页岩储层压裂液返排过程中气水扩散规律模拟

摘要

为了研究压裂液返排过程中甲烷和水的扩散规律和降压扩散时的临界脱附压力,运用Materials Studio软件结合分子力学、蒙特卡洛和分子动力学方法模拟甲烷和水在伊利石、高岭石、蒙脱石和石英中的混相降压扩散。结果表明:1)甲烷在4种矿物中自扩散系数的大小排序为石英>伊利石>蒙脱石>高岭石;水在4种矿物中自扩散系数的大小排序为高岭石>伊利石>蒙脱石>石英;且除高岭石外其他3种矿物在相同条件下甲烷的自扩散系数均大于水的自扩散系数。2)4种矿物在1 nm和2 nm孔径中水的临界脱附压力为50 MPa,在5 nm和10 nm孔径中水的临界脱附压力为45 MPa。3)随着降压扩散的进行,伊利石和蒙脱石中甲烷从集中在孔径中央到均匀地分布在孔径中,水分子集中在孔径的上下表面,高岭石中的甲烷和水分子从孔径的表面向孔径中央聚集,石英中的甲烷和水分子集中分布在孔径中央。4)水分子随着扩散的分布更加集中,甲烷分子则不变;甲烷的最小分子间距为0.325 nm,分子之间的距离大多为0.375 nm;水的最小分子间距为0.225 nm,分子之间的距离大多为0.275 nm。该研究结果丰富了页岩气开发理论,对页岩气藏的勘探开发有着重要意义。