周 婧 邵长金 杨振清 邢立坤 胡 淼

(中国石油大学理学院,北京 102249)

煤是一种复杂的多孔性固体,其孔隙大小及分布直接影响着煤层气的储集能力和产气量。地层条件下,煤储层是固-液-气三相耦合体系,其中液相主要是指液态水。前人曾对水为气态的情况进行研究,结果表明,随煤中气态水的增加煤吸附气体能力降低。关于液态水对煤吸附气体的影响的研究却很少,桑树勋等通过研究注水煤样等温吸附实验发现煤层中液态水对煤基质吸附气体具有显著影响。

本文用碳纳米管模型模拟煤结构,运用分子动力学方法,研究液态水存在时煤对煤层气中不同组分吸附的影响,揭示含水煤储层吸附煤层气的微观过程。

1 吸附模型建立及模拟方法

1.1 模型构建

煤岩结构中,最典型的双重孔隙介质结构模型包括 Kazemi模型、Warren-Root模型和Deswaan模型。其中,Kazemi模型基本假设是用一组均匀间隔的水平基质层代替含裂缝的煤,基质之间的空间相当于裂缝;基质块比裂缝致密得多,吸附气和液态水的流动只存在于裂缝中,在基质块内部没有流动。

由于煤层气的吸附是表面物理吸附,用一组水平基质层作为吸附平面具有明显优势,因此本文从介观角度入手,应用分子模拟理想化Kazemi模型。

选取碳纳米管结构,一个纳米管构成一个微孔隙 (直径＜2nm)的壁面,每根碳纳米管之间间距构成微观裂隙。构建一组水平周期性排列的等间距碳纳米管平面,用来描述含裂隙煤的微观结构,主要研究煤层气的微观吸附作用。……