泥页岩纳米孔隙中页岩气吸附的微观机制研究

论文摘要

研究页岩气的吸附特性对于页岩气开采具有极其重要的作用。页岩气主要贮存于泥页岩纳米孔隙中,页岩气的吸附性能主要取决于它在泥页岩纳米孔隙中的吸附行为。本文采用分子动力学和蒙特卡洛法对页岩气在纳米孔隙中的吸附行为进行了分子模拟,分析了页岩气吸附性能与各影响因素之间的物理关系。根据页岩储层主要组成组分,分别建立了有机质、石英及黏土矿物纳米孔模型,并利用不同的温度、压强和纳米孔孔径,开展了多种条件下的页岩气吸附分子模拟,分别研究了气体压强、环境温度、孔径对页岩气吸附量的影响规律,并探讨了页岩气吸附能力对泥页岩有机质和矿物成份的依赖关系。分子计算结果表明:(1)受孔壁面分子势能作用影响,甲烷分子在孔壁面0.5nm范围内近似平行于孔壁聚集分布,呈现出吸附的状态;而在远离孔壁面区域分布比较分散,甲烷分子受孔壁面作用力较小,呈现出游离的状态。(2)有机质、石英和黏土矿物纳米孔中页岩气吸附量都随着压强的增大而增加,且二者之间的物理关系可以近似采用幂函数进行描述,页岩气在纳米孔中的吸附比例随压强的增大逐渐减小。(3)当压强和温度相同时,页岩气在有机质、石英和黏土矿物纳米孔中的吸附量都随着孔径的增大而线性增加。(4)当压强和孔径相同时,页岩气在有机质、石英和黏土矿物纳米孔中的吸附量都随着温度的升高而线性降低。(5)在相同压强、温度、孔径下,有机质纳米孔的页岩气吸附量大于黏土矿物纳米孔,黏土矿物纳米孔的页岩气吸附量大于石英纳米孔,蒙脱石纳米孔的页岩气吸附量大于伊利石和高岭石。有机质的吸附热大于黏土矿物和石英,页岩气在几种页岩物质成份中吸附能力的强弱顺序为:有机质>蒙脱石>伊利石>石英>高岭石。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•     1.1.1 研究背景及意义
•     1.1.2 页岩气概述
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 页岩储层特征研究现状
•     1.2.2 页岩微观孔隙特征研究现状
•     1.2.3 页岩气吸附机理研究现状
•     1.2.4 页岩吸附分子模拟研究现状
•   1.3 研究内容与技术路线图
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线图
• 第二章 分子模拟理论
•   2.1 分子动力学方法
•     2.1.1 分子动力学方法基本原理
•     2.1.2 Verlet积分方法
•     2.1.3 正则系综
•     2.1.4 分子力场
•     2.1.5 周期性边界条件
•   2.2 蒙特卡洛法
•     2.2.1 蒙特卡洛法基本原理
•     2.2.2 巨正则（NVT）系综
•     2.2.3 压强与逸度的转换
• 第三章 页岩气在石英和有机质纳米孔中吸附的分子模拟
•   3.1 石英和有机质纳米孔模型
•     3.1.1 石英纳米孔
•     3.1.2 有机质纳米孔
•     3.1.3 碳纳米孔
•   3.2 分子模拟计算方法
•   3.3 页岩气在石英和有机质纳米孔中的吸附特性
•     3.3.1 页岩气在纳米孔中的分布特征
•     3.3.2 压强对页岩气吸附的影响规律
•     3.3.3 孔径对页岩气吸附的影响规律
•     3.3.4 温度对页岩气吸附的影响规律
•     3.3.5 吸附热与页岩气吸附能力
•     3.3.6 非键相互作用贡献
•   3.4 本章小结
• 第四章 页岩气在黏土矿物纳米孔中吸附的分子模拟
•   4.1 黏土矿物纳米孔模型
•     4.1.1 蒙脱石纳米孔
•     4.1.2 伊利石纳米孔
•     4.1.3 高岭石纳米孔
•   4.2 分子模拟计算方法
•   4.3 页岩气在黏土矿物纳米孔中的吸附特性
•     4.3.1 页岩气在黏土矿物纳米孔中的分布特征
•     4.3.2 压强对页岩气吸附的影响规律
•     4.3.3 孔径对页岩气吸附的影响规律
•     4.3.4 温度对页岩气吸附的影响规律
•     4.3.5 吸附热与页岩气吸附能力
•     4.3.6 非键相互作用贡献
•   4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间发表的论文与科研成果清单
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郜世才

导师: 任中俊

关键词: 分子模拟,分子动力学,蒙特卡洛法,页岩气吸附,纳米孔隙

来源: 湖南科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,石油天然气工业,石油天然气工业

单位: 湖南科技大学

分类号: P618.13;TE311

DOI: 10.27738/d.cnki.ghnkd.2019.000142

总页数: 71

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