在常规原油逐渐减少的大环境下,如何提高重质原油的利用效率是石油工业非常关心的重要问题。但是,重质原油中的沥青质组分引起的自聚集和沉降等问题一直困扰着石油工业中的勘探、开采、储存、运输和加工等过程。因此,对沥青质分子自聚集行为的内在机理进行研究,有助于提升重质原油的利用效率。虽然研究人员对沥青质的聚集行为进行了大量实验研究,但受实验手段的限制,无法直接观察沥青质分子的聚集过程和聚集形貌。伴随着计算模拟手段的进步,通过分子动力学模拟可以从原子/分子尺度等微观层面研究沥青质分子之间的相互作用机制。分子模拟的结果不仅是对实验结果的有益补充,而且能够获得沥青质分子自聚集行为的分子机理。本文以原子力显微镜观测到的沥青质分子结构为基础,构建了一系列沥青质分子模型。采用LAMMPS软件和PCFF力场,进行一系列非平衡分子动力学(NEMD)模拟,探索剪切场对沥青质分子的聚集行为和体系黏度的影响。本文的主要研究内容和结论如下:1.在温度为300 K、压力为1 bar、剪切速率为1E-7/fs条件下对五种大陆型沥青质分子进行NEMD模拟。研究甲苯溶剂浓度、聚芳烃的结构、沥青质分子的烷基侧链、沥青质分子中的杂原子以及剪切场对沥青质分子的聚集行为和黏度的影响。结果表明甲苯溶剂浓度为20 Wt%时沥青质有最佳溶解效果。聚芳烃的结构为团苯环时分子间为π-π共轭作用主导,聚芳烃的结构为支苯环时分子间更多的是结构阻碍作用导致的聚集。在20 Wt%甲苯溶剂的条件下,仅具有聚芳烃的沥青质分子的黏度在75 c P和120 c P之间。增加烷基侧链的聚芳烃的沥青质分子黏度增加了0.5倍。增加烷基侧链和杂原子的聚芳烃的沥青质的黏度增加两倍。烷基侧链和杂原子可以使沥青质聚集体呈现不同的聚集体大小和数量。剪切场会导致沥青质聚集体的破裂重组效应。2.在温度为300 K、压力为1 bar、剪切速率为1E-7/fs条件下对四种群岛型沥青质分子进行NEMD模拟。研究群岛型沥青质分子的聚芳烃核、桥烷基支链、桥芳烃核对沥青质分子的聚集行为和黏度的影响。聚芳烃核为支苯环结构时沥青质分子具有更高的黏度和复杂的聚集形态。桥烷基支链和桥芳烃核环的数目与沥青质分子的黏度均呈正相关。本论文通过对多种不同结构的沥青质分子在剪切场中的系列发展式研究,提出可能降低沥青质黏度和自聚集的分散与沉降机制。