【摘 要】
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页岩的主要成分包含有无机矿物和有机质,为了使构建的页岩模型更加准确真实,本论文从最基本的干酪根模型入手,逐步提出甲基萘-石英页岩狭缝模型和干酪根-石英页岩狭缝模型,进而采用巨正则蒙特卡罗（GCMC）方法分析了甲烷分子与水分子,甲烷分子与不同气体分子（二氧化碳和氮气）在其中的竞争吸附特性,采用分子动力学方法（MD）研究了甲烷分子在不同模型中的扩散运移特性。在干酪根II-D页岩模型中,发现干酪根II-
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.51676208）；
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页岩的主要成分包含有无机矿物和有机质,为了使构建的页岩模型更加准确真实,本论文从最基本的干酪根模型入手,逐步提出甲基萘-石英页岩狭缝模型和干酪根-石英页岩狭缝模型,进而采用巨正则蒙特卡罗（GCMC）方法分析了甲烷分子与水分子,甲烷分子与不同气体分子（二氧化碳和氮气）在其中的竞争吸附特性,采用分子动力学方法（MD）研究了甲烷分子在不同模型中的扩散运移特性。在干酪根II-D页岩模型中,发现干酪根II-D模型中主要存在无效孔和可进入孔两类孔。水分子的逐渐增加明显降低了可进入孔隙的体积占比,并使得甲烷的吸附量逐渐减少。随着含水率的增加,甲烷的吸附量、等温吸附热和扩散系数呈线性下降。温度为338 K和水分含量为2.4 wt%可认为是一个相对经济高效的页岩气开发环境。此外,通过建立一个页岩孔道流动模型来研究甲烷分子的流动通量,研究表明保持孔外低压更有利于甲烷分子的迁移和流动,将有效提高了开采效果。在甲基萘-石英简化页岩狭缝模型中,研究表明随着孔的增大,气体的吸附状态由单一吸附层向四层吸附层转移。不同气体与页岩分子之间的相互作用力强度顺序为:二氧化碳>甲烷>氮气,这意味着二氧化碳驱气效果最好。研究表明二氧化碳和氮气驱替页岩气的最佳开发条件均为孔隙宽度30?和压力大于5 MPa。在干酪根-石英页岩狭缝模型中,所构建的干酪根III系模型与实验数据吻合。甲烷分子在三种干酪根狭缝模型中的吸附量大小顺序为:干酪根III-C>干酪根II-D>干酪根III-B。甲烷在三种干酪根狭缝模型中整体扩散系数的顺序为干酪根II-D>干酪根III-C>干酪根III-B。甲烷分子在不同区块的扩散系数排序为狭缝区>页岩表面区>页岩基质区。
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