热效应和驱替效应下含压裂液煤层多分子竞争吸附规律研究
左伟芹1
罗予阳2
刘彦伟1
韩红凯1
蒋雯吉2
崔佩雯2
1.河南理工大学 安全科学与工程学院,河南 焦作 454000;河南省煤矿安全与职业危害防治国际联合实验室,河南 焦作 454000;河南理工大学 瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地,河南 焦作 4540002.河南理工大学 安全科学与工程学院,河南 焦作 454000
摘要：为探究热效应与驱替效应下煤中N2/CH4 的竞争吸附规律,基于烟煤大分子模型,采用分子动力学和蒙特卡罗方法,对热氮注入下CH4 分子、H2O分子、压裂液分子的吸附行为进行模拟,研究压裂液分子与煤表面分子之间的相互作用能,以及不同注气温度、含水率和孔径下N2/CH4 二元混合气体的竞争吸附特性.结果表明:压裂液分子与煤表面分子之间的相互作用能为 18.469 kJ/mol,体系之间的范德华相互作用力为 23.732 kJ/mol,静电相互作用力为-598.125 kJ/mol,压裂液分子与煤表面分子体系间的稳定性较差,为注热氮解堵增渗提供了条件;在注热氮的过程中,伴随N2 注入温度的升高,模型中N2 相对于CH4 的吸附能力增强;含水率增加使CH4 和N2 的吸附量都明显降低,模型中CH4 的吸附能力仍然高于N2;孔径对N2 吸附的影响显著,CH4 的吸附优势会随着孔径的增大而减弱,即N2 在注入孔径为 4 nm的煤样时,置换驱替CH4 效果明显.
关键词：煤层气竞争吸附驱替效应注热氮分子模拟
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52274188)煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室开放课题资助项目(2011DA105827-FW202201)
论文发表日期：2026-02-20
在线出版日期：2026-03-19（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 25-33 )
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