地質(zhì)條件下頁巖模型的建立與CO2對頁巖氣的驅(qū)替封存研究.pdf

1、隨著世界能源需求的日益增長，以及新型清潔能源的匱乏，頁巖氣作為一種較為清潔的化石能源在世界能源格局中的地位顯得尤為重要。尤其是美國和加拿大的商業(yè)化開發(fā)，使得頁巖氣成為世界各國關(guān)注的熱點(diǎn)。此外，化石能源的使用會產(chǎn)生大量二氧化碳，它是全球溫室效應(yīng)的主要貢獻(xiàn)者。而CO2驅(qū)替頁巖氣的技術(shù)，不僅可以提高頁巖氣的采收率，還可以實(shí)現(xiàn)CO2的永久封存。針對這兩個(gè)熱點(diǎn)問題，本文建立了頁巖模型并探討了吸附擴(kuò)散機(jī)理，同時(shí)模擬了CO2對頁巖氣的驅(qū)替封存。

2、>　　地質(zhì)深度條件下，深入理解頁巖氣的吸附擴(kuò)散機(jī)理對頁巖氣藏的評估和高效開采至關(guān)重要。在第一個(gè)工作中，我們首先建立了頁巖模型，然后使用μVT系綜的Monte Carlo模擬和NVT系綜的分子動(dòng)力學(xué)模擬，研究了地質(zhì)深度下頁巖氣（主要成分甲烷）的吸附擴(kuò)散行為，探討的深度范圍為1～6km。結(jié)果表明，頁巖氣的吸附量隨著深度只有微小的增加;有趣的是擴(kuò)散系數(shù)隨著壓力的升高先增大后減小，在5km的深度達(dá)到最大值。綜合考慮頁巖氣吸附和擴(kuò)散的模擬結(jié)果，以

3、及頁巖氣的開采成本，我們建議最優(yōu)的開采深度為3～5km。特別地，當(dāng)孔徑增大到100(A)時(shí)，頁巖氣的擴(kuò)散系數(shù)激增到原來的80倍，這對頁巖氣增產(chǎn)措施的探討有重要的指導(dǎo)意義。
　　在第二個(gè)工作中，我們研究了頁巖孔隙的表面官能團(tuán)對CO2，CH4和CO2/CH4吸附的影響。首先建立了帶有不同表面官能團(tuán)的層柱孔模型;然后對構(gòu)型進(jìn)行量化計(jì)算，得到最終的穩(wěn)定幾何構(gòu)型，同時(shí)對構(gòu)型進(jìn)行Bader電荷分析，這樣就得到了后面模擬計(jì)算需要的頁巖模型。通過

4、Monte Carlo模擬，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Spacing為13.9(A)，溫度為373K時(shí)，甲烷在我們建立的模型中的吸附等溫線與實(shí)驗(yàn)值吻合的很好，這就驗(yàn)證了所建立模型的正確性和合理性。緊接著，我們用此模型模擬了不同溫度和壓力下CH4和CO2的吸附等溫線。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，表面官能團(tuán)（羰基、羧基、環(huán)氧基、羥基和氮基）的存在會抑制CH4的吸附，促進(jìn)CO2的吸附。同時(shí)官能團(tuán)的存在會極大地促進(jìn)CO2/CH4的選擇性系數(shù)，并且Epoxy的作用最為明顯。與完美的層