页岩纳米孔吸附气表面扩散机理和数学模型

摘要：

页岩富含纳米孔,且吸附气占总气量可高达85％,因此页岩气表面扩散对气体传输具有重要的作用.页岩气藏压力高,页岩表面能量非均质性强,吸附气非等温解吸附等,均加剧了吸附气表面扩散模拟的复杂性.基于低压条件下推导的Hwang模型,考虑高压条件下吸附气覆盖度的影响,建立了页岩吸附气表面扩散模型.同时,该模型还考虑了页岩表面能量非均质性、等量吸附热和非等温解吸附对表面扩散的影响.研究表明:1)表面扩散系数随压力的增大而增大,随温度的升高而增大,随表面活化能的减小而增大,随气体分子量的减小而增大;2)黏性流动、努森扩散和表面扩散对气体传输的贡献是此消彼长的,主要受孔隙尺度和压力的控制;3)表面扩散在微孔(半径＜2 nm)中,对气体传输贡献大,可高达92.95％;在宏孔(半径＞50 nm)中,贡献低于4.39％,可忽略;在介孔(2＜半径＜50 nm)中,表面扩散的贡献介于微孔和宏孔之间.

关键词：页岩气、吸附、解吸附、表面扩散、纳米孔

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资助基金：国家自然科学基金重大项目批准号:51490654、国家自然科学基金批准号:51374222和国家科技重大专项编号:2011ZX05030-005-04资助项目

在线出版日期：2015-06-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：525-540