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页岩气藏储层流体赋存机理与常规气藏有较大差异,纳米级孔隙是页岩气的主要赋存空间,吸附气是页岩气的主要赋存方式之一,因此深入研究页岩气的吸附行为,对页岩气的有效开发具有重要的现实意义。目前关于页岩气吸附机理的研究多基于室内物理实验开展,未满足储层实际高温高压条件,需要进一步探讨页岩气微观吸附机理。本论文采用分子模拟技术,从微观分子角度研究页岩气在储层纳米孔隙中的吸附行为,并考察经典吸附理论在此领域的适应性。基于页岩结构参数,从有机质、粘土矿物和粘土矿物-有机质复合角度分别构建纳米孔隙模型,所建模型物理性质符合实际,吸附特征与室内实验测试结果相互印证。以建立的页岩纳米孔隙模型为平台,在实际储层高温高压条件下,采用巨正则蒙特卡罗方法(GCMC)进行页岩甲烷等温吸附模拟,开展页岩甲烷吸附微观机理研究:(1)以模拟结果换算页岩甲烷吸附等温线,探讨页岩甲烷吸附等温线在储层高温高压条件下的特征。基于不同条件下页岩甲烷吸附结果,分析页岩甲烷吸附影响因素,明确储层温压条件、有机质组分及粘土矿物类型对吸附行为的影响。(2)计算甲烷分子与页岩纳米孔隙骨架间的径向分布函数,分析气体分子的优先吸附行为,发现原子电负性对吸附作用的重要意义。(3)分析甲烷在页岩各介质纳米孔隙模型中的密度分布特征,明确页岩甲烷微观吸附是单层吸附、多层吸附与微孔填充结合的多元过程。(4)基于分子动力学和热力学基础理论,从分子角度研究气体分子与纳米孔隙模型的吸附热、静电势能和范德华作用势能等特性参数的变化,揭示甲烷在页岩上的吸附本质。(5)根据页岩气吸附作用机理及特征,选择Freudlich模型、Langmuir模型、BET模型和D-R模型等经典理论,开展不同吸附理论模型对页岩甲烷等温吸附曲线的拟合评价,综合分析经典吸附理论在页岩气超临界吸附中的适应性。