页岩气在孔隙表面的赋存状态及其微观作用机理

吸附态是页岩气的主要赋存状态之一，对吸附气含量的准确评价是页岩气勘探开发中的重要环节.在页岩吸附气含量评价过程中，所选用的等温吸附模型是否遵循页岩气的赋存状态及其微观作用机理，是决定模型适用性的关键所在，也是决定吸附气含量评价准确性的重要因素.因此，需要对页岩气在孔隙表面的赋存状态及其微观作用机理开展深入研究，为科学地优选或建立吸附气评价模型提供理论依据.利用巨正则蒙特卡洛（Grand Canonical Monte Carlo，简称GCMC）法分别模拟甲烷在有机质和伊利石孔隙中的吸附特征并得到分子构型，并进行分子动力学（MD）模拟使体系达到充分平衡.在此基础上，根据气体浓度分布、密度场分布以及分子间相互作用等特征阐明页岩气在孔隙表面的赋存状态及其微观作用机理.研究表明，页岩气在孔隙表面的吸附作用并非单层吸附，吸附相可划分为强吸附层、弱吸附层和二者之间的吸附层波谷.强吸附层主要受到矿物表面的吸附作用；吸附层波谷与弱吸附层既受到矿物表面的吸附作用，又受到不同吸附层之间的吸附作用.Langmiur模型与BET模型的假设条件与此机理不严格相符，可能对模型评价精度造成一定影响.对页岩气在孔隙表面赋存状态及其微观作用机理的研究，有望为吸附模型的优选或建立提供理论依据.      

适用于中深层-深层页岩气的高压吸附模型

我国目前开发的中深层-深层页岩气藏储层压力高.低压下的吸附实验和理论难以满足勘探开发的需要.针对这一问题,对Uniform Langmuir模型进行了修正,发展了一个适用于中深层-深层页岩气的高压吸附模型,即修正的Uniform Langmuir（Unilan）模型.然后,利用文献发表的高压吸附实验数据对修正的Unilan模型进行了验证,并与其他高压吸附模型进行了对比,发现:相对于其他高压吸附模型,修正的Unilan模型具有拟合参数少和精度高的优点.最后,基于拟合得到的Unilan模型参数,结合页岩样品矿物组成,开展了模型参数分析,发现:有机质和黏土矿物对页岩气吸附均有贡献;吸附达到饱和时的吸附相体积大于微孔体积且小于总孔体积;吸附熵变主要与吸附态甲烷分子-页岩的相互作用强度有关.      

基于Ono-Kondo格子模型的页岩气超临界吸附机理探讨

页岩气吸附机理的研究对于页岩气成藏和储量评价具有重要意义.甲烷在地层温度和压力条件下处于超临界状态,页岩气的吸附实际上为超临界吸附,但其机理目前尚不明确.在建立Ono-Kondo格子模型的基础上,结合低温氮气吸附和高压甲烷等温吸附实验,对龙马溪组页岩的微观孔隙结构和超临界吸附曲线进行了分析.结果表明,页岩中发育的孔隙尺度较小,比表面积较大,吸附气主要赋存于微孔和中孔中;页岩的等温吸附曲线在压力较大时,必然存在下降的趋势,这并非异常现象,而是超临界甲烷过剩吸附量的本质特征.Ono-Kondo格子模型对页岩高压等温吸附曲线的拟合效果很好,相关系数均在0.99以上,说明该模型可以表征页岩纳米孔隙中超临界甲烷的吸附特征.基于拟合得到的吸附相密度可将过剩吸附量转换为绝对吸附量,并直接计算地层温度和压力下甲烷的吸附分子层数,计算层数均小于1,表明甲烷分子并没有铺满整个孔隙壁面.因此受流体性质、吸附剂吸附能力和孔隙结构3个方面的影响,页岩气的吸附机理为单层吸附,不可能为双层甚至多层吸附.      

CTMA-蒙脱石吸附苯分子的分子动力学模拟研究

有机粘土对疏水性有机污染物吸附性能良好,在环境有机污染控制中有广阔的应用前景。明确有机污染物在有机粘土上吸附的微观结构特征是探明其吸附机理,提高其污染控制效率的关键。论文以十六烷基三甲基铵阳离子改性蒙脱石(CTMA-Mont)为有机粘土代表,采用分子动力学模拟技术,模拟研究了水环境条件下CTMA-蒙脱石对典型疏水性有机污染物苯的吸附特征,得到了CTMA-Mont层间域内原子尺度微观结构。研究发现苯分子主要吸附在CTMA烷基链聚集体内,而蒙脱石硅氧烷表面由于受到烷基链的竞争而对苯分子的吸附能力较弱。随着CTMA负载量的增加,层间域内烷基链聚集体的体积增大,因而能为苯分子提供更多的吸附位点,CTMA-Mont吸附性能相应增强。     

地球物理技术在页岩气勘探开发中的应用和前景

我国页岩气勘探开发技术还处于探索阶段,对页岩气的研究主要集中在页岩气的成藏模式、地质特征等方面。针对地球物理技术在页岩气勘探和开发中所能发挥的作用及页岩气勘探和开发对地球物理方法提出的新要求,简述了我国页岩气资源分布及美国页岩气的勘探开发情况;从页岩气资源评价参数出发,系统地阐述了地球物理方法在页岩气勘探和开发中能解决的一些问题;提出了针对页岩气的地球物理方法的发展建议。     

分子动力学模拟研究蒙脱石吸附苯分子

粘土矿物是土壤、底泥沉积物和大气颗粒的重要矿物组成部分,粘土矿物对环境污染物的吸附作用是影响其迁移转化、生物可利用性等地球化学过程的重要因素,因此有必要探明粘土矿物对环境污染物的吸附特征。由于粘土矿物的吸附     

页岩储层吸附机理及其影响因素研究现状

页岩气是以游离、吸附和溶解状态赋存于暗色泥页岩中的天然气,其吸附态是页岩气的主要赋存状态之一。据统计北美页岩吸附气含量可能至少占页岩气总量的40%,页岩吸附气含量是预测页岩储层产能的关键参数之一。页岩气吸附机理和影响因素的论述,得出：目前对页岩热成熟度、矿物成分和深度等因素研究相对薄弱。国内大多研究还停留在地质资料的宏观对比上,对于页岩气吸附的微观机理研究也还相对薄弱,通过对应加强研究并建立适合我国页岩气地质储量的评估标准,指导页岩气勘探开发。     

页岩气封存顶板变形破裂的机理与数值模拟

由于页岩气赋存机理的特殊性,页岩气成藏受保存条件及顶板类型的影响。封存顶板岩层对页岩气封盖影响极大。本文对页岩气藏封存顶板的破裂机理进行理论分析,并建立模型对顶板进行数值模拟。顶板岩层破裂与注水压力、岩石抗拉强度、地应力有关。封存顶板的破裂机理为压裂初始阶段,储层膨胀变形,封存顶板受压产生剪切裂纹,压裂液进入顶板,当注水压力小于最小主应力时,岩层发生剪切破裂,注水压力达到最小主应力和地应力之和时,岩石发生剪切破裂和张性破裂,裂缝增加并扩展,形成网状体系。数值模拟结果显示,压裂注水会在储层产生水力破坏区域,注水压力升高,水力破坏区域扩大并相互叠加影响,使得水力破坏集中于中间注水口的上部,当顶板岩层内部出现水力破坏区域时,岩石会发生破裂产生裂缝。在储层压裂的整个过程中,开始1h内,裂缝在储层内发展,顶板保持稳定,空隙水压力和变形很小,顶板岩层底部有少量裂纹。压裂2h,顶板底部裂缝增多,岩石空隙水压力上升,且顶板发生变形,中间变形最为明显。压裂3h,裂缝从顶板底部延伸到上部,岩层内部裂缝快速发育,空隙水压力持续升高,变形加大。数值模拟的结果与破裂机理的分析结果相吻合。     

断层影响下的页岩气储层水力压裂模拟研究

断层对页岩气储层压裂改造有重要影响,甚至诱发深部地震事件和近地表环境问题.本文采用多物理场耦合方法,基于渗流和应力耦合理论,研究储层水力压裂过程中断层以及封闭顶板中水力破坏区域的产生与演化机理,并分析讨论流体沿高渗通道运移扩散机理,研究结果表明:(1)断层改变储层水力破坏区域形态并且扩展了水力压裂破坏空间.较高注水压力...     

Study on the Controlling Factors of Shale Gas Adsorption

<正>Shale gas refers to the natural gas storing in shale formation(mainly dark mudstone,carbon-rich mudstone,or containing thin sand),which is typical"in-situ"reservoir(Zhang,2003).Portion of shale gas store in intergranular pore and natural fractures as free state,others store on the surface of organic matter(kerogen)and minerals as adsorbed state(Ross and Bustin,2009);the     

页岩气等温解吸特性研究

页岩气以吸附态、游离态和溶解态存在于页岩储层中,其中吸附态为主要赋存状态,考察页岩气解吸特征对于我国页岩气勘探开发研究有着重要的理论指导意义。选取了位于南方海相页岩储区的四川和湖北荆门等地的页岩样品,对其常规地球化学性质进行了分析,结果表明页岩样品有机碳含量较高且发育较为成熟;采用MSB磁悬浮天平等温吸附仪进行等温解吸实验并对解吸速率和解吸效率进行计算,结果表明：30~10 MPa时页岩解吸量很低并且无明显变化;10~05 MPa时页岩解吸量迅速上升,该阶段为主要解吸段;吸附势理论可用于判断页岩气解吸情况和页岩样品解吸性能强弱,吸附势越大越不利于解吸     

页岩气藏储层特征及开发机理综述

页岩气藏属于含有大量吸附态天然气的致密性气藏,相比常规气藏有其独特之处,为了更有效地开发页岩气藏,在综述国内外大量研究成果基础上,介绍并分析了页岩气藏的储集特征、孔渗特征及吸附-解吸规律解,页岩气微观运移方式、流态判断以及对产能的影响;指出页岩气与煤层气的解吸、微观运移特征有很大差异,因此,今后建立适合页岩气解吸的吸附模型、分析页岩气的微观运移机理、特征及影响产能的主控因素等问题值得进一步研究。     

页岩气储层粘土矿物孔隙特征及其甲烷吸附作用

粘土矿物是页岩的主要组成矿物,与页岩气的赋存和富集密切相关。粘土矿物因其特殊的晶体结构,在晶层之间、矿物内部以及矿物颗粒之间形成了不同类型的孔隙,这些孔隙的大小、形貌和比表面积决定着粘土矿物的甲烷吸附能力。为此,本文综述了粘土矿物的孔隙结构以及孔隙中的水和有机质对甲烷吸附性的影响,指出不同类型的粘土矿物孔隙发育与形貌特征存在差异,蒙脱石中多发育圆形、狭缝状的微孔且总比表面积最大,导致蒙脱石在所有粘土矿物中的甲烷吸附量最大;伊利石与高岭石中多发育中孔与大孔,吸附甲烷的能力低于蒙脱石。粘土矿物孔隙中的水与有机质显著影响到甲烷的吸附能力,水分子会占据孔隙表面,降低了甲烷的吸附能力,但可溶有机质对粘土矿物甲烷吸附能力的具体影响目前尚不明了。同时,根据页岩气勘探需求指出了本方向某些有待深入探讨的问题。     

Adsorption Behavior and Mechanism of Environmental Pollutants on Graphene Oxide

Graphene oxide, as an emerging material for contaminants removal,possesses relatively large specific surface area, and it shows good dispersion in water phase due to the hydrophilicessence resulted from abundant oxygen-containing functional groups on the edge, thus leading to a potential excellent adsorbent. Current studies revealthat, because graphene oxide is negatively-charged in a wide range of pHs, the removal efficiency of heavy metals and cationic dyes by graphene oxide is significantly higher than by traditional adsorbents, like activated carbon. However, its applications are still limited due to its structural defects. For example, its π domain is destructed during fabrication process. Therefore, certain structural modifications need to be conducted on the purpose of improving its performance, achieving a better result in water purification. This paper presented the preparation and structure of graphene oxide, and reviewed the adsorption behaviors, adsorption mechanisms, adsorption models and influence factors of heavy metals and organic pollutants on graphene oxide and its composites, respectively. In view of unresolved issues, further research should focus on comprehensive adsorption mechanisms, more facile and effectivemethods for structural modifications and the treatment of graphene oxide after adsorption process.     

高压条件下CO2对页岩微观孔隙结构影响及其在页岩中的吸附特征

为了解高压条件下二氧化碳（CO₂）对页岩微观孔隙结构改造及吸附行为,以四川盆地焦页6井页岩为研究对象,通过低温N₂吸附和重量法等温吸附实验,研究了不同温压条件下CO₂处理前后的页岩微观结构特征及CO₂在页岩中的吸附行为.研究表明随处理温度升高,CO₂作用后的页岩比表面积呈下降趋势,平均孔径和孔体积呈上升趋势,微孔、中孔比例减少,宏孔比例增大.CO₂会改变页岩孔隙结构,改变程度与温度呈正相关关系.研究同时表明页岩对CO₂的过剩吸附量随压力增大而增加直至达到最大值,后随压力增大而减小;绝对吸附量随压力增大而增加,在40 MPa之后,吸附量趋于稳定.页岩对CO₂的吸附行为与温度压力有关,在高压条件下,Langmuir模型依然能较好地拟合CO₂在页岩中的吸附.      

中美页岩气开采技术专利地图研究

以汤森路透公司（Thomson Reuters）的TI（Thomson innovation）技术专利库为数据源,基于页岩气核心技术关键词比较得出中美两国页岩气开采技术生命周期走势、核心技术专利组合、技术研发差距及技术路径,用专利地图工具为我国页岩气开采技术路径提出建议：1用编组化的车载装备克服地面工程多山缺水的环境瓶颈;2）用工厂化的地面工程实现页岩气资源的规模运营与综合开采;3用生态化的水平井控制立法消除环保隐患;4用柔性化的管理技术解决井工厂重复压裂及气井频繁开合等现实问题。