石墨狭缝吸附页岩气的分子模拟

为了深入了解页岩储层中有机质层状孔隙对甲烷的微观吸附机理,利用分子模拟软件构建了石墨狭缝模型来表征有机质层状孔隙,并运用巨正则蒙特卡罗、分子力学及分子动力学等方法模拟了扬子板块早古生代页岩储层在埋深为2~4 km的条件下,石墨狭缝对甲烷的吸附性能。结果表明：石墨狭缝对甲烷的吸附是物理吸附;随温度和压力的增加,其吸附量呈现出先急剧增加后缓慢增加再减小的趋势;当页岩气藏埋深为2~4 km时,页岩储层中有机质层状孔隙对甲烷的吸附量缓慢增加,并且在埋深为4 km时达到最大,因此4 km为页岩气最优埋深;甲烷沿石墨狭缝壁法线方向出现明显的吸附分层现象,其相对密度呈对称分布的趋势,而且随埋深的增加而有所减小;甲烷的自扩散系数随埋深的增加而增大,与吸附热及吸附量的变化原因一致。

石墨狭缝中甲烷吸附的分子动力学模拟

用分子动力学模拟研究石墨狭缝中甲烷的吸附,考察狭缝宽度和温度对甲烷吸附的影响.模拟发现甲烷在石墨狭缝中出现分层现象,吸附层中甲烷具有类液特征,第一吸附层内甲烷中总有两个氢原子的连线与另外两个氢原子的连线分别位于平行于狭缝壁的两个平面内,游离层中甲烷呈现气体的特征;碳原子间的平均作用势说明吸附层中甲烷分子间结合能力大于游离层,吸附态是甲烷在石墨狭缝中的主要赋存形式之一;伦敦力以及由吸附层净电荷产生的电场力是甲烷吸附和分层的主要原因;甲烷的吸附量随狭缝宽度增大或温度升高而减少,当狭缝宽度小于16.46时,甲烷仅以吸附形态存在.甲烷在第一吸附层中的扩散能力最弱、游离层中最强,甲烷扩散系数随狭缝宽度的增大或温度的升高而增大.

CO_2/CH_4在煤储层中扩散规律的分子动力学模拟

为明确CO_2与CH_4混合气体在煤中的扩散规律,建立不同宽度的石墨狭缝结构模型代替复杂的煤结构,运用分子动力学方法,研究CO_2与CH_4浓度比、温度、气体压力和储层孔径等因素对甲烷扩散性能的影响。研究结果表明:随着CO_2浓度的增大,甲烷的扩散系数降低;随着气体压力的增大,甲烷的扩散能力以及扩散系数均有明显的降低,但降低速率趋于平缓;较高的温度有助于甲烷的扩散,但作用效果并不明显;随着储层孔径的增大,甲烷的扩散系数越大。扩散系数与孔径呈现对数函数关系,与压力、CO_2浓度和温度呈指数函数关系。出现上述结果的主要原因是CH_4和CO_2的竞争吸附,以及甲烷分子和狭缝表面之间范德华力的不同造成的。