甲烷在蒙脱石狭缝孔中吸附行为的分子模拟

【摘要】：利用蒙特卡罗方法研究甲烷在蒙脱石中的吸附行为,构建了蒙脱石狭缝孔模型,讨论了不同孔径、温度、含水量和组成对甲烷在蒙脱石中吸附行为的影响,揭示了甲烷在蒙脱石中微观吸附机理。研究结果表明:甲烷平均等量吸附热随着孔径增大而下降,且小于42kJ/mol,说明甲烷在蒙脱石中吸附属于物理吸附;随着压力增大或孔径减小,甲烷在孔中吸附逐渐由能量较高吸附位向能量较低吸附位转移,造成甲烷吸附量增加;蒙脱石微孔中,甲烷吸附量随着孔径增大而增大,而中孔中,随着孔径增大而减小;甲烷分子在蒙脱石孔中吸附气量所占比例随着压力增大或孔径增大而呈下降趋势,当孔径大于6nm时,蒙脱石孔中以游离气为主;随着温度升高,甲烷等量吸附热减小,甲烷在孔中的吸附逐渐由能量较低吸附位向能量较高吸附位转移,造成蒙脱石对甲烷吸附能力降低;水分子在蒙脱石孔中受到范德华力和静电能共同作用使其以定向方式堆积在孔壁表面,且水分子占据了甲烷分子吸附位和吸附空间,造成蒙脱石对甲烷吸附能力降低;多元组成竞争吸附中,蒙脱石对气体吸附能力大小的顺序为二氧化碳、甲烷、氮气;氮气或二氧化碳的增加,会造成甲烷在气相中摩尔分数降低、甲烷吸附位的变化以及甲烷吸附空间减小,三者的综合作用导致了蒙脱石对甲烷吸附能力降低。 【作者单位】： 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室;
【关键词】： 蒙脱石 甲烷 蒙特卡罗 吸附机理 吸附行为
【基金】：国家自然科学基金联合基金重点项目(No.U1262209)和国家自然科学基金青年科学基金项目(No.41602155)资助
【分类号】：TE31
【正文快照】： 页岩气的赋存形式主要包括游离态、吸附态和溶解态等[1],其中游离气主要保存在页岩储层中微裂缝和有机质或矿物颗粒间大孔中,而吸附气主要保存在页岩的矿物颗粒和有机质表面。Curtis[2]研究美国页岩气藏储层特征,总结了页岩气藏吸附气含量变化,认为吸附气所占比例为20%~85%,在

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