页岩黏土纳米孔隙气体吸附机理研究

论文摘要

我国页岩气地质资源非常丰富,如何高效、低成本、洁净开采页岩气已成为目前首要解决的问题。目前国内外等温吸附实验多局限在测定真实页岩及单、两组分黏土矿物的吸附量,未见已知三组分混合黏土矿物吸附量实验研究报道,缺少黏土矿物之间相互作用对吸附量的影响实验研究。传统的等温吸附模型适用范围不同,需要根据实际曲线形态进行拟合,对混合黏土矿物的适用性需要考证。针对黏土的纳米孔隙对气体吸附微观机理研究还不深入,严重制约了页岩气赋存机理等相关研究。为此,本文在宏观吸附实验基础上,研究了单组分矿物的相互作用对混合黏土矿物吸附量的影响。利用分子模拟方法研究甲烷气体在黏土矿物中的微观吸附机理,量化研究不同温压、孔径条件下甲烷吸附量与分子间作用能、吸附热、吸附相密度、吸附位等参数的关系,揭示了页岩气的吸附微观机理,为探索页岩气的赋存机理和开采页岩气奠定基础。通过研究取得了以下认识:(1)采用重量法测定了相同温度下的蒙脱石、高岭石、伊利石与绿泥石的等温吸附曲线,结果表明其吸附量大小次序为:蒙脱石>高岭石>绿泥石>伊利石。(2)采用重量法测定了蒙脱石、高岭石、绿泥石三组分混合黏土矿物的等温吸附曲线,通过与单组分等温吸附实验对比,发现曲线形态均呈现出Ⅰ类吸附的特征,且蒙脱石的含量对三组分混合黏土矿物的等温吸附量影响最大。(3)建立了一个考虑矿物含量、实验温度影响的三组分混合黏土矿物等温吸附预测模型,绘制了三组分混合黏土矿物的等温吸附量预测图版。(4)利用分子模拟方法,研究了甲烷在蒙脱石、高岭石、伊利石纳米孔隙中的微观吸附机理,量化研究了不同温压、孔径条件下甲烷吸附量与分子间作用能、吸附热、吸附相密度、吸附位等参数。研究表明,甲烷在黏土矿物中的吸附量随着温度的升高而降低,孔径的增加,会增加黏土矿物的等温吸附量,孔径、温度的增加,均会降低甲烷在黏土矿物中的等量吸附热,并且甲烷在黏土矿物孔隙中的吸附为物理吸附。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究目的与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 页岩气吸附实验研究现状
•     1.2.2 页岩气微观吸附机理研究现状
•     1.2.3 页岩气等温吸附模型研究现状
•   1.3 主要研究内容及技术路线
•     1.3.1 主要研究内容
•     1.3.2 研究技术路线
• 第2章 页岩储层黏土矿物吸附实验研究
•   2.1 实验装置及方法
•   2.2 单一黏土矿物等温吸附实验
•     2.2.1 蒙脱石的等温吸附曲线
•     2.2.2 高岭石的等温吸附曲线
•     2.2.3 绿泥石的等温吸附曲线
•     2.2.4 伊利石的等温吸附曲线
•     2.2.5 单一黏土矿物等温吸附曲线对比
•   2.3 三组分混合黏土矿物等温吸附实验
•     2.3.1 三组分混合黏土矿物的制备
•     2.3.2 三组分混合黏土矿物的等温吸附曲线
•   2.4 单、三组分混合黏土矿物等温吸附曲线对比研究
•   2.5 小结
• 第3章 页岩储层黏土矿物的吸附模型
•   3.1 黏土矿物等温吸附模型的优选
•     3.1.1 单组分黏土矿物的等温吸附模型
•     3.1.2 三组分混合黏土矿物的等温吸附模型
•   3.2 等温吸附预测模型
•     3.2.1 预测模型的建立
•     3.2.2 预测模型误差分析
•     3.2.3 预测模型图版的建立
•   3.3 小结
• 第4章 黏土矿物的微观吸附机理研究
•   4.1 微观吸附机理研究基础
•     4.1.1 模拟力场及模拟细节
•     4.1.2 逸度的计算
•   4.2 甲烷在蒙脱石中的吸附机理研究
•     4.2.1 蒙脱石骨架模型
•     4.2.2 计算结果与讨论
•   4.3 甲烷在高岭石中的吸附机理研究
•     4.3.1 高岭石骨架模型
•     4.3.2 计算结果与讨论
•   4.4 甲烷在伊利石中的吸附机理研究
•     4.4.1 伊利石骨架模型
•     4.4.2 计算结果与讨论
•   4.5 甲烷在黏土矿物中的吸附机理对比研究
•   4.6 小结
• 第五章 结论与建议
•   5.1 结论
•   5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 温云帆

导师: 张广东,曹建

关键词: 黏土矿物,等温吸附实验,模型,吸附机理

来源: 西南石油大学

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

单位: 西南石油大学

基金: 国家自然基金项目《页岩纳米孔隙中气体吸附微观机理研究》

分类号: P618.13

DOI: 10.27420/d.cnki.gxsyc.2019.000469

总页数: 68

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