《岩石納米孔隙中頁岩氣吸附和驅替的微力學機理研究》是依託中國科學技術大學，由吳恆安擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：岩石納米孔隙中頁岩氣吸附和驅替的微力學機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳恆安
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
隨著石油儲量的減少和環境問題的嚴重，非常規油氣資源日益受到關注和重視，而頁岩氣以其分布範圍廣、資源量大、穩產周期長等特點，成為當前油氣勘探開發的熱點。頁岩氣具有多樣的儲集方式（如吸附、游離等）和多尺度的滲流方式（解吸附、擴散、非達西滲流、達西滲流等）。頁岩氣開採涉及到多尺度多學科交叉，其中岩石納米孔隙中頁岩氣的吸附和驅替微力學機理尚不明確。本項目針對頁岩氣吸附、解吸附、多組分競爭吸附、注氣驅替技術等問題，建立分子動力學模型並進行大規模並行數值模擬研究。主要目標是從分子尺度探究氣體吸附於納米孔隙固體表面的微力學機理，解釋頁岩氣在納米孔隙中的吸附/解吸附滯回現象，研究不同氣體競爭吸附的微力學機理。本項目進一步研究驅替介質對吸附頁岩氣進行驅替的力學行為和參數影響規律。該項研究既是微納米力學學科前沿，也對準確預測產能和高效開採頁岩氣具有重要的套用價值。
結題摘要
隨著石油儲量的減少和環境問題的嚴重，非常規油氣資源日益受到關注和重視，而頁岩氣以其分布範圍廣、資源量大、穩產周期長等特點，成為當前油氣勘探開發的熱點，並逐漸成為重要的戰略資源和能源需求的重要組成部分。頁岩氣主要以吸附和游離態貯存於頁岩的納米孔道中，開採過程中，吸附氣體解吸附成為自由氣體並從納米孔流向多種尺度的裂縫孔道而最終匯聚在井筒。這一過程涉及到頁岩氣在多種尺度下的輸運問題，因此正確的理解頁岩氣多尺度輸運行為和機理對頁岩氣勘探開發具有十分重要的意義。採用自下而上的研究策略，我們首先探討了頁岩氣在納米孔道中的輸運特性，詳細研究了頁岩氣在納米孔道中的吸附/解吸附、注氣驅替、流動等一系列與輸運相關的力學問題及其內在機理。為了進一步闡明頁岩氣在多尺度孔道中的輸運行為，我們採用跨尺度的格子玻爾茲曼方法，並耦合分子動力學在納尺度的模擬結果，給出了頁岩氣在多尺度下的輸運機制，並且研究了變截面納米通道對頁岩氣輸運特性的影響。此外，基於擴展有限元方法，建立人工裂縫與粘結型和摩擦型天然裂縫交叉的數值計算模型，實現了對頁岩氣藏水力壓裂縫網形態的模擬，並在數值模型中首次引入凝聚法，大大提高了模型的求解效率，有望為大規模工程套用奠定良好理論基礎。本項目在執行過程中，進展順利，超額完成計畫任務書中所規定的研究內容並圓滿達到預期目標，本項目總計發表致謝National Science Foundation of China (11472263)的SCI論文38篇。共培養碩士生2名，博士生9名。並且項目負責人獲得2015年度國家傑出青年科學基金支持。
