分子采油的概念、方法及展望

doi:10.11743/ogg20230116

摘要/Abstract

摘要：

分子层面的认识与控制已成为现代科学技术发展的一种必然趋势，但在油气田开发领域还未引起足够重视。基于分子模拟取得的一些成果和认识，首次提出了分子采油（分子采气）的概念，并对其内涵、现状和发展趋势进行了分析。国内外其他学者在表面活性剂驱油、聚合物驱油及CO₂-EOR等方面也取得了一些相关研究成果，在一定程度上丰富了分子采油的内涵。依靠以分子动力学和量子化学计算为代表的分子模拟技术，结合以色谱、光谱、质谱与核磁共振等为代表的现代实验技术，从分子层面深化认识稠油致黏机制和降黏机理，阐明油气分子在岩石表面的吸附、解吸附及滑移特征，提出了基于分子采油的新机理，设计了更具针对性的降黏剂、驱油剂、调堵剂及其他助剂材料分子结构。预计以分子模拟方法为基础的分子采油技术将在化学驱油机理、热采机理、CO₂驱机理、低矿化度水驱机理、页岩油气开采机理及天然气水合物开采机理等方面带来革命性的进步，为油气高效开采方法提供理论支撑。

关键词: 分子动力学模拟, 驱油机理, 驱油剂, 分子采油, 油气开采

Abstract:

The understanding and control at molecular level has become an inevitable trend in the development of modern science and technology， but it has not attracted enough attention in the field of oil and gas development. Based on some achievements and understandings of molecular simulation， this paper puts forward the concept of molecular oil recovery （molecular gas recovery） for the first time， and analyzes its connotation， current situation and development trend. Relevant research achievements in surfactant flooding， polymer flooding and CO₂-EOR have been documented and enriched the connotation of molecular oil recovery to a certain extent. Relying on molecular simulation technology represented by molecular dynamics and quantum chemical calculation combined with modern experimental technology represented by chromatography， spectroscopy， mass spectrometry， and nuclear magnetic resonance， etc.， it is possible to deepen the understanding of the mechanism of viscosity formation and viscosity reduction of heavy oil， and the characteristics of oil and gas adsorption， desorption and slippage on rock surface from the molecular level. In this way， a new mechanism based on molecular oil recovery is proposed， and the molecular structures of more targeted viscosity reducer， oil displacement agent， plugging agent and other auxiliary materials are designed. Molecular oil recovery technology based on molecular simulation methods is expected to bring revolutionary advances to the research of chemical oil displacement mechanism， thermal recovery mechanism， CO₂ displacement mechanism， low salinity water displacement mechanism， shale oil and gas exploitation mechanism and natural gas hydrate exploitation mechanism， etc.， providing theoretical support for efficient oil and gas recovery methods.

Key words: molecular dynamics simulation, oil displacement mechanism, oil displacement agent, molecular oil recovery, oil and gas recovery

中图分类号:

TE355

计秉玉,方吉超,杨书,等. 分子采油的概念、方法及展望[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(1): 195-202. doi: 10.11743/ogg20230116 Bingyu JI,Jichao FANG,Shu YANG,et al. Concept， method and prospect of molecular oil recovery[J]. Oil & Gas Geology, 2023, 44(1): 195-202. doi: 10.11743/ogg20230116

图/表 10

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

参考文献 25

1	刘公社，周庆源，宋松泉，等. 能源植物甜高粱种质资源和分子生物学研究进展［J］. 植物学报， 2009， 44（3）： 253-261.
	LIU Gongshe， ZHOU Qingyuan， SONG Songquan， et al. Research advances into germplasm resources and molecular biology of the energy plant sweet sorghum［J］. Chinese Bulletin of Botany， 2009， 44（3）： 253-261.
2	FRIEDBERG E C. The intersection between the birth of molecular biology and the discovery of DNA repair［J］. DNA Repair， 2002， 1（10）： 855-867.
3	王刚，孙静，方东，等. 分子炼油为导向的催化裂化加工重质油策略［J］. 中国科学：化学， 2018， 48（4）： 362-368.
	WANG Gang， SUN Jing， FANG Dong， et al. Molecular-refining oriented strategy of catalytic cracking for processing heavy oil［J］. Scientia Sinica Chimica， 2018， 48（4）： 362-368.
4	AYE M M S， ZHANG Nan. A novel methodology in transforming bulk properties of refining streams into molecular information［J］. Chemical Engineering Science， 2005， 60（23）： 6702-6717.
5	牟思阳，郭静，齐善威，等. 原子转移自由基聚合在分子结构设计中的应用进展［J］. 高分子通报， 2015， 28（11）： 28-34.
	MU Siyang， GUO Jing， QI Shanwei， et al. The research of ATRP macromolecular initiator and application process in the molecular structure design［J］. Polymer Bulletin， 2015， 28（11）： 28-34.
6	郭彦伸，郭宗儒. 多靶点药物分子设计［J］. 药学学报， 2009， 44（3）： 276-281.
	GUO Yanshen， GUO Zongru. Design of multiple targeted drugs［J］. Acta Pharmaceutica Sinica， 2009， 44（3）： 276-281.
7	巢华庆. 对21世纪大庆油田开发前沿技术发展的初步思考［J］. 石油勘探与开发， 2001， 28（1）： 6-8.
	CHAO Huaqing. Preliminary thinking on leading edge technology development of Daqing Oil Field in the 21st century［J］. Petroleum Exploration and Development， 2001， 28（1）： 6-8.
8	高斯萌，夏坤，康志红，等. “拟双子” 阴离子表面活性剂在癸烷/水界面的分子动力学模拟［J］. 化学学报， 2020， 78（2）： 155-160.
	GAO Simeng， XIA Kun， KANG Zhihong， et al. Molecular dynamics simulation of “quasi-gemini” anionic surfactant at the decane/water interface［J］. Acta Chimica Sinica， 2020， 78（2）： 155-160.
9	张恒，苑世领. 分子动力学模拟在三次采油中的应用［J］. 中国科学：化学， 2021， 51（6）： 761-771.
	ZHANG Heng， YUAN Shiling. Application of molecular dynamics simulation in enhanced oil recovery［J］. Scientia Sinica Chimica， 2021， 51（6）： 761-771.
10	AHMADI M， HOU Qingfeng， WANG Yuanyuan， et al. Interfacial and molecular interactions between fractions of heavy oil and surfactants in porous media： Comprehensive review［J］. Advances in Colloid and Interface Science， 2020， 283： 102242.
11	王亦农，孙平川，黎明，等. 交联共聚丙烯酰胺-丙烯酸水凝胶溶胀态分子动力学的NMR弛豫研究［J］. 离子交换与吸附， 1998， 14（3）： 191-196.
	WANG Yinong， SUN Pingchuan， LI Ming， et al. NMR relaxation studies on the dynamics of P（AAM-NaAA） copolymer hydrogels［J］. Ion Exchange and Adsorption， 1998， 14（3）： 191-196.
12	HU Songqing， ZHU Qianqian， WANG Pei， et al. Effect of HPAM hydrolysis degree on catanionic mixtures of DTAB/HPAM： A coarse-grained molecular dynamic simulation［J］. Computational Materials Science， 2018， 153： 134-140.
13	OLDIGES C， TÖNSING T. Molecular dynamic simulation of structural， mobility effects between dilute aqueous CH₃CN solution and crosslinked PAA［J］. Physical Chemistry Chemical Physics， 2002， 4（9）： 1628-1636.
14	薛萍. 分子动力学模拟研究CO₂-EOR技术［D］. 济南：山东大学， 2019.
	XUE Ping. Molecular dynamics simulation of CO₂-EOR technology［D］. Jinan： Shandong University， 2019.
15	XUE Ping， SHI Jing， CAO Xulong， et al. Molecular dynamics simulation of thickening mechanism of supercritical CO₂ thickener［J］. Chemical Physics Letters， 2018， 706： 658-664.
16	李宾飞，王凯，赵洪涛，等. 降黏剂作用下油水两相渗流特征［J］. 中国石油大学学报（自然科学版）， 2022， 46（1）： 104-110.
	LI Binfei， WANG Kai， ZHAO Hongtao， et al. Flow characteristics of oil-water two-phase seepage under action of viscosity reducer［J］. Journal of China University of Petroleum （Edition of Natural Science）， 2022， 46（1）： 104-110.
17	XU Yan， AYALA-OROZCO C， CHIANG P T， et al. Understanding the role of iron （Ⅲ） tosylate on heavy oil viscosity reduction［J］. Fuel， 2020， 274： 117808.
18	李洪毅. 稠油分散性降黏剂的降黏效果及其微观驱油机理［J］. 油田化学， 2021， 38（4）： 708-713.
	LI Hongyi. Viscosity reduction effect evaluation and micro-flooding mechanism of dispersive viscosity reducer for heavy oil［J］. Oilfield Chemistry， 2021， 38（4）： 708-713.
19	LI Xiaoqi， FANG Jichao， JI Bingyu. Quantitative analysis of phase separation using the lattice Boltzmann method［J］. Frontiers in Earth Science， 2021， 9： 748450.
20	XU J P， WANG， N， XUE S， et al. Insights into the mechanism during viscosity reduction process of heavy oil through molecule simulation， Fuel， 310： 122270.
21	YANG Feng， NING Zhengfu， LIU Huiqing. Fractal characteristics of shales from a shale gas reservoir in the Sichuan Basin， China［J］. Fuel， 2014， 115： 378-384.
22	郭旭升，胡东风，魏志红，等. 涪陵页岩气田的发现与勘探认识［J］. 中国石油勘探， 2016， 21（3）： 24-37.
	GUO Xusheng， HU Dongfeng， WEI Zhihong， et al. Discovery and exploration of Fuling shale gas field［J］. China Petroleum Exploration， 2016， 21（3）： 24-37.
23	王鹏威，陈筱，刘忠宝，等. 海相富有机质页岩储层压力预测方法——以涪陵页岩气田上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩为例［J］. 石油与天然气地质， 2022， 43（2）： 467-476.
	WANG Pengwei， CHEN Xiao， LIU Zhongbao， et al.Reservoir pressure prediction for marine organic-rich shale： A case study of the Upper Ordovician Wufeng-Lower Silurian Longmaxi shale in Fuling shale gas field， NE Sichuan Basin［J］. Oil & Gas Geology，2022， 43（2）： 467-476.
24	陆亚秋，梁榜，王超，等. 四川盆地涪陵页岩气田江东区块下古生界深层页岩气勘探开发实践与启示［J］. 石油与天然气地质， 2021， 42（1）： 241-250.
	LU Yaqiu， LIANG Bang， WANG Chao， et al. Shale gas exploration and development in the Lower Paleozoic Jiangdong block of Fuling gas field，Sichuan Basin［J］. Oil & Gas Geology， 2021， 42（1）： 241-250.
25	车世琦. 涪陵气田平桥区块页岩气选区评价［J］．石油地质与工程， 2022， 36（4）： 48-54.
	CHE Shiqi. Selection evaluation of shale gas in Pingqiao block of Fuling gas field［J］. Petroleum Geology & Engineering， 2022， 36（4）： 48-54.

[1]	王民, 余昌琦, 费俊胜, 李进步, 张宇辰, 言语, 吴艳, 董尚德, 唐育龙. 页岩油在干酪根中吸附行为的分子动力学模拟与启示[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(6): 1442-1452.
[2]	李美俊, 刘晓强, 韩秋雅, 肖洪, 方镕慧, 何大祥, 高志伟. 分子模拟在油气地球化学中的应用研究进展[J]. 石油与天然气地质, 2021, 42(4): 919-930.