蘇玉亮，王 瀚，詹世遠(yuǎn), 2，王文東，徐紀(jì)龍

1)中國石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院， 山東青島 266580；2)成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059

隨著水平井和多級壓裂技術(shù)的發(fā)展，頁巖油效益開采成為一種非常重要的非常規(guī)石油資源[1]．美國作為世界頁巖油產(chǎn)量最高的國家，2019年頁巖油產(chǎn)量增加到28.3億桶(標(biāo)準(zhǔn)桶，standard tank barrel, STB)，占全球總石油資源產(chǎn)量的63%[2]．2020年中國石油進(jìn)口依存度高達(dá)74%，遠(yuǎn)超過50%的安全警戒線，能源安全供應(yīng)風(fēng)險亟需高度關(guān)注，加快頁巖油勘探開發(fā)是保障國家石油能源安全的途徑之一[3]．

北美頁巖油資源有效開采率先取得了重大突破，引發(fā)了世界范圍內(nèi)的能源革命[1]．北美頁巖油產(chǎn)層主要分布于海相或前陸盆地，具有沉積面積大、連續(xù)性好、壓力系數(shù)高和成熟度高等特點(diǎn)．中國頁巖油主要產(chǎn)層多分布于陸相沉積的坳陷和斷陷型盆地，具有非均質(zhì)性強(qiáng)、壓力系數(shù)整體偏小和成熟度低等特點(diǎn)[4]．頁巖儲層普遍具有超低滲透率(1×10-9～1×10-4μm2)，孔隙直徑為納米級(1～200 nm)[5]，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜[6]．在受限納米孔隙中，固-液分子間作用力造成復(fù)雜的流體性質(zhì)和壁面液固流動性質(zhì)，此時傳統(tǒng)的宏觀達(dá)西滲流方程不再適用于準(zhǔn)確表征納米受限空間中的流體流動特性[7-8]．目前，針對頁巖油-氣-水多相流體在納微空間中復(fù)雜流動行為，學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量研究[9-13]．

本研究旨在總結(jié)和評述近年來頁巖油微觀流動機(jī)理理論、分子動力學(xué)模擬和孔隙尺度流動模擬方面的進(jìn)展和未來研究趨勢．首先，介紹頁巖油在受限空間中受固-液分子間作用力影響的復(fù)雜流體性質(zhì)和壁面流動性質(zhì)；并基于這些性質(zhì)總結(jié)4種單納米孔隙中流體流動表征方法；最后介紹基于分子動力學(xué)模擬(molecular dynamics simulation, MDS)、格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann simulation method,LBM)、孔隙網(wǎng)絡(luò)模型(pore network model, PNM)和LBM-PNM耦合方法等模擬頁巖油流動過程，明晰頁巖油流動機(jī)制研究現(xiàn)狀．

1 頁巖油微觀滲流機(jī)理及理論表征

1.1 壁面滑移和流體性質(zhì)非均質(zhì)性

受液-固之間相互作用力的影響，流體在固體表面真實速度一般大于0，該速度被定義為滑移速度．滑移速度可通過壁面剪切速率和滑移長度計算得到．圖1(a)為納米孔隙橫截面，圖1(b)為不同滑移速度和黏度非均質(zhì)性下的速度剖面，滑移速度vs由0逐漸增大;ls為滑移長度，單位：nm．速度剖面中實線為基于有效黏度計算的速度剖面，虛線為基于近壁面相油黏度計算的速度剖面，該速度剖面用于計算壁面滑移速度．納米孔隙中頁巖油被分為近壁面油和體相油相，近壁面油的厚度為δ， 一般為2個分子層厚度，油相厚度約為0.98 nm[14]，水相厚度約為0.7 nm[15-16]．多孔介質(zhì)中孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，拐角處存在壁面作用力疊加影響，此時近壁面流體的區(qū)域大小將會發(fā)生變化，可以通過計算準(zhǔn)確的密度分布來進(jìn)一步確定多孔介質(zhì)中的近壁面區(qū)域．

圖1 不同水相接觸角下速度剖面示意圖[8]Fig.1 (Color online) Velocity profiles with different solid-liquid molecular interaction forces[8]

對于油相來說，WANG等[14]采用MDS方法研究了油在直徑為5.24 nm的石英和石墨孔隙中的滑移流動，模擬條件下油在親水石英孔隙中的滑移長度遠(yuǎn)小于親油石墨孔隙中滑移長度，該研究結(jié)果與水相理論公式和常規(guī)認(rèn)識(潤濕性越強(qiáng)，滑移長度越小)相悖，原因是分子尺度上石英表面較為粗糙，而石墨孔隙表面光滑，這也間接說明滑移長度受表面粗糙度影響較大．WANG等[9, 20-21]研究了頁巖油在親油有機(jī)質(zhì)孔隙和親水無機(jī)質(zhì)孔隙中的流動，但由于滑移參數(shù)的選擇并不能真實反應(yīng)實際地層納米孔隙中的狀態(tài)，只定性分析了不同滑移參數(shù)、孔隙幾何形狀條件下頁巖的油流動規(guī)律．流體在孔隙壁面的滑移流動機(jī)制受許多物理參數(shù)的影響，包括壁面非均質(zhì)潤濕性[19, 22]、壁面粗糙度[23-24]、剪切速率[25]、納米氣泡或氣膜[26]、流體極性[27-28]、流體黏度[29]、溫度[30-31]、孔隙尺寸[32]、壓力梯度[33]和烴鏈長度[30]等．FALK等[34]在直徑分別為1 nm和7 nm的孔隙中，發(fā)現(xiàn)滑移長度可高達(dá)500 nm和120 nm，這比MAJUMDER等[35]的測量結(jié)果小很多．一般來說，MDS中采用的孔隙具有理想的光滑壁面，然而，在實驗過程中多因素影響下測量的滑移長度約為MDS計算滑移長度的14.6倍[7]．頁巖儲層中納米孔隙、流體性質(zhì)和地層溫壓條件復(fù)雜多樣，在多物理因素影響下的滑移參數(shù)復(fù)雜多樣，難以定量表征．滑移長度的影響一般通過增強(qiáng)因子進(jìn)行表征，流動增強(qiáng)因子定義為納米孔隙中實際流體體積通量與無滑移Hagen-Poiseuille(HP)方程計算的體積通量之比．WU等[7-8]的理論研究表明，在壁面潤濕性不同的情況下，與經(jīng)典的無滑移HP方程預(yù)測的體積流量相比，液體在納米孔隙中的流動能力提高了1～1×107倍，即增強(qiáng)因子可達(dá)到1～1×107．

液固分子間相互作用力除了會導(dǎo)致壁面滑移速度外，還會導(dǎo)致流體密度和黏度的非均質(zhì)性．在納米孔隙中，近壁面流體的密度和黏度不同于體相流體的密度和黏度．根據(jù)MDS，近壁面區(qū)域約有2層分子受壁力分子作用力的影響，油相厚度約為1 nm[36]，水相厚度約為0.7 nm[37]．對于水相來說，近壁面水的黏度可以通過接觸角定量表征．WU等[7]通過擬合MDS和實驗數(shù)據(jù)，得到近壁面水相黏度、體相水黏度和接觸角之間的線性關(guān)系．結(jié)果表明，近壁面水相黏度隨水相接觸角的增大而增大．ZHANG等[38]基于MDS得到了近壁面水密度、體相水密度和接觸角之間的線性關(guān)系．對于油相，WU等[30]研究了納米限域效應(yīng)對正構(gòu)烷烴流動行為的影響，結(jié)果表明，正構(gòu)烷烴流動特性受第1層烴分子界面阻力和其余烴分子黏滯阻力控制，并且依賴于壁面能和烴鏈長度的影響．在無機(jī)納米孔中存在油水體系時，界面水-油相的黏度可以比體相水-油相的黏度小或大幾倍．在不同近壁面流體黏度和密度的影響下，流動增強(qiáng)因子約為0.1～10．

1.2 理論表征方法

在納米孔隙中，固-液分子間作用力導(dǎo)致的滑移邊界和流體黏度/密度非均質(zhì)性對流體流動能力的影響不可忽略，所以常規(guī)的HP流動方程不足以表征受限流體在納米孔隙中的流動規(guī)律，需要對其進(jìn)行納米尺度效應(yīng)修正．針對單納米孔隙，目前修正模型主要有分區(qū)模型[20]、有效黏度模型[7]、表觀黏度模型[8]和表觀滑移長度．

流體在圓柱形孔隙中的HP流動方程可表示為

(1)

對速度方程進(jìn)行積分，可得不考慮納米尺度效應(yīng)時流體通過孔隙的體積流量為

(2)

1.2.1 分區(qū)模型

由于流體黏度的分均質(zhì)性，近壁面流體和體相流體可以分別使用方程進(jìn)行描述．考慮滑移邊界，近壁面流體和體相流體的流動方程[20]分別為

(3)

(4)

其中，vwall和vbulk分別為近壁面流體和體相流體流動速度，單位：nm/s；μwall和μbulk為壁面相流體和體相流體的黏度，單位：mPa·s；C1和C2分別為和滑移邊界有關(guān)的參數(shù)；δ為近壁面流體厚度，單位：nm．

滑移邊界條件和近壁面流體和體相流體的速度連續(xù)性條件為

(5)

vwall|r=R-δ=vbulk|r=R-δ

(6)

根據(jù)邊界條件，式(3)和式(4)可改寫為

(7)

(8)

對速度方程進(jìn)行積分求和，分區(qū)模型得到考慮納米尺度效應(yīng)的體積流量為

(9)

(10)

1.2.2 有效黏度模型

分區(qū)模型采用兩套方程分別表征近壁面流體和體相流體流動，較為復(fù)雜．THOMAS等[17]通過面積加權(quán)將流體性質(zhì)非均質(zhì)性用一個有效黏度進(jìn)行表示．WU等[7]采用有效黏度和滑移速度對HP方程進(jìn)行修正，

(11)

通過滑移長度和壁面剪切速率可得滑移速度為

(12)

根據(jù)式(11)和式(12)，基于有效黏度的速度方程為

(13)

通過對速度積分和有效黏度模型可計算得到體積流量為

(14)

根據(jù)達(dá)西定律，可得基于有效黏度的表觀滲透率為

(15)

1.2.3 表觀黏度模型

基于有效黏度模型，通過表觀黏度綜合考慮黏度非均質(zhì)性和邊界滑移，可求得r處的表觀黏度速度方程[8]為

(16)

其中，μapp為表觀黏度，單位：mPa·s；

通過速度積分可得表觀黏度模型計算的體積流量為

(17)

上述方程中表觀黏度為未知值，可通過有效黏度模型計算的體積流量來表征．設(shè)式(14)的體積流量與式(17)體積流量相等，

(18)

根據(jù)式(18)，表觀黏度為

(19)

基于式(17)體積流量和達(dá)西定律，可得基于表觀黏度方法的表觀滲透率為

(20)

1.2.4 表觀滑移長度模型

與表觀黏度方法相同，采用表觀滑移長度綜合考慮黏度非均質(zhì)性和邊界滑移，可得速度方程為

(21)

其中，lsapp為表觀滑移長度， 單位： nm．

通過速度積分可得體積流量為

(22)

根據(jù)體積流量相等的原則，表觀滑移長度為

(23)

通過達(dá)西定律，可得基于表觀滑移長度的表觀滲透率為

(24)

根據(jù)分區(qū)、有效黏度、表觀黏度和表觀滑移長度模型的速度方程，當(dāng)接觸角分別為60°和120°時，速度剖面如圖2[7-8,20]．從圖2可見，分區(qū)模型中，速度剖面由近壁面和體相流體兩個速度分布組成．在有效黏度、表觀黏度和表觀滑移長度模型中，通過面積加權(quán)平均將由于分子間相互作用力導(dǎo)致的非均質(zhì)黏度考慮成固定黏度，此時單一黏度下速度剖面為典型的拋物線型．分區(qū)、有效黏度和表觀滑移長度模型中存在非零邊界速度，在真實流動情況下，滑移速度始終大于0．當(dāng)近壁面流體黏度較體相流體黏度增大時，會出現(xiàn)表觀滑移長度小于0的情況．表觀黏度模型可將復(fù)雜的滑移流動簡化成采用經(jīng)典無滑移HP方程．根據(jù)達(dá)西定律計算得到表觀滲透率，對4種模型的速度分布進(jìn)行積分，不同模型的表觀滲透率與接觸角的關(guān)系如圖3[7-8,20]．由圖3可見，4種模型均能準(zhǔn)確表征液體在納米尺度空間中的流動能力．

圖2 分區(qū)模型、有效黏度模型、表觀黏度模型和表觀滑移長度模型的速度剖面[7-8,20]Fig.2 (Color online) Velocity profiles of region-separation, effective viscosity, apparent viscosity and apparent slip length models[7-8,20]

圖3 分區(qū)模型、有效黏度模型、表觀黏度模型和表觀滑移長度模型計算得到的表觀滲透率[7-8,20]Fig.3 (Color online) Apparent permeability of region-separation, effective viscosity, apparent viscosity and apparent slip length models[7-8,20]

2 頁巖油微觀滲流模擬方法

雖然頁巖油多孔介質(zhì)中的流體流動可以通過巖心流動實驗來研究，給出滲透率等參數(shù)，但實驗不可避免地存在著昂貴和耗時等缺點(diǎn)．因此，數(shù)值模擬越來越受到關(guān)注[39]．多孔介質(zhì)中流體流動模擬有兩種方法，即直接模擬和孔隙網(wǎng)絡(luò)模型[40]．其中，直接模擬法包括MDS(圖4[36])和LBM(圖5[41])．

圖4 無機(jī)質(zhì)孔隙油相流動模擬[36]Fig.4 (Color online) Simulation of oil flow in inorganic pores[36]

圖5 多孔介質(zhì)中不同邊界滑移長度下水相無因次速度分布[41]Fig.5 (Color online) Dimensionless velocity distribution in porous media with different slip length[41]

2.1 分子動力學(xué)模擬

MDS方法目前已較為成熟，其模擬過程人為設(shè)定因素少，模擬結(jié)果可信度高，成為揭示納米尺度流體運(yùn)移機(jī)制的重要工具，并且隨著計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，該方法逐漸在油氣滲流領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用．由于頁巖儲層中礦物成分多樣，石英和黏土等無機(jī)質(zhì)礦物與干酪根等有機(jī)質(zhì)共存，多位學(xué)者對不同壁面類型的納米孔隙內(nèi)流體賦存狀態(tài)、擴(kuò)散能力與流動特征開展了大量研究[42-45]．對于無機(jī)質(zhì)納米孔隙，文獻(xiàn)[42, 44]分析了烷烴流體在蒙脫石、石英及石墨狹縫孔隙中的分布特征與自擴(kuò)散系數(shù)，研究表明，壁面附近區(qū)域烷烴流體密度出現(xiàn)震蕩，呈現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象；隨著溫度增加、壓力降低、孔隙增大、碳鏈數(shù)目降低，烷烴流體的自擴(kuò)散能力顯著增大，同時發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散能力不僅與壁面礦物類型有關(guān)，而且呈現(xiàn)各向異性，如石英納米孔隙內(nèi)辛烷在平行于壁面的方向的擴(kuò)散能力大于其在垂直于壁面方向的擴(kuò)散能力．在外力驅(qū)動條件下，烷烴流體在光滑的石英無機(jī)礦物表面存在明顯的速度滑移[36]，但孔隙中間的流體速度仍為拋物線形狀．而在有機(jī)質(zhì)孔隙研究方面，部分學(xué)者利用簡單碳納米結(jié)構(gòu)，如多層石墨烯[46-48]、碳納米管[34, 49-50]及碳納米孔[51]等來表征有機(jī)質(zhì)孔隙，發(fā)現(xiàn)外力驅(qū)動時烷烴流體的速度剖面趨于活塞狀，其滑移長度可達(dá)90～185 nm[14, 49]．不過，也有學(xué)者指出，如此異常高的流量是由光滑平整的壁面表面決定的[52]，所采用的簡單碳納米結(jié)構(gòu)難以代表儲層內(nèi)真實的干酪根孔隙表面[53]．基于干酪根的元素組成、化學(xué)基團(tuán)構(gòu)成和孔隙分布等特征[54]，有學(xué)者建立了較為逼真的三維無定型干酪根分子模型[55-56]，并用以開展流體運(yùn)移機(jī)制研究．由于干酪根表面存在分子尺度的粗糙度，壁面附近并未出現(xiàn)明顯的密度震蕩區(qū)域，且在外力驅(qū)動時，未發(fā)現(xiàn)壁面滑移特征[57-59]，單組分的烷烴流體仍呈現(xiàn)拋物線特征，體相流體以黏滯阻力為主，含有瀝青質(zhì)等極性分子的多組分流體速度剖面則出現(xiàn)了速度平臺；而在干酪根基質(zhì)內(nèi)的亞納米孔隙中，烷烴流體為非達(dá)西流動，以壁面摩擦力為主，難以用常規(guī)的連續(xù)性介質(zhì)假設(shè)進(jìn)行描述，因此，OBILIGER等[60-61]建議利用自由體積理論對其進(jìn)行描述．

2.2 格子Boltzmann方法和孔隙網(wǎng)絡(luò)模型

在常規(guī)連續(xù)性方程無法給出準(zhǔn)確納米空間中流動行為時，MDS成為模擬流體在納米空間最流行可靠的工具．然而，當(dāng)前的MDS由于計算資源、計算難度的限制，在模擬具有復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的多孔介質(zhì)內(nèi)的流體流動時面臨較大挑戰(zhàn)．

因LBM易于處理復(fù)雜結(jié)構(gòu)下流體流動，而成為一種模擬多孔介質(zhì)中流體流動的有效工具．通過并行計算和算法簡化，很大程度上減少了計算資源[62-63]．LBM方法的難點(diǎn)主要是如何準(zhǔn)確考慮黏度非均質(zhì)和邊界滑移影響．WANG等[41]基于LBM研究了水相在納米多孔介質(zhì)中的流動規(guī)律，定性討論了潤濕性影響下滑移長度和黏度非均性對流動行為的影響規(guī)律．ZHAO等[64]基于分子模擬得到的滑移長度和有效黏度，采用多松弛格子Boltzmann方法研究了水和烷烴在石英納米多孔介質(zhì)中的流動規(guī)律，并探討了接觸角和出入口效應(yīng)的影響機(jī)制．ZHANG等[38]將分子間相互作用力耦合到LBM計算中，通過LBM模擬得到流體在納米孔隙中的密度分布和速度分布．ZHAO等[65]采用格子Boltzmann方法研究了單納米孔隙幾何結(jié)構(gòu)對限域水流動的影響，并基于模擬結(jié)果建立了不同形狀納米孔隙流動的經(jīng)驗公式．CHENG等[66]采用MRT-LBM研究了水在粗糙納米孔隙中的流動規(guī)律，結(jié)果表明，隨著表面相對粗糙度的增加，疏水粗糙納米孔隙的輸運(yùn)能力顯著增強(qiáng)，而親水性納米孔隙的輸運(yùn)能力變化不大．孔隙網(wǎng)絡(luò)模型從真實孔隙結(jié)構(gòu)中提取，基于簡單的圓管模型來模擬流體在簡化多孔介質(zhì)中的流動規(guī)律．與直接模擬方法計算頁巖油滲透率相比，PNM雖然計算準(zhǔn)確性較低，但計算消耗資源小，計算效率快．YANG等[67]基于修正的頁巖油流動方程建立了新的孔隙網(wǎng)絡(luò)模型，分析了滑移長度、吸附相與體相黏度比和有機(jī)質(zhì)含量對頁巖油滲透率的影響．大多數(shù)研究中PNM結(jié)構(gòu)是典型的球棍模型，忽略了真實孔隙結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)．隨后部分學(xué)者將直接模擬方法計算準(zhǔn)確和PNM計算效率高的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，建立了PNM和直接模擬相結(jié)合的方法．MIAO等[68]通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測、訓(xùn)練得到不同橫截面孔隙的無量綱水力阻力，將其應(yīng)用到PNM中，可將誤差控制在20%以內(nèi)．ZHAO等[69]采用LBM計算流體通過真實孔隙結(jié)構(gòu)的水動力學(xué)阻力，并將其應(yīng)用到PNM中，該耦合方法達(dá)到了需求精度，且計算成本更低．

目前，大多數(shù)學(xué)者采用LBM研究水在納米多孔介質(zhì)中的流動規(guī)律，所建模型都可用來研究頁巖油在納米多孔介質(zhì)中的流動．但是需要通過分子模擬得到頁巖油在干酪根、石英和蒙脫石等納米孔隙中的速度分布、密度分布等微觀參數(shù)，并通過LBM單納米孔隙模擬擬合速度分布和密度分布，得到滑移長度和固液相互作用力等格子參數(shù)，最后基于該擬合格子參數(shù)，將單納米孔隙頁巖油流動擴(kuò)展到復(fù)雜多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)流動，進(jìn)一步研究非均質(zhì)潤濕、孔隙幾何結(jié)構(gòu)等復(fù)雜參數(shù)對表觀滲透率的影響機(jī)制．因此，目前最主要的問題是如何準(zhǔn)確模擬得到頁巖油在真實多孔結(jié)構(gòu)中的滑移機(jī)制．

3 展 望

頁巖儲層既有親油的有機(jī)質(zhì)干酪根孔隙，也存在親水的無機(jī)質(zhì)孔隙．無機(jī)質(zhì)孔隙中常存在一些原生水，在水力壓裂開采影響下，壓裂液通過自發(fā)滲吸或強(qiáng)制滲吸進(jìn)入頁巖孔隙[70-71]．隨著開采壓力的降低或在近開采井處，低組分烴類會析出形成氣體．因此，頁巖地層中多是油水/油氣/油氣水多相多組分流動，而相對滲透率是了解復(fù)雜多相流動的可行性工具．目前，部分學(xué)者對基于頁巖單納米孔隙兩相分層流動展開了研究．ZHANG等[37]通過考慮滑移邊界條件修正HP方程，提出了納米多孔介質(zhì)中氣-水兩相流動的相對滲透率模型．WANG等[10]在文獻(xiàn)[37]模型的基礎(chǔ)上，建立了考慮滑移邊界和黏度非均質(zhì)性的納米孔隙介質(zhì)中油水流動相對滲透率模型，將單納米孔隙中油水兩相分為近壁面水相、體相水、油水過渡相和體相油．ZHAN等[72]利用MDS研究了油水兩相在納米孔中的流動，并在文獻(xiàn)[10]模型的基礎(chǔ)上考慮了液-液(油水界面)滑移．基于孔隙尺度模擬方法，WANG等[70]采用LBM和數(shù)學(xué)模型研究了飽和油納米多孔介質(zhì)中自發(fā)滲吸行為．然而，上述基于單孔隙流體流動的理論研究難以滿足工程應(yīng)用的實際需要，尤其是考慮到兩相分布的復(fù)雜性．最近，ZHANG等[73]從孔隙尺度模擬角度研究了頁巖氣-水兩相流動，但所提模型不適應(yīng)滑移邊界條件．

綜上所述，關(guān)于頁巖油微尺度流動的研究目前僅限于定性研究．如何準(zhǔn)確獲得頁巖油/氣/水在頁巖有機(jī)質(zhì)孔隙和無機(jī)質(zhì)孔隙中的滑移參數(shù)和非均質(zhì)黏度/密度參數(shù)，并考慮壁面粗糙度、迂曲度和非均質(zhì)潤濕等因素影響；建立考慮滑移邊界和黏度/密度非均質(zhì)性的多相多組分流動孔隙尺度模擬方法(LBM和PNM)是目前定量研究亟需解決的問題．

結(jié) 語

本文綜述了近年來納微受限空間頁巖油流動機(jī)理研究現(xiàn)狀，包括表征單納米孔隙流體流動的4種理論模型(分區(qū)模型、有效黏度模型、表觀黏度模型和表觀滑移長度模型)和模擬方法(分子動力學(xué)模擬、格子Boltzmann模擬和孔隙網(wǎng)絡(luò)模型)．基于理論模型可知，在理想滑移邊界條件下，受邊界滑移和黏度/密度非均質(zhì)影響，頁巖油流動能力是常規(guī)連續(xù)性方程預(yù)測流動能力的0.1～1×107倍．基于單納米孔隙理論模型，采用間接模擬方法PNM研究流體在多孔介質(zhì)中的流動，具有計算效率高和耗費(fèi)計算資源小的優(yōu)點(diǎn)，但是PNM將復(fù)雜多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)簡化成簡單的球棍結(jié)構(gòu)，忽略了復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的影響，計算滲透率等參數(shù)準(zhǔn)確性較低．直接模擬方法MDS由于計算資源和計算難度的限制，對流體在具有復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的多孔介質(zhì)內(nèi)的流動模擬具有較大挑戰(zhàn)性，但是可以模擬得到頁巖油流動的微觀參數(shù)：邊界滑移和黏度/密度非均質(zhì)性應(yīng)用到孔隙尺度模擬中．LBM因易于處理復(fù)雜結(jié)構(gòu)和易并行減少計算資源而成為一種模擬多孔介質(zhì)中流體流動的有效工具，并基于數(shù)字巖心技術(shù)可以準(zhǔn)確計算頁巖油流動滲透率．

總的來說，頁巖油微觀流動機(jī)制研究是基于MDS得到頁巖油微觀運(yùn)移參數(shù)(滑移長度、體相和近壁面相流體黏度和密度等)，應(yīng)用到孔隙尺度模擬PNM和LBM中，但是目前還僅限于定性研究，如何將孔隙尺度模擬結(jié)果升尺度到現(xiàn)場應(yīng)用仍是目前研究的難點(diǎn)．