电场调控油页岩原位热解中孔隙堵塞乳状液的多尺度解堵机制研究

　　为解决油页岩原位热解过程中高粘度水包油（W/O）乳状液导致的孔隙堵塞和采收率低（<20%）问题，吉林大学团队通过多尺度模拟（FEM/MD）与电-重力耦合实验，揭示了电场通过增强水-矿物结合能、诱导乳状液粘度异质性（平行方向降低，垂直方向增加）及促W/O向O/W转化的耦合解堵机制，为优化低碳高效原位热解技术提供理论支撑。

　　

油页岩作为非常规能源的重要组成，其储量巨大且可通过原位热解技术转化为页岩油。然而，这一过程中生成的页岩油易与地层水形成高粘度水包油（W/O）乳状液，堵塞储层迁移通道，导致采收率不足20%。传统方法如循环热采或表面活性剂注入虽能缓解问题，却伴随高能耗和化学残留。电场作为一种非接触式调控手段，虽在降低乳状液粘度方面展现出潜力，但其在动态热解环境中的多尺度作用机制尚不明确。吉林大学团队在《Fuel》发表的这项研究，首次通过跨尺度方法揭示了电场对孔隙堵塞乳状液的靶向解堵机制。

研究采用有限元法（FEM）模拟宏观电场分布，结合分子动力学（MD）模拟微观分子行为，并辅以重力场转化实验。FEM模拟发现，孔隙堵塞会导致平行于孔道的局部电场强度超3000 V/cm；MD结果显示电场增强水与非亲水矿物表面结合能，促进水对油的置换效率。电场诱导的水分子链通过离子对流和分子分布改变，使乳状液粘度呈现各向异性（垂直方向增加，平行方向降低）。重力实验进一步证实，这种粘度异质性促使W/O乳状液部分转化为低粘度油包水（O/W）乳状液，形成“位移-流动-转化”耦合解堵效应。

宏观电场分布
通过FEM模拟不同导电孔隙状态下的电场分布，发现电场在堵塞区域集中，且随热解进程动态重分布，为连续解堵提供条件。

微观分子行为
MD模拟表明，电场通过改变水分子氢键网络和离子迁移，增强水与矿物表面相互作用（结合能提升50%），同时诱导乳状液粘度异质性，为重力场中油滴暂时滞留提供机制解释。

电-重力耦合实验
实验验证了电场与重力协同作用下乳状液的相态转化，证实电场可促进W/O向O/W的局部转变，显著降低流动阻力。

研究结论指出，电场通过多尺度耦合作用（宏观场集中-微观分子重排-介观乳状液相变）实现孔隙连续解堵，提升储层连通性。这一机制为优化原位热解工艺参数（如电场强度、频率）提供了理论依据，推动页岩油低碳高效开发。团队特别强调，电场调控无需化学添加剂，避免了环境污染，契合能源绿色转型需求。未来研究可进一步探索不同矿物组成和电场波形对解堵效率的影响。