微納孔隙間頁岩氣藏的相平衡與賦存特性研究

《微納孔隙間頁岩氣藏的相平衡與賦存特性研究》是依託中南大學，由曾志勇擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：微納孔隙間頁岩氣藏的相平衡與賦存特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：曾志勇
• 依託單位：中南大學

項目摘要

頁岩氣是一種儲量巨大的非常規油氣資源，其氣藏特性具有重要的研究價值。針對頁岩氣賦存特性缺乏系統研究的現狀，本項目提出從頁岩氣藏吸附態、游離態和溶解態分子間相平衡角度研究氣體的賦存狀態和富集規律。核心研究內容是微納孔隙中頁岩氣藏各相的熱力學狀態以及各相間的內在聯繫與平衡機理，結合SAFT和CPA狀態方程構建頁岩氣吸附態-游離態-溶解態分子的相平衡模型。進而根據相平衡的研究分析頁岩氣的賦存特性，並考察礦藏特性和溫度壓力條件對頁岩氣賦存狀態和富集規律的影響。關鍵科學問題是微納孔隙對吸附態分子熱力學性質的影響機理和計算模型。擬採用研究方案是通過從分子間作用力層面分析孔壁表面對分子吸附熱和化學勢的影響，根據統計熱力學和密度泛函理論構建化學勢計算模型。本項目研究有利於系統掌握微納孔隙中頁岩氣賦存特性和富集規律，為研究頁岩氣的成藏機理、產氣機制與開採技術提供有益的理論基礎。

結題摘要

頁岩氣是一種儲量巨大的非常規油氣資源，其氣藏特性具有重要的研究價值。本項目針對頁岩氣賦存特性缺乏系統研究的現狀，從頁岩氣藏吸附態、游離態和溶解態分子間相平衡角度研究氣體的賦存狀態和富集規律，重點研究微納孔隙中頁岩氣藏各相的熱力學狀態以及各相間的內在聯繫與平衡機理，分別選用PR方程、SAFT和CPA狀態方程，建立了汽相平衡模型。由於吸附相的熱力學性質受微納孔隙壁面的影響，本課題從分子間作用力層面分析孔壁表面對分子吸附熱和化學勢的影響，從Lennard-Jones(12/6)勢能模型導出圓柱體內分子所受壁面的影響而產生的外勢，進而基於吸附實驗數據，回歸分析吸附層厚度的變化規律，在以上基礎上，計算吸附相的熱力學參數，進而構建微納孔隙內頁岩氣的相平衡模型，特別研究了吸附相-游離氣相間的規律。利用該模型研究了礦藏特性和溫度壓力條件對頁岩氣賦存狀態和富集的影響規律。通過研究可得： 第一，根據密度泛函理論與圓柱體勢能模型，可知頁岩氣在微納孔隙中是一個密度不等的體系，離壁面越近（大於分子直徑），則頁岩氣密度越大，越靠近孔隙中心，頁岩氣密度越接近游離氣密度； 第二，吸附相厚度與孔隙半徑成正比，當孔隙半徑大於50nm後。吸附相厚度基本不隨孔隙尺寸變化而變化，在一般賦存條件下，5nm的孔隙半徑，吸附相厚度約為0.8nm。 第三，孔隙半徑越小，吸附相占的頁岩氣比例越大，壓力越低，吸附相分子占比越大，同時隨著壓力升高，頁岩氣會在微納孔隙內產生毛細凝聚； 第四，基於密度泛函理論與圓柱體勢能模型，可以構建吸附相的熱力學參數的計算模型，進而利用吸附相-游離氣的相平衡關係，研究頁岩氣的吸附規律，其關聯結果與實驗數據能較好的吻合。 此外，本課題還研究了頁岩表面粗糙度對頁岩氣吸附的影響等一系列科學問題。因此本課題研究了微納孔隙中頁岩氣賦存特性和富集規律，為研究頁岩氣的成藏機理、產氣機制與開採技術提供了有益的理論基礎。