含水量对干酪根中多组分气体吸附和扩散的影响:分子模拟研究

石钰; 杨晓娜; 李树刚; 严敏; 双海清; 薛俊华

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应用Materials Studio(MS)软件构建了3种不同含水量(水分子质量分数0%、3%、5%)的干酪根模型,基于巨正则蒙特卡洛(GCMC)和分子动力学(MD)方法对不同含水量干酪根模型中多组分气体(CH_(4)、CO_(2)和N_(2))竞争吸附、扩散规律以及吸附体系的总能量变化进行了研究。结果表明:随着干酪根中含水量的增加,纳米孔隙中水分子毛细凝聚效应增强,多组分气体在干酪根中的吸附量及扩散系数均降低。当吸附体系中吸附质分子数增加时,体系释放的能量逐渐增大而总能量减小,增加含水量会抑制体系总能量减小。升高温度会抑制多组分气体的吸附而促进多组分气体的扩散,反之增大压力能够促进多组分气体的吸附而抑制其扩散。由于气体吸附数量与分子动力学直径成反比,在竞争吸附中,CO_(2)的存在会大幅降低干酪根对CH_(4)和N_(2)的吸附。同温同压下,CH_(4)、CO_(2)和N_(2)在含水干酪根中的吸附量以及平均等量吸附热大小关系均为CO_(2)>CH_(4)>N_(2),而扩散系数大小关系为CO_(2)CH_(4)>N_(2)。研究从微观角度揭示了多相(气相和液相)、多组分气体(CH_(4)、CO_(2)和N_(2))在页岩干酪根中的竞争吸附和扩散特性,其结论可为页岩气的高效开采提供一定的理论依据。

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来源
《西安石油大学学报：自然科学版》 |2021年第4期|50-57|共9页
作者
石钰; 杨晓娜; 李树刚; 严敏; 双海清; 薛俊华;
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作者单位

西安科技大学安全科学与工程学院;

陕西西安710054;

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原文格式 PDF
正文语种 chi
中图分类模拟理论与计算机技术在开发中的应用;吸附;
关键词
多组分气体; 含水量; 干酪根; 吸附; 扩散; 分子模拟;

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