甲烷在页岩黏土矿物中吸附行为的分子模拟
吕兆兰1
宁正福1
王庆1
黄亮1
孟翰1
余雄飞1
秦慧博2
1.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;中国石油大学(北京)石油工程学院,北京1022492.中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室,北京,102249
摘要：为从微观角度研究页岩气在页岩黏土矿物中的吸附行为,利用分子模拟软件Materials studio构建了蒙脱石、伊利石及伊/蒙混层3种黏土矿物的模型,采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法对页岩气主要成分甲烷在黏土矿物上的吸附行为进行模拟.研究表明,甲烷在不同孔径蒙脱石、伊/蒙混层和伊利石上的平均等量吸附热均小于42 kJ/mol,说明甲烷在黏土矿物表面发生物理吸附.甲烷在3种黏土矿物表面的吸附等温线呈现出相同的规律,均符合Ⅰ型吸附曲线特征,Langmuir模型的拟合精度较高.3种黏土矿物对甲烷的吸附能力强度顺序为:蒙脱石＞伊/蒙混层＞伊利石.在伊/蒙混层矿物中,层间离子比甲烷分子更靠近黏土片层,蒙脱石片层一侧吸附的甲烷密度大于伊利石一侧,表明蒙脱石片层的吸附能力强于伊利石,但伊/蒙混层矿物中黏土片层的吸附作用对甲烷吸附层密度的影响随着压力升高而减弱.本文分别构建了孔径为1,2和4 nm的3种黏土矿物模型,从微观角度研究孔径对甲烷吸附的影响.模拟结果表明,黏土矿物孔径越小,甲烷吸附的等量吸附热越大,证明吸附更加牢固,对甲烷的吸附能力更强,但受到孔内有限空间的限制,甲烷在黏土矿物内的绝对吸附量及饱和吸附量随孔径减小而降低.
关键词：页岩黏土矿物伊/蒙混层分子模拟吸附
分类号：TE319(油气田开发与开采)
资助基金：国家自然科学基金(51774298)
论文发表日期：2019-01-01
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：8( 3117-3124 )
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