中国科学家揭示页岩纳米孔隙流体流动机制
中国科学家揭示页岩纳米孔隙流体流动机制
随着常规油气资源的日趋枯竭，页岩油已成为保障我国能源安全的重要补充。然而，页岩油的开采面临着诸多挑战，其中最为关键的是如何理解页岩纳米孔隙内的流体流动机制。近日，中国石油大学（北京）蔡建超教授团队在这一领域取得了重要突破，为提高页岩油采收率提供了新的理论依据。
页岩油开采的挑战
页岩油是一种非常规油气资源，其开采难度远高于常规油气。页岩中存在大量的微纳米尺度孔隙，这些孔隙为流体的赋存和运移提供了丰富的空间。然而，由于页岩孔隙结构的复杂性，以及微观力相互作用、滑移和润湿性等多重效应的影响，准确理解受限纳米孔隙内的流体流动过程极具挑战性。
研究团队的创新方法
针对这一难题，研究团队结合纳米成像和数字岩心技术，重构了页岩三维纳米孔隙结构。他们开发了一种考虑湿润和非湿润流体滑移效应的孔隙尺度数值模拟方法，准确描述了润湿和非润湿流体在孔隙表面的滑移流动，实现了复杂三维纳米孔隙中多相流体流动特性的模拟。
图2：（A）页岩三维纳米孔隙结构；（B）考虑滑移效应的孔隙尺度水-油流动模拟
重要发现
研究发现，润湿流体的流动受到孔隙表面的显著限制，而非润湿流体则表现出更高的流动性。在考虑滑移效应时，流体压力显著降低，注入压力相比无滑移流动降低了4.7倍。这一发现对于优化页岩油开采工艺具有重要指导意义。
图1：图文摘要
展望与意义
本研究基于孔隙尺度模拟方法揭示了页岩三维纳米孔隙内水-油流动机理，明确了纳米多孔介质中的微观力相互作用、孔隙填充机制和剩余油分布特征，解决了页岩纳米孔隙内流体流动的观测难题。研究成果为页岩油高效开采提供了理论依据，深化了对页岩油-水微观作用机制的理解，为优化开采方案提供了科学支持，对保障我国能源安全具有重要意义。
本文内容来自The Innovation Energy第1卷第4期发表的ARTICLE文章“Three-dimensional modeling of nanoconfined multiphase flow in clay nanopores using FIB-SEM images of shale” (投稿: 2024-10-12；接收: 2024-11-07；在线刊出: 2024-11-18)。
DOI：10.59717/j.xinn-energy.2024.100050
引用格式：Qin X., Wang H., Xia Y., et al. (2024). Three-dimensional modeling of nanoconfined multiphase flow in clay nanopores using FIB-SEM images of shale.The Innovation Energy1: 100050.
作者简介
蔡建超 中国石油大学（北京）教授，博士生导师，国家优青，科睿唯安全球高被引科学家和爱思唯尔中国高被引学者，美国田纳西大学公派访问学者。主要从事低渗透储层岩石物理表征与流体流动模拟等方面的研究，主持国家自然科学基金、重点研发课题等30余项。发表SCI论文200余篇（第一/通讯90余篇），SCI总引用9000余次，H指数为53，ESI高被引论文12篇，谷歌学术总引用1.3万余次。出版中英文专著6部。获湖北省自然科学一等奖（排名第二）、北京市自然科学二等奖（排名第一）和绿色矿山科学技术一等奖（排名第一）等。学术兼职有美国地球物理联合会会员、国际多孔介质协会会员及中国分会常务委员会委员等，Advances in Geo-Energy Research创刊主编、Gas Science & Engineering和Petroleum Science副主编等。
期刊简介
The Innovation是一本由青年科学家与Cell Press于2020年共同创办的综合性英文学术期刊：向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现，鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。作者来自全球58个国家；已被151个国家作者引用；每期1/5-1/3通讯作者来自海外。目前有200位编委会成员，来自22个国家；50%编委来自海外(含39位各国院士)；领域覆盖全部自然科学。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus，PubMed，ESCI，INSPEC，EI，中科院分区表(1区)等收录。2023年影响因子为33.2，2023年CiteScore为38.3。秉承“好文章，多宣传”理念，The Innovation在海内外各平台推广作者文章。
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