页岩气吸附—解吸特性及其影响因素的量子化学研究

摘要

本文从影响页岩气开发效果的主要因素入手,进行页岩气吸附/解吸特性的理论和实验研究.依据所提出的两类页岩表面原子簇模型——脆性矿物石英模型和生烃源干酪根模型,利用量子化学从头计算法(HF-3-21G)对页岩不同成分甲烷、二氧化碳、水和氮气的吸附能力变化进行研究.结果表明,4种吸附质在石英模型表面的吸附能力较干酪根模型表面强,且甲烷在页岩表面为单分子层物理吸附,为页岩气吸附机理.由此可以推测,甲烷及二氧化碳由烃源岩分解出来,以物理吸附形式吸附在干酪根表面,当压裂等体积改造手段实施后,储层压力下降且气体流动通道打开,由于吸附势阱的差异和其他气体驱动,吸附在干酪根上的气体有向页岩脆性矿物表面运移的趋势和可能,为页岩气解吸机理.