在国家自然科学基金等项目资助下，实验室姚传进教授团队在中低熟页岩原位转化开采机理及多相态多场耦合流动模拟研究方面取得系列进展。相关成果先后发表在Chemical Engineering Journal、Energy、Petroleum Science、Fuel等国际顶级权威期刊上，深层油气全国重点实验室均为第一通讯单位。
我国陆相盆地发育中高熟与中低熟两大类页岩油资源，前者已实现商业开发，是原油稳产的重要支撑；后者潜力巨大，是推动产量规模增长的重大新领域。地下原位转化被认为是有效开发中低熟页岩油资源的一项颠覆性技术，但页岩储层孔隙结构复杂、有机质呈多相态转化以及多物理场相互耦合，烃物质多相态多场耦合流动机理是该领域亟待解决的关键科学问题。
基于新型热动力学模型的中低熟页岩原位转化热反应流耦合模拟
中低熟页岩原位转化涉及复杂的热解反应，导致现有模拟框架中的传统动力学模型无法准确描述该过程。团队基于真实反应机理开发了一种新的热动力学模型，并将其嵌入全耦合数值模拟系统中。通过修正化学反应速率方程，并在能量守恒方程中引入反应热源项，构建了中低熟页岩原位转化的三维热‑反应流耦合模型。该模型能够准确模拟原位转化过程中的热量传递、化学反应、能量演变及烃类流体渗流行为，从而为中低熟页岩原位转化过程准确模拟和烃排驱效率预测优化提供了模型支撑。
中低熟页岩原位转化热解产物相态行为对油气排驱效率的影响
在中低熟页岩原位转化开采过程中，温度场的动态变化直接影响热解产物的组成特征。传统基于单一温度热解产物建立的相态模型难以准确刻画整个开采过程中的流体相行为。为此，团队通过开展超高温高压热解生烃模拟和相平衡实验，获得了五种代表性热解产物的组成与相平衡参数，修正并建立了更为精确的相态模型，进而构建了能够表征温度驱动热解产物组成演化规律的多温阶热解流体耦合模型（MPFC）。该模型能够有效捕捉地层温度随时间变化导致的热解产物演变进程，从而克服了单一温度模型在描述全周期原位转化开采过程中的局限性。
不同有机质组成条件下中低熟页岩热解反应机理与动力学建模
中低熟页岩储层中往往干酪根和滞留重烃共存，其热解过程涉及多种有机组分的复杂热转化，因此阐明其热解反应机理与动力学行为至关重要。团队针对具有不同干酪根和重烃质量比的典型中低熟页岩样品，开展了热重分析和非等温热解实验，并利用高斯函数反褶积方法解析了干酪根与重烃的独立反应过程，进而阐明了二者在宏观热解中的相互作用机制。基于主图法与等转化法，计算得到了单一反应的动力学三元组，在此基础上提出了一种新型热解反应网络。该网络集成了真实有机质反应机理函数，建立了涵盖干酪根热解、重烃裂解和油相二次裂解的综合反应动力学模型，从而为复杂储层条件下中低熟页岩原位转化加热方案优化设计提供了理论支撑。
超临界二氧化碳加热富有机质页岩热解产物及孔隙结构演化特征
在中低熟页岩原位转化热解环境下，二氧化碳（CO2）处于超临界状态。超临界CO2（ScCO2）不仅具备优异的传热与溶剂化特性，能够有效加热有机质并置换热解产物，还可以提高有机质热稳定性、改善页岩孔隙结构。鉴于此，团队对比了氮气和ScCO2热解条件下，页岩热解产物变化规律及孔隙结构演化特征。结果显示，ScCO2热解条件下页岩的产油率更高，热解油产物中的中间馏分比例更大，且相对分子质量更高。与氮气相比，ScCO2能够显著增大页岩孔径、增强孔隙连通性，从而更有利于热解产物的运移与产出。本研究为ScCO2在中低熟页岩原位转化开采中的应用提供了理论支撑。
部分受限空间及有机质对中低熟页岩热解产物相行为的影响
在中低熟页岩热解过程中，热解产物的相行为受页岩矿物组成、孔隙结构及有机质（干酪根与滞留烃）含量等多种因素影响，且这些因素在热解进程中呈现动态演化。团队通过开展系列热解实验，定量分析了热解产物的组成变化、有机质空间分布及岩心孔隙结构的动态响应特征。系统开展了原始岩心、热解后岩心以及无岩心环境下的热解产物相行为实验，揭示了原位转化过程中热解产物受储层环境影响的相平衡规律，从而为超高温高压条件下中低熟页岩原位转化过程中的流体相行为模拟与热解产物排驱效率预测提供了重要理论支撑。
中低熟页岩纳米氧化镍催化剂辅助超临界二氧化碳热解动力学机理
在超临界CO2加热原位转化开采基础上，引入催化剂有望显著提升中低熟页岩资源的转化效率。鉴于此，团队在明确NiCl2·6H2O、硬脂酸镍和纳米氧化镍三类镍基催化剂中纳米氧化镍的显著优势后，在超临界CO2氛围下对负载及未负载纳米氧化镍的中低熟页岩样品开展了非等温热解实验，系统分析了烃类转化过程与产物分布特征，揭示了超临界CO2与纳米氧化镍在热解过程中的协同作用机制。结合非线性最小二乘法与MultiStart全局优化算法，建立了描述有机质裂解过程的反应动力学模型，从而为超临界CO2热流体+催化剂协同高效开发中低熟页岩提供了理论支撑。
姚传进教授所在的非常规油气开发与原位转化研究团队，长期致力于渗流理论与油气藏开发工程、地下资源原位转化理论与方法、低品位油气资源绿色低碳开采技术的研究。2020年以来，团队累计在Environmental Science & Technology、Chemical Engineering Journal、Energy、Petroleum Science、Fuel、SPE Journal、石油学报、中国石油大学学报（自然科学版）等国内外权威期刊发表高质量学术论文50余篇，授权发明专利20余项，累计培养博士、硕士研究生20余名。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.167846
https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.137487
https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.135827
https://doi.org/10.1016/j.petsci.2024.01.022
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2025.136357
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2025.135882