煤层气排采过程中甲烷解吸与扩散过程的分子模拟研究

发布时间：2025-02-15 10:57

　　赵庄3#煤层是典型的松软、低渗煤层,其煤层气井产能较低、开发难度较大。为了寻找出现这种现象的原因并获得其产出规律,本文基于巨正则蒙特卡洛方法(grand canonical Monte Carlo,GCMC)及分子动力学方法(Molecular Dynamics,MD)系统研究了甲烷在赵庄3#煤孔隙内的吸附与扩散过程,并与其在成庄3#煤中吸附及扩散过程进行了比较,讨论了不同条件对甲烷在赵庄3#煤中吸附的影响及其扩散规律,得到了各个影响因素下甲烷在赵庄3#煤中吸附的经验公式。主要内容如下:依据赵庄3#煤和成庄3#煤大分子模型,建立了赵庄3#煤与成庄3#煤结构模型。基于GCMC方法,获得了煤中甲烷在一系列温度下的等温吸附曲线,发现甲烷在赵庄3#煤中的吸附能力在温度相同时要小于成庄3#煤,通过对比可知芳香环的存在对甲烷分子吸附有着积极促进作用,而氧含量越大则越不利于甲烷分子的吸附。经过分析煤吸附甲烷时温度、含水率与应力/应变这三个因素对其造成的影响,可知在所研究的温度范围内,甲烷吸附量随温度上升表现出逐渐下降趋势,得到了温度影响下甲烷吸附量的经验公式;相比于甲烷分子来说,水分子被吸附的可能性更...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 煤层气储集及运移产出过程
    1.3 国内外研究现状与现存问题
        1.3.1 气体吸附解吸及扩散规律的研究现状
        1.3.2 存在的问题
    1.4 赵庄3#煤与成庄3#煤煤层气储层特征
    1.5 研究内容及技术路线
2 研究方法及基础理论
    2.1 分子模拟方法介绍
        2.1.1 分子模拟理论基础
        2.1.2 蒙特卡洛方法
        2.1.3 MD方法
        2.1.4 关键参数介绍
    2.2 煤层气吸附/解吸及扩散基础理论
        2.2.1 煤层气吸附/解吸基础理论
        2.2.2 煤层气扩散基础理论
    2.3 本章小结
3 煤结构模型的构建、优化与验证
    3.1 赵庄3#煤与成庄3#煤大分子模型
        3.1.1 初始煤大分子模型
        3.1.2 煤大分子模型的优化
    3.2 赵庄3#煤与成庄3#煤结构模型
        3.2.1 周期性边界条件的构建
        3.2.2 煤结构模型的优化
    3.3 煤结构模型合理性验证
        3.3.1 煤结构模型密度验证
        3.3.2 孔隙结构特征验证
        3.3.3 等温吸附曲线验证
    3.4 本章小结
4 甲烷在赵庄3#煤结构模型中的等温吸附
    4.1 吸附质的优化
    4.2 模拟方案与参数设置
    4.3 结果分析
        4.3.1 赵庄3#煤与成庄3#煤对甲烷的吸附
        4.3.2 温度对赵庄3#煤中甲烷吸附的影响
        4.3.3 含水率对赵庄3#煤中甲烷吸附的影响
        4.3.4 应力/应变对赵庄3#煤中甲烷吸附的影响
    4.4 本章小结
5 甲烷在赵庄3#煤结构模型中的扩散模拟
    5.1 模拟方案与参数设置
    5.2 扩散系数的计算
        5.2.1 MD模拟初始构型
        5.2.2 扩散系数计算方法
        5.2.3 甲烷在赵庄3#煤和成庄3#煤中的扩散系数
    5.3 活化能的计算
        5.3.1 活化能的计算方法
        5.3.2 赵庄3#煤和成庄3#煤内甲烷的扩散活化能
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及取得的研究成果
致谢



本文编号：4034200