移特征。本研究预计可为致密油开采提供理论依据和指导。

致密砂（灰）岩油已成为非常规石油勘探开发的新热点。本研究利用分子动力学模拟方法（MD），从原子尺度上揭示了致密储层典型矿物（方解石、高岭石、蒙脱石、石英）构成纳米孔隙内，原油/盐水流体的分布和动力学特征。主要研究进展包括以下几点：（1）构建了包含65种有机分子的复杂原油模型，和包含8种典型离子的盐水模型。（2）揭示了方解石、高岭石、蒙脱石和石英构成纳米孔隙内原油和盐水各组分的微观分布特征动力学特征。这些矿物表面均被盐水层占据，原油中含氧化合物和含氮化合物分布于油水界面，含硫和烃类组分互相混溶，无明显分布特征。（3）原油中有机酸组分和水分子形成大量氢键，与阳离子形成大量配位键。原油中含O/N/S化合物与水分子之间形成氢键数量具有以下趋势：有机酸类>酮类>酚类>喹啉类>吲哚类>咔唑类。（4）部分有机酸可穿透盐水层以氢键形式直接吸附于矿物表面，随着水含量的降低，直接吸附的有机酸数量增加，尤其是高岭石羟基化面。（5）孔隙内原油各组分沿平行矿物界面方向的自扩散系数表明，直链烷烃组分和支链烷烃组分的自扩散系数随着碳链的增加而显著降低。有机酸的扩散系数显著低于原油中其它组分。随着水含量的降低，原油各组分扩散系数显著降低，尤其是有机酸组分。