中低成熟度页岩热解产物相行为的影响机制：受限空间与有机质的协同作用

针对中低成熟度页岩热解过程中产物相行为预测难题，研究人员通过375°C和400°C热解实验，结合PVT（压力-体积-温度）模拟系统，揭示了页岩矿物吸附、有机质（干酪根与滞留烃）分布及孔隙结构对气泡点压力的影响规律，为页岩油藏开发提供了关键理论依据。

　　

在能源需求持续增长的背景下，中低成熟度页岩油作为一种非常规资源备受关注。这类页岩含有大量未充分转化的有机质（包括固态干酪根(kerogen)和液态滞留烃），需要通过地下原位热解技术转化为可开采的轻质油和天然气。然而，热解过程中产物的相行为受多重因素影响：页岩矿物的吸附作用、纳米级孔隙的毛细管效应，以及有机质含量随热解进程的动态变化，这些因素使得产物相态预测成为油田开发中的"黑箱"难题。

针对这一挑战，来自中国石油大学（华东）深部油气开发国家重点实验室的Baishuo Liu团队在《Fuel Communications》发表研究，通过创新性实验设计揭示了多因素耦合作用机制。研究人员采用核磁共振(NMR)、氮气吸附(N₂ adsorption)和压汞法(MIP)定量表征孔隙结构，结合PVT模拟系统模拟储层条件，首次系统比较了原始岩心、热解后岩心及无岩心环境对产物气泡点压力的影响。

关键技术方法包括：1）在375°C和400°C下对鄂尔多斯盆地长庆油田页岩样品进行热解实验；2）通过恒组成膨胀实验测定不同环境（非受限、原始岩心、热解后岩心）的气泡点压力；3）综合运用NMR、N₂吸附和MIP技术分析孔隙结构演变；4）采用PVT细胞模拟部分受限空间下的相行为。

【材料与方法】
研究选用鄂尔多斯盆地20mm直径岩心，通过氦气法测定孔隙度。热解实验发现400°C下产油率更高（2.98% vs 375°C的2.22%），且产物中C₁₀-C₁₅组分占比显著提升。

【热解产物组成分析】
气相色谱显示400°C热解产物轻组分增加，这与更高气泡点压力（0.77MPa vs 375°C的0.67MPa）直接相关。核磁共振T₂谱揭示热解后岩心孔隙体积增大但有机质含量降低。

【相行为实验结果】
PVT实验证实三大关键发现：1）页岩存在使气泡点压力升高，热解后岩心因比表面积增加效应更显著；2）干酪根吸附与滞留烃溶解共同推高气泡点压力，但滞留烃会削弱干酪根影响；3）温度超过200°C时吸附效应减弱，不同环境的气泡点压力差异缩小。

【结论与意义】
该研究首次阐明中低成熟度页岩热解过程中"孔隙结构-有机质-温度"三重调控机制：页岩矿物的表面吸附是提升气泡点压力的主导因素，而高温（>200°C）下分子运动加剧会削弱这一效应。这一发现为页岩油藏数值模拟提供了关键参数，指导开发过程中温度场设计与产能预测。特别是证实热解形成的扩孔结构反而可能增加开采难度，这一反直觉现象对工程实践具有重要警示意义。研究团队建议在实际开发中需综合考虑有机质转化程度与储层改造的协同效应，为我国陆相页岩油经济开发提供了理论基石。