页岩纳米孔隙中小分子气体超临界吸附微观机理研究

发布时间：2017-11-14 23:15

  本文关键词：页岩纳米孔隙中小分子气体超临界吸附微观机理研究

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【摘要】：页岩气作为一种重要的非常规天然气,已成为全球油气资源勘探开发的焦点和热点。纳米孔隙是页岩气赋存的主要空间,甲烷在纳米孔隙中的赋存状态对页岩气藏储量评估和动态开采有重要影响。目前关于页岩气吸附机理研究主要采用宏观实验和理论手段,对页岩气微观吸附机理认识不清,有必要采用微观尺度研究方法。因此,本文结合宏观和微观研究方法,从宏观实验和理论角度研究了页岩气高温高压吸附曲线变化特征,并对传统吸附模型进行了对比分析。根据页岩储层特征,选取几种构成页岩的代表性组分(石英／蒙脱石／有机质)为吸附剂模型,并建立小分子气体模型(CO2/CH4/H2O),利用蒙特卡洛方法研究单组分甲烷分子在页岩纳米孔隙中的赋存特点,以及二氧化碳和甲烷混合气体在页岩纳米孔隙中的竞争吸附机理,从微观上量化分析温度、压力、矿物组分、气体组分、孔隙大小、吸附剂表面积以及含水量等因素对页岩气吸附机理及吸附量的影响。研究结果表明：(1)处于地层高温高压条件下的页岩气吸附属于超临界吸附,实验测得的吸附量为超额吸附量,需要转换为真实绝对吸附量才能应用于储量计算等方面,而吸附相密度和自由相密度随压力变化的趋势不同,导致页岩气吸附曲线出现“倒吸附”现象。(2)组成页岩的石英、蒙脱石和有机质三种矿物的吸附热大小分别为6.516kJ/mol、 12.51kJ/mol和13.369kJ/mol,其吸附性能从大到小依次为：有机质蒙脱石石英；同一吸附剂中,温度越大,气体吸附量越小；压力越大,气体吸附量越大；含水量越高,气体吸附量越小。(3)甲烷分子在页岩纳米孔隙中的赋存状态为吸附和游离共存,是甲烷与孔壁吸附势能和压力挤压共同作用结果,与吸附理论假设无关,分子动力学理论和吸附势理论都能在一定程度上合理解释页岩气吸附状态。(4)孔隙大小主要决定含气总量,表面积主要决定吸附气量,因此,在页岩颗粒样品吸附气量测试实验中,必须采用单位表面积气体吸附量,而不能采用单位体积或单位质量气体吸附量。(5)对于页岩气藏开采,高压时,孔隙中含气量高,通过降压开采便能采出自由相甲烷分子和压力作用增加的吸附相甲烷分子；当压力衰竭至气藏废弃压力(10MPa)时,绝大部分由于吸附势能作用赋存在孔隙中的吸附相甲烷分子不能被采出,需要注气置换开采页岩气。(6)CO2和CH4分子在页岩纳米孔隙中的竞争吸附模拟结果表明,无论温度、压力和混合气体组分怎么变化,CO2相对CH4吸附选择性始终大于1,页岩对CO2分子优先吸附,说明了CO2置换开采页岩气或CO2埋存的可行性。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE31

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本文编号：1187400