深层页岩伊利石中甲烷吸附特征分子模拟

摘要

采用分子模拟方法在深层页岩气储层条件下探究伊利石纳米孔隙中甲烷的吸附行为。首先,基于巨正则蒙特卡洛和分子动力学耦合方法,构建一套甲烷化学势图版,并建立甲烷化学势预测模型;其次,基于伊利石纳米孔隙模型,结合甲烷化学势,开展甲烷在高温高压条件下的吸附模拟,分析甲烷在不同温度和孔径下的吸附曲线特征;最后,研究伊利石纳米孔隙中甲烷微观吸附特征,并分析压力、温度和孔径对甲烷吸附的影响规律。研究结果表明:在深层页岩气储层条件下,纳米孔隙内总气体量未达饱和,相比中深层储层,深层页岩储层中过剩吸附气含量更低,游离气含量更高,过剩吸附气含量受温度影响不明显;在小孔径范围及高压条件下,孔径对甲烷过剩吸附的影响更为明显;甲烷在孔径为1 nm的孔隙中仅存在1个吸附层,在孔径为2 nm孔隙的每个壁面均存在双层吸附,在孔径为4 nm及更大孔径的孔隙中,甲烷在每个壁面单层吸附,吸附相和游离相之间存在过渡区;过渡区的形成主要包括3个原因,即孔壁对过渡区甲烷分子的吸引力、吸附层分子与过渡区甲烷分子之间的排斥力以及吸附层分子的不规则排列。