泥页岩纳米孔隙中页岩气吸附的微观机制研究

发布时间：2022-12-22 00:09

　　研究页岩气的吸附特性对于页岩气开采具有极其重要的作用。页岩气主要贮存于泥页岩纳米孔隙中,页岩气的吸附性能主要取决于它在泥页岩纳米孔隙中的吸附行为。本文采用分子动力学和蒙特卡洛法对页岩气在纳米孔隙中的吸附行为进行了分子模拟,分析了页岩气吸附性能与各影响因素之间的物理关系。根据页岩储层主要组成组分,分别建立了有机质、石英及黏土矿物纳米孔模型,并利用不同的温度、压强和纳米孔孔径,开展了多种条件下的页岩气吸附分子模拟,分别研究了气体压强、环境温度、孔径对页岩气吸附量的影响规律,并探讨了页岩气吸附能力对泥页岩有机质和矿物成份的依赖关系。分子计算结果表明:（1）受孔壁面分子势能作用影响,甲烷分子在孔壁面0.5nm范围内近似平行于孔壁聚集分布,呈现出吸附的状态;而在远离孔壁面区域分布比较分散,甲烷分子受孔壁面作用力较小,呈现出游离的状态。（2）有机质、石英和黏土矿物纳米孔中页岩气吸附量都随着压强的增大而增加,且二者之间的物理关系可以近似采用幂函数进行描述,页岩气在纳米孔中的吸附比例随压强的增大逐渐减小。（3）当压强和温度相同时,页岩气在有机质、石英和黏土矿物纳米孔中的吸附量都随着孔径的增大而线性增加... 

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【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 研究背景及意义
        1.1.2 页岩气概述
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 页岩储层特征研究现状
        1.2.2 页岩微观孔隙特征研究现状
        1.2.3 页岩气吸附机理研究现状
        1.2.4 页岩吸附分子模拟研究现状
    1.3 研究内容与技术路线图
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线图
第二章 分子模拟理论
    2.1 分子动力学方法
        2.1.1 分子动力学方法基本原理
        2.1.2 Verlet积分方法
        2.1.3 正则系综
        2.1.4 分子力场
        2.1.5 周期性边界条件
    2.2 蒙特卡洛法
        2.2.1 蒙特卡洛法基本原理
        2.2.2 巨正则(NVT)系综
        2.2.3 压强与逸度的转换
第三章 页岩气在石英和有机质纳米孔中吸附的分子模拟
    3.1 石英和有机质纳米孔模型
        3.1.1 石英纳米孔
        3.1.2 有机质纳米孔
        3.1.3 碳纳米孔
    3.2 分子模拟计算方法
    3.3 页岩气在石英和有机质纳米孔中的吸附特性
        3.3.1 页岩气在纳米孔中的分布特征
        3.3.2 压强对页岩气吸附的影响规律
        3.3.3 孔径对页岩气吸附的影响规律
        3.3.4 温度对页岩气吸附的影响规律
        3.3.5 吸附热与页岩气吸附能力
        3.3.6 非键相互作用贡献
    3.4 本章小结
第四章 页岩气在黏土矿物纳米孔中吸附的分子模拟
    4.1 黏土矿物纳米孔模型
        4.1.1 蒙脱石纳米孔
        4.1.2 伊利石纳米孔
        4.1.3 高岭石纳米孔
    4.2 分子模拟计算方法
    4.3 页岩气在黏土矿物纳米孔中的吸附特性
        4.3.1 页岩气在黏土矿物纳米孔中的分布特征
        4.3.2 压强对页岩气吸附的影响规律
        4.3.3 孔径对页岩气吸附的影响规律
        4.3.4 温度对页岩气吸附的影响规律
        4.3.5 吸附热与页岩气吸附能力
        4.3.6 非键相互作用贡献
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
附录 A 攻读学位期间发表的论文与科研成果清单
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]计算化学与分子模拟方法及MS软件简介[J]. 王英学,梁俊玺,胡勤政,曹宏伟.  山东化工. 2019(02)
[2]富有机质页岩中烃类动态运移对页岩气富集成藏的制约——以四川盆地龙马溪组为例[J]. 王佳,谭先锋,田景春,罗超,冉天,陈青,李霞,曾春林.  石油实验地质. 2017(06)
[3]基于Ono-Kondo格子模型的页岩气超临界吸附机理探讨[J]. 周尚文,王红岩,薛华庆,郭伟,李晓波.  地球科学. 2017(08)
[4]石墨狭缝中异形孔洞内甲烷赋存状态分子动力学模拟[J]. 白永强,杨春梅,张雁,张兆虹,于舒杰,姜振学,闫化彩.  煤炭学报. 2017(05)
[5]龙马溪组页岩干酪根平均分子结构模型的构建[J]. 刘向君,罗丹序,熊健,梁利喜.  化工进展. 2017(02)
[6]鄂尔多斯盆地南部延长组泥页岩孔隙特征及其控制因素[J]. 李成成,周世新,李靖,杨亚南,付德亮,马瑜,李源遽.  沉积学报. 2017(02)
[7]石墨狭缝吸附页岩气的分子模拟[J]. 何映颉,杨洋,张廷山,伍坤宇.  岩性油气藏. 2016(06)
[8]渝东北地区龙马溪组页岩储层微观孔隙结构特征[J]. 武瑾,梁峰,吝文,魏晨吉,宋晓江.  成都理工大学学报(自然科学版). 2016(03)
[9]CO2/CH4在干酪根中竞争吸附规律的分子模拟[J]. 隋宏光,姚军.  中国石油大学学报(自然科学版). 2016(02)
[10]CO2/CH4在干酪根中竞争吸附的分子模拟[J]. 隋宏光,姚军.  科学技术与工程. 2016(11)

博士论文
[1]页岩气聚集机理及其应用[D]. 聂海宽.中国地质大学（北京） 2010

硕士论文
[1]页岩纳米孔隙中小分子气体超临界吸附微观机理研究[D]. 代建伟.西南石油大学 2016



本文编号：3723037