纳米孔-体相多尺度系统中页岩油的相行为与组分分布：对储层优化与采收效率的启示

本研究针对页岩储层中多尺度孔隙系统（纳米孔-裂缝）导致的烃类组分分布异质性与相行为预测难题，开发了整合吸附效应与流体交换的热力学平衡框架。通过改进Peng-Robinson状态方程（PR EOS）并引入摩尔体积修正，揭示了纳米孔尺寸减小会加剧重烃组分富集，而温压升高可抑制组分差异。该模型为页岩油资源评估与开采策略设计提供了定量工具，发表于《Fuel》。

　　

页岩革命重塑了全球能源格局，但纳米级孔隙与裂缝网络交织的复杂储层结构，使得烃类流体的相行为预测如同破解"黑箱"。传统理论认为，地下原油应均匀分布，但实际开采中轻质组分往往优先产出，重质组分滞留地层——这种"挑食"现象暗示着纳米孔与裂缝间的组分分异机制尚未揭示。更棘手的是，现有模型多聚焦单一纳米孔，忽略了多尺度系统中流体交换对相变温度、临界点等关键参数的颠覆性影响。

中国石油勘探开发研究院联合团队在《Fuel》发表研究，构建了首个整合吸附效应与跨尺度流体交换的热力学模型。通过将吸附相-自由相密度比引入PR EOS的摩尔体积修正项，实现了纳米孔（10-200 nm）与宏观裂缝系统的联立求解。关键技术包括：1）基于密度泛函理论（DFT）校准纳米限域流体参数；2）建立组分逸度跨系统平衡方程；3）采用Eagle Ford页岩油四组分拟合物验证模型。

Modified PR EOS with excess adsorption
传统PR EOS方程中引入λ_a（吸附相密度修正系数），发现当孔径<20 nm时，甲烷的临界温度T_c降低达15%，而C₇₊组分吸附层厚度可达2.1 nm。

Model validation
与纳米流体芯片实验对比显示，模型预测的纳米孔内界面张力（IFT）误差<7%，组分分布趋势与分子动力学（MD）模拟高度吻合。

Result and discussions
在典型储层条件（T=358 K，P=28 MPa）下：

1. 10 nm孔隙中C₇₊摩尔分数比裂缝区高42%，而甲烷含量低29%；
2. 临界压力P_c在纳米区呈现"右下偏移"，导致泡点压力降低18%；
3. 埋深>3000 m时，温压效应使组分差异减弱60%。

Conclusions
该研究首次量化了页岩多尺度系统中"孔隙尺寸效应-组分分异-相图畸变"的耦合关系，揭示深层开采轻质油比例升高的热力学本质。模型为水平井靶区优选提供了理论依据，其预测精度较传统方法提升35%。作者团队特别指出，未来需结合数字岩心技术完善孔隙形貌参数的动态耦合机制。

（注：全文严格依据原文数据，未提及的图表标识与文献引用已按需省略，专业术语如PR EOS/P_c/T_c等在首次出现时均标注说明）