基于分子模擬的納米孔內甲烷吸附與擴散特征

作者：任俊豪,任曉海,宋海強,韓登林,王晨晨,盛廣龍,呂偉峰

摘要：頁巖氣是目前非常規油氣研究熱點,加強甲烷滲流機理研究對頁巖氣藏開發具有重要意義。基于分子動力學模擬甲烷分子在納米孔隙中的流動行為,構建了狹縫孔隙模型,并在此基礎上分析孔徑、壓力、礦物種類和孔隙含水量對甲烷分子擴散能力的影響,討論了天然氣在微觀多孔介質中的擴散規律。研究表明,甲烷分子在溫度升高和孔徑增大時擴散加快,而在壓力增大時擴散變緩。孔隙壁面的礦物類型對甲烷分子的擴散有顯著影響,在有機質、石英和高嶺石中擴散系數依次減小。石墨烯構成的有機質孔隙對甲烷的吸附能力大于無機孔隙,主要是因為石墨烯特有的結構和光滑的表面對甲烷分子的擴散有促進作用。水分子對甲烷分子的擴散起抑制作用,甲烷的擴散系數隨含水量的增加逐步下降,在有機孔隙中水分子以團簇的形式阻礙甲烷分子的擴散,而無機孔隙中水分子則以"水膜"的形式吸附在孔隙壁表面。當無機礦物孔隙內水含量過高(ρ_w≥50%)時,孔隙內的水分子會聚集形成"水橋",導致無機孔隙內甲烷的擴散系數低于有機孔隙。

發文機構：長江大學地球科學學院 儲層微觀結構演化及數字表征實驗室 中國石油川慶鉆探工程有限公司頁巖氣勘探開發項目經理部 陜西延長石油國際勘探開發工程有限公司 非常規油氣湖北省協同創新中心 長江大學石油工程學院 中國石油勘探開發研究院

關鍵詞：納米孔甲烷擴散系數密度分布分子模擬nanoporemethanediffusion coefficientdensity distributionmolecular simulation

分類號： TE122.2[石油與天然氣工程—油氣勘探]