基于分子模拟的纳米孔内甲烷吸附与扩散特征

作者：任俊豪,任晓海,宋海强,韩登林,王晨晨,盛广龙,吕伟峰

摘要：页岩气是目前非常规油气研究热点,加强甲烷渗流机理研究对页岩气藏开发具有重要意义。基于分子动力学模拟甲烷分子在纳米孔隙中的流动行为,构建了狭缝孔隙模型,并在此基础上分析孔径、压力、矿物种类和孔隙含水量对甲烷分子扩散能力的影响,讨论了天然气在微观多孔介质中的扩散规律。研究表明,甲烷分子在温度升高和孔径增大时扩散加快,而在压力增大时扩散变缓。孔隙壁面的矿物类型对甲烷分子的扩散有显著影响,在有机质、石英和高岭石中扩散系数依次减小。石墨烯构成的有机质孔隙对甲烷的吸附能力大于无机孔隙,主要是因为石墨烯特有的结构和光滑的表面对甲烷分子的扩散有促进作用。水分子对甲烷分子的扩散起抑制作用,甲烷的扩散系数随含水量的增加逐步下降,在有机孔隙中水分子以团簇的形式阻碍甲烷分子的扩散,而无机孔隙中水分子则以"水膜"的形式吸附在孔隙壁表面。当无机矿物孔隙内水含量过高(ρ_w≥50%)时,孔隙内的水分子会聚集形成"水桥",导致无机孔隙内甲烷的扩散系数低于有机孔隙。

发文机构：长江大学地球科学学院 储层微观结构演化及数字表征实验室 中国石油川庆钻探工程有限公司页岩气勘探开发项目经理部 陕西延长石油国际勘探开发工程有限公司 非常规油气湖北省协同创新中心 长江大学石油工程学院 中国石油勘探开发研究院

关键词：纳米孔甲烷扩散系数密度分布分子模拟nanoporemethanediffusion coefficientdensity distributionmolecular simulation

分类号： TE122.2[石油与天然气工程—油气勘探]