我国页岩气资源丰富,页岩气如果能成功进行商业化开发可以极大地缓解我国能源压力,改变能源结构。已有研究表明,“吸附态”是页岩中天然气赋存的重要形式之一,为此国内外研究人员围绕页岩的吸附性能开展了大量研究,结果表明影响页岩吸附性能的因素有很多,其中有机质对页岩吸附性能的影响至关重要。为了全面地认识和分析页岩的吸附性能,国内外学者采用宏观物理吸附实验,以及分子动力学模拟的方式开展了一系列的基础研究,取得了大量的研究成果,推动了对页岩气藏的认识。但现有分子动力学模拟一般采用简化的石墨结构近似代替有机质结构,这种替代对页岩吸附性的认识到底会带来什么样的结果有待研究,本论文以自主提取的龙马溪组页岩干酪根样品为基础,以自主表征的干酪根的平均分子结构替代简化的石墨结构,采用分子动力学模拟的方法,对页岩中干酪根的吸附性能进行了较为系统的研究,主要取得了以下成果和认识:(1)低压氮气吸附实验研究表明龙马溪组下段页岩干酪根以小于5nm的微中孔为主,且含有大量微孔(<2nm)。(2)XRD显示龙马溪组下段页岩干酪根芳香烃含量最多;等温吸附实验表明干酪根可以吸附水,干酪根平均结构中应存在含氧官能团;FTIR实验指示干酪根中主要由氧原子结构、饱和烃和芳香烃构成;碳13固体核磁谱图说明干酪根是由脂肪族碳、芳香族碳和羰基碳三部分组成,且芳香碳是主要的骨架结构。显微组分测定和有机碳实验测试等验证了构建的龙马溪组下段页岩中干酪根的平均分子结构。(3)分子动力学模拟研究表明干酪根吸附甲烷时整个体系的能量都小于OkJ/mol,是一个放热过程,压力越大,放出的热量越多,温度越高,放出的热量越少;而且干酪根和甲烷发生吸附的作用力主要是范德华力,整个体系能量主要是非键合能中的范德华能。(4)干酪根中甲烷总气量随着压力的增加呈快速增加而后缓慢增加的趋势,绝对吸附量随压力增加而增加最后趋于平缓,而超额吸附量随压力先上升后下降,说明甲烷超额吸附量存在一个最大超额吸附量,其对应压力为最大压力。压力一定,温度越高,甲烷的总气量、绝对吸附量和超额吸附量越小,说明低温有利于甲烷的吸附。在相同温度和压力下,含水量增加,甲烷的总气量,绝对吸附量和超额吸附量降低,说明水分子不利于干酪根分子对甲烷分子的吸附。二氧化碳和甲烷的竞争吸附也表明二氧化碳在干酪根中的吸附能力大于甲烷。甲烷的总气量随着孔径的增加而增大,但是超额吸附量却随着孔径的增加而降低,因为随着孔径的增加,孔壁对甲烷的吸附能力下降导致代表孔壁吸附相气量的超额吸附量降低。(5)径向分布曲线表明温度越高、孔径越小或含水量越大,吸附的甲烷密度越小,因此高温、含水不利于甲烷的吸附;不管是混合组分还是单组分,二氧化碳的吸附密度总是大于甲烷的吸附密度,因此相比甲烷,干酪根更易吸附二氧化碳。(6)综合对比研究发现,与狭缝结构模型、石墨结构模型的模拟结果相比,代表微孔结构盒子模型模拟结果更接近于实验数据,因此应尽量采用盒子模型代表干酪根进行干酪根吸附规律和吸附性能的研究,为工程应用提供一定的理论指导。