【摘要】：頁(yè)巖氣資源潛力巨大,甲烷是頁(yè)巖氣最主要的組分。頁(yè)巖氣主要以吸附態(tài)和游離態(tài)賦存,對(duì)甲烷吸附能力及其影響因素的研究具有重要的勘探開(kāi)發(fā)意義。為了對(duì)超臨界態(tài)甲烷在頁(yè)巖納米孔隙中的吸附分布特點(diǎn)進(jìn)行定量評(píng)價(jià),本論文以修武盆地王音鋪組—觀音堂組頁(yè)巖為例,結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)及蒙特卡洛等方法,建立了包含相對(duì)凝聚度(過(guò)量吸附量占比和真實(shí)凝聚峰值)、擴(kuò)散系數(shù)、飽和吸附量以及等量吸附熱四項(xiàng)評(píng)價(jià)參數(shù)的分子模擬評(píng)價(jià)模型。構(gòu)建符合地下地質(zhì)條件的6nm圓柱形孔隙全原子模型,基于Polanyi吸附勢(shì)理論對(duì)不同基質(zhì)、埋深和含水飽和度下甲烷分子在頁(yè)巖納米孔隙中的分布特征和吸附機(jī)理進(jìn)行了探索并模擬得到了吸附氣賦存的臨界孔徑。修武盆地王音鋪組—觀音堂組頁(yè)巖的礦物組分以石英和黏土礦物為主,有機(jī)碳豐度平均達(dá)7.45%,類(lèi)型以Ⅰ型干酪根為主,平均孔隙度1.17%,平均孔徑5.92nm,平均飽和吸附量為2.38g/cm~3。甲烷分子在不同頁(yè)巖基質(zhì)中的吸附能力有顯著差異:Ⅰ型干酪根蒙脫石綠泥石伊利石石英。Ⅰ型干酪根為高密度厚層吸附(7.75?);各黏土礦物由于分子間斥力均為多層低密度窄層吸附(4.22~4.92?),吸附能力與壁面氧原子比重成正比,與單層吸附厚度成反比;石英不存在明顯的吸附勢(shì)。隨著埋深增加吸附作用受到抑制,當(dāng)深度在3000~3500m左右時(shí),各類(lèi)礦物均存在吸附能力的局部范圍低值。含水飽和度對(duì)甲烷分子在頁(yè)巖中的吸附能力有顯著影響:在相同含氣性條件下,低含水飽和度時(shí)水分子由于氫鍵和分子極性?xún)?yōu)先被孔壁吸附;高含水飽和度時(shí)由于過(guò)高的分子密度孔壁的吸附作用減弱。在高含氣量條件下頁(yè)巖圓柱孔隙存在臨界孔徑,孔徑較大時(shí)存在吸附層,孔徑較小時(shí)孔壁吸附勢(shì)被對(duì)側(cè)孔壁抵消,甲烷分子克服剩余吸附勢(shì)從而全部以游離態(tài)賦存,Ⅰ型干酪根的臨界孔徑為2.0nm,蒙脫石為2.0nm,綠泥石為1.0nm,伊利石為5.0nm。
【圖文】：

- 6 -圖 1.1 技術(shù)路線(xiàn)圖Fig. 1.1 Technology roadmap首先，調(diào)研國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，收集整理資料。分析前人對(duì)頁(yè)巖氣在頁(yè)巖儲(chǔ)層中的含氣性控制因素和吸附控制機(jī)理的研究結(jié)論，掌握根據(jù)基于分子模擬的相關(guān)評(píng)價(jià)技術(shù)，，確定孔隙幾何參數(shù)、系綜以及力場(chǎng)等模擬相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。其次，對(duì)修武盆地研究區(qū)進(jìn)行盆地模擬，恢復(fù)王音鋪組—觀音堂組頁(yè)巖處于不同埋藏深度時(shí)的地層溫度和地層壓力。通過(guò)分析測(cè)試確定頁(yè)巖納米孔隙建模所需要的確定的礦物組成、有機(jī)質(zhì)類(lèi)型和含量、孔隙物性、孔隙結(jié)構(gòu)特征以及含氣性條

毗鄰?fù)ㄉ健鸩薨櫅_斷帶并以江南斷裂為界，中夾大椿—武寧向斜和羅洞向斜，如圖2.1 所示：圖 2.1 修武盆地頁(yè)巖氣區(qū)塊范圍示意圖Fig. 2.1 Sketch map of the shale gas area in Xiuwu basin研究區(qū)目的層為下寒武統(tǒng)王音鋪組—觀音堂組黑色頁(yè)巖。其中王音鋪組泥頁(yè)巖厚度為 100~200m，觀音堂組泥頁(yè)巖厚度為 150~400m[48]，平面上呈西北薄 東南厚的特點(diǎn)。2.1 構(gòu)造演化特征燕山—喜馬拉雅期構(gòu)造活動(dòng)改變了修武盆地頁(yè)巖氣的保存條件，使之從深埋狀態(tài)迅速抬升[47]。修武盆地從晚侏羅紀(jì)末開(kāi)始抬升，一直持續(xù)到現(xiàn)今，抬升時(shí)間在145Ma 左右，相較其他海相盆地抬升時(shí)間較早。前人[49]通過(guò)包裹體測(cè)溫法計(jì)算得出的江頁(yè) 1 井中王音鋪組—觀音堂組的剝蝕厚度為 4142.75m，并用 1D-move 恢復(fù)江頁(yè) 1 井的埋藏史，得到江頁(yè) 1 井的熱演化史如圖 2.2：
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：P618.13

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本文編號(hào)：2710105