基于分子模拟的页岩干酪根内气体吸附规律研究

发布时间：2020-06-04 16:34

【摘要】：页岩气是以甲烷为主要成分的多种烃类气体的混合气体,其中吸附态占20%~85%。然而,由于页岩有机质结构复杂,页岩气在基质与孔缝中的吸附规律并不清楚。本文根据页岩干酪根的分子结构及扫描电镜(SEM)实验构建三种类型干酪根分子模型,利用巨正则蒙特卡洛方法(GCMC)和分子动力学方法(MD)研究甲烷及二氧化碳在干酪根中的吸附行为,并用实验数据对模型进行了验证。探讨了温度、干酪根类型、比表面积、二氧化碳以及含水量等对甲烷在页岩干酪根中吸附的影响,揭示甲烷在页岩干酪根中微观吸附机理。研究结果表明:甲烷在三种干酪根中吸附量大小顺序为Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型,干酪根的化学结构对甲烷的吸附有重要影响;温度越高,甲烷吸附量越小,甲烷在干酪根中吸附属于物理吸附;二氧化碳在不同温度下吸附能力均大于甲烷;水分子更倾向于吸附在干酪根基质内,随着含水量的增加,干酪根基质孔隙体积减小,甚至分裂成无效孔隙。此外,与干酪根基质相比,水分子对狭缝表面二氧化碳和甲烷的吸附能力影响不大,含水量升高,甲烷解吸量减小。本文从分子角度研究了页岩干酪根内甲烷的微观吸附机理,以期为页岩气井的生产动态分析及产能预测提供理论基础,为指导页岩气藏高效开发提供理论依据。
【图文】：

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图 1.1 美国天然气及页岩气年产量Fig. 1.1 Production of natural gas and shale gas of America内外研究现状附理论研究现状来，非常规油气开发理论也不断发展完善。为描述气体在页岩吸附解吸过程，国内外学者已经开展了大量研究，建立了不同 Henry 吸附理论ry 吸附理论指在吸附过程中，吸附量与压力成正比，即吸附量 n力 P 满足过原点的线性关系。但该模型仅限于吸附量小于形成 10%，数学表达式为：n=Kp

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第 1 章绪论化碳置换甲烷的影响因素，优选二氧化碳的注入深度。（3）页岩含水及高温高压等复杂环境条件下页岩气吸附规律的影响因素分通过扫描电镜（SEM）技术观测页岩有机质形貌特征，建立综合考虑页岩和狭缝的干酪根模型，探索狭缝对页岩气吸附规律的影响。同时，建立不同量的干酪根模型，，分析含水量对甲烷二氧化碳竞争吸附的影响。.4.3 技术路线本文的技术路线如图 1.2 所示，基于国内外文献调研，建立不同类型干酪根结构，分别研究甲烷在不同类型干酪根中的吸附规律，和甲烷二氧化碳双组争吸附规律，最终为干酪根吸附能力评价提供理论基础。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE31

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