基于分子模拟的纳米孔内甲烷吸附与扩散特征

摘要：

页岩气是目前非常规油气研究热点,加强甲烷渗流机理研究对页岩气藏开发具有重要意义.基于分子动力学模拟甲烷分子在纳米孔隙中的流动行为,构建了狭缝孔隙模型,并在此基础上分析孔径、压力、矿物种类和孔隙含水量对甲烷分子扩散能力的影响,讨论了天然气在微观多孔介质中的扩散规律.研究表明,甲烷分子在温度升高和孔径增大时扩散加快,而在压力增大时扩散变缓.孔隙壁面的矿物类型对甲烷分子的扩散有显著影响,在有机质、石英和高岭石中扩散系数依次减小.石墨烯构成的有机质孔隙对甲烷的吸附能力大于无机孔隙,主要是因为石墨烯特有的结构和光滑的表面对甲烷分子的扩散有促进作用.水分子对甲烷分子的扩散起抑制作用,甲烷的扩散系数随含水量的增加逐步下降,在有机孔隙中水分子以团簇的形式阻碍甲烷分子的扩散,而无机孔隙中水分子则以“水膜”的形式吸附在孔隙壁表面.当无机矿物孔隙内水含量过高(ρw≥50％)时,孔隙内的水分子会聚集形成“水桥”,导致无机孔隙内甲烷的扩散系数低于有机孔隙.

关键词：纳米孔、甲烷、扩散系数、密度分布、分子模拟

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分类号：TE122.2(石油、天然气地质与勘探)

资助基金：国家科技重大专项2017ZX05008-003-050

在线出版日期：2020-12-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：1366-1375