本文關(guān)鍵詞：C7頁(yè)巖氣藏吸附擴(kuò)散微觀機(jī)理研究

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【摘要】：頁(yè)巖氣作為一種重要的非常規(guī)能源,在石油天然氣勘探開發(fā)以及國(guó)家能源戰(zhàn)略儲(chǔ)備中占有重要的地位。吸附、擴(kuò)散是影響頁(yè)巖氣賦存、運(yùn)移的重要因素。有必要從不同尺度系統(tǒng)研究頁(yè)巖氣吸附、擴(kuò)散的宏觀規(guī)律及微觀機(jī)理。論文采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算相結(jié)合的研究手段,從宏觀、微觀兩種角度對(duì)以上問題開展深入研究:采用實(shí)際儲(chǔ)層巖心,測(cè)試了甲烷氣體在頁(yè)巖中的擴(kuò)散系數(shù),分析了壓力、含水飽和度及滲透率對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響;系統(tǒng)評(píng)價(jià)了現(xiàn)有多組分氣體吸附模型,推薦適合于頁(yè)巖氣藏計(jì)算模型;采用分子模擬的研究方法,從微納米尺度上探索研究了頁(yè)巖氣在粘土礦物(蒙脫石)和有機(jī)質(zhì)(干酪根)中的吸附、擴(kuò)散機(jī)理。此次研究受國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51204141)資助,通過(guò)系統(tǒng)研究,得到如下重要結(jié)論及認(rèn)識(shí)。(1)壓力對(duì)擴(kuò)散系數(shù)具有明顯的抑制作用。擴(kuò)散系數(shù)隨著壓力的增加逐漸減小、隨著巖心滲透率的增加;巖心中的水分占據(jù)了頁(yè)巖的孔隙空間,阻礙了氣體運(yùn)移的通道,擴(kuò)散系數(shù)隨水分的增加呈線性遞減的趨勢(shì)。(2)Langmuir吸附模型、Freundlich-Langmuir吸附模型和Toth吸附模型適用于描述頁(yè)巖氣藏單組分的吸附規(guī)律;校正的Langmuir吸附模型、擴(kuò)展的Langmuir吸附模型和LRC吸附模型可較好的應(yīng)用于二元混合氣體的吸附規(guī)律;擴(kuò)展的Langmuir吸附模型和LRC吸附模型描述三元混合氣體吸附規(guī)律效果最好。(3)微觀吸附規(guī)律:氣體吸附量隨著壓力、孔徑的增加而增加;等量吸附熱隨著壓力的增加先減小后增大;隨著孔徑的增大,氣體在粘土礦物孔隙呈現(xiàn)多層吸附,每個(gè)吸附層的厚度相等并近似等于吸附氣體的分子動(dòng)力學(xué)直徑。進(jìn)一步考慮了水分對(duì)氣體吸附的影響。流體的吸附能力大小依次為:水二氧化碳甲烷氮?dú)狻?4)微觀擴(kuò)散規(guī)律:氣體擴(kuò)散系數(shù)隨著壓力的增加而逐漸減小,壓力較小時(shí),其減小幅度相對(duì)較大;鑒于有機(jī)質(zhì)孔隙的各向異性,氣體的擴(kuò)散系數(shù)在不同方向不盡相同,水平方向(x,y方向)氣體的擴(kuò)散系數(shù)明顯大于垂直方向(z方向);說(shuō)明水平方向是氣體在有機(jī)質(zhì)中擴(kuò)散的主要方向。流體的擴(kuò)散能力大小依次為:甲烷二氧化碳氮?dú)狻?5)對(duì)比分析流體分子與有機(jī)質(zhì)的原子之間的徑向分布函數(shù)。二氧化碳與干酪根中S、O、N原子的相互作用較甲烷和氮?dú)庖?通過(guò)研究混合氣體的滲透選擇性:混合氣體中二氧化碳的摩爾比例越高,混合氣體的吸附選擇性逐漸增加,而擴(kuò)散選擇性無(wú)明顯的變化,說(shuō)明混合氣體滲透性大小主要受到吸附的影響,而不受擴(kuò)散的影響。
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE31

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