随着近年来能源需求的日益增大和常规油气资源的逐渐枯竭,页岩气作为一种储量巨大的替代能源引起广泛关注。页岩储层低渗透率、低孔隙度的特点使得常规开采手段增产效率有限。scCO₂由于粘度低、扩散能力强,能够扩散渗透到页岩储层中,提高原油采收率;另一方面scCO₂压裂由于其破岩效率高、储层伤害小、易反排等特点,成为了一种性能优异的储层改造手段。因此,scCO₂在页岩油气开发领域具有巨大的应用前景。然而,scCO₂在页岩纳米孔隙中的吸附运移的微观机理并不清晰,亟待深入研究。本文采用分子动力学模拟方法,研究scCO₂在页岩纳米孔隙中吸附运移行为以及CO₂分子在壁面的吸附对其运移的影响机制,进而揭示scCO₂在页岩纳米孔隙中吸附运移的微观机理,为scCO₂在页岩油气开发领域的应用提供理论支持。页岩纳米孔隙中,scCO₂流体的吸附运移规律研究表明:吸附行为通过影响渗透率的变化、粘度的变化以及滑移长度的变化,进而使得scCO₂在页岩纳米孔隙中的运移行为不再符合经典的Darcy’s定律和Poiseuille定律。随着压力梯度的增大,CO₂分子在壁面的吸附减弱,整体的扩散能力提高,预示着有效渗透率的提高和粘度的降低。随着压力梯度的增大,滑移现象的剧烈程度呈非单调增加,最终导致了scCO₂流量随压力梯度的增大呈非线性变化。传统的Darcy’s定律不再适用于scCO₂在页岩纳米孔隙中的运移。随着缝宽的增加,整体的扩散能力提高,预示着粘度的降低;吸附密度和强度降低,导致有效渗透率在孔道体积增加的基础上进一步增加。随着缝宽的增加,滑移长度先增大后减小,最终导致了scCO₂流量随缝宽的增大呈四次多项式函数关系,有别于经典的Poiseuille定律,预示着Poiseuille定律不再适用于预测scCO₂在页岩纳米孔隙中的运移。页岩纳米孔隙中,scCO₂流体在的吸附运移机理研究表明:scCO₂在页岩纳米孔隙的流动过程中,必须要考虑滑移现象以及表面扩散对其运移行为的影响。由于CO₂分子与壁面间的吸附作用,在较小的压力梯度下,滑移现象不发生。只有当压力梯度增大到一定程度时,滑移现象才发生。主要是因为scCO₂在壁面处存在着一个临界剪切力,只有当壁面处的剪切力大于临界剪切力时,滑移现象才会发生。另外,由于CO₂分子与壁面间的相互作用存在着与壁面羟基位置相对应的规则分布的吸附势阱,势阱之间的区域还存在着排斥势垒。单纯的热运动无法驱动CO₂分子的表面扩散。而且,CO₂分子在壁面的扩散存在着方向倾向性。CO₂分子的表面扩散随着外界驱动力的增加趋向于不同的方向。