页岩纳米孔吸附气表面扩散机理和数学模型

• 作者: 吴克柳 李相方 陈掌星
• 来源期刊: 中国科学（技术科学）
• 关键词: 页岩气 吸附 解吸附 表面扩散 纳米孔
• 年，卷（期）: 2015,（5）
• 所属期刊栏目: 论文
• 页码范围: 525-540
• 页数: 16页
• 语种: 中文
• DOI: 10.1360/N092014-00263

摘要

页岩富含纳米孔,且吸附气占总气量可高达85％,因此页岩气表面扩散对气体传输具有重要的作用.页岩气藏压力高,页岩表面能量非均质性强,吸附气非等温解吸附等,均加剧了吸附气表面扩散模拟的复杂性.基于低压条件下推导的Hwang模型,考虑高压条件下吸附气覆盖度的影响,建立了页岩吸附气表面扩散模型.同时,该模型还考虑了页岩表面能量非均质性、等量吸附热和非等温解吸附对表面扩散的影响.研究表明:1)表面扩散系数随压力的增大而增大,随温度的升高而增大,随表面活化能的减小而增大,随气体分子量的减小而增大;2)黏性流动、努森扩散和表面扩散对气体传输的贡献是此消彼长的,主要受孔隙尺度和压力的控制;3)表面扩散在微孔(半径＜2 nm)中,对气体传输贡献大,可高达92.95％;在宏孔(半径＞50 nm)中,贡献低于4.39％,可忽略;在介孔(2＜半径＜50 nm)中,表面扩散的贡献介于微孔和宏孔之间.