用分子动力学模拟方法研究与干酪根孔隙度有关的页岩气运移性质

• 作者: Ioannis G.Economou Konstantinos D.Papavasileiou Loukas D.Peristeras ManolisVasileiadis 孔祥文
• 来源期刊: 石油科技动态
• 年，卷（期）: 2018,（12）
• 页码范围: 8-20
• 页数: 13页
• 语种: 中文

摘要

干酪根是一种微孔的无定形固体,它是分散在生烃潜力巨大的页岩层中的有机物质的主要组成部分.深入了解干酪根的孔隙特征对页岩中赋存气体运移特性的影响,对开采过程的优化设计具有重要意义.在本次研究中,我们采用分子模拟技术,研究了孔隙度对页岩气吸附和运移特性的作用.样品主要来自目前正在产气的许多页岩中的过成熟Ⅱ型干酪根.为了反映真实地质系统中存在的跨度较大的孔隙特性,我们使用了60个不同的干酪根结构,它们表现出一组不同的空间属性.为了对甲烷、乙烷、正丁烷和二氧化碳的吸附进行研究,我们采用了巨正则蒙特卡罗模拟,并在298.15K、398.15 K温度及各种压力下进行了模拟研究.吸附量与干酪根的孔隙度呈线性相关.此外,在相同条件下,我们研究了甲烷、乙烷、二氧化碳和氮气的四元混合物的吸附特征,表明在较高的温度和压力值下,一种类似于页岩气的成分是可以实现的.这种环境条件与绝大多数页岩气田的条件更接近.我们分别在298.15K和398.15 K温度,1和250 atm压力条件下,使用平衡分子动力学模拟研究了甲烷、乙烷和二氧化碳作为四元混合物的纯组分和混合组分的扩散作用.除了温度和压力的影响之外,通过定性关系揭示了极限孔直径(LPD)、最大孔直径(MPD)、可到达体积(Vacc)和可到达表面积(Sacc)这四个参数对观察到的吸附量和扩散系数的重要性.我们发现模型的扩散是各向异性的,扩散系数的最大分量与LPD线性相关,这表明运移过程的控制步骤是对极限孔隙区域的交叉.最后,将纯化合物的运移特性与混合物的运移性质进行了比较,结果表明,混合物中每一种化合物的扩散系数与在纯化合物条件下的相应扩散系数相似.这一观察结果与早期对不同干酪根模型的研究一致,这些模型包括更宽的孔隙范围,这些孔隙揭示了可忽略的交叉相关Onsager系数.