石 钰，杨晓娜，李树刚，严 敏，双海清，薛俊华

(西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西 西安 710054)

引 言

目前，国内外学者针对页岩中气体的吸附和扩散特性开展了诸多研究。通过单组分气体吸附等温实验，郭平等[7]发现气体的吸附能力大小关系为CO2>CH4>N2，水分会降低单组分气体的吸附量；熊荃等[8]得出CH4的吸附量与压力成正比，压力达到一定值时吸附趋于饱和。郑爱维[9]观测到CH4的扩散系数随温度升高而增大，随压力增加而减小。陈相霖等[10]发现有机碳含量是影响页岩吸附性能的关键因素。闫建萍等[11]证实了甲烷在有机质干酪根中的吸附远大于其在黏土矿物中的吸附。基于页岩水分传输吸附实验，沈伟军等[12]发现升高压力及温度，水分扩散系数呈先上升后下降再上升的趋势。石基弘等[13]、范德赞等[14]、WANG等[15]和SONG等[16]采用分子动力学方法，研究了无水干酪根中单组分气体的吸附和扩散规律，发现CO2会抑制CH4的吸附，而促进CH4的扩散，注入CO2可以置换出吸附态的CH4。

综上，目前通过实验从微观角度阐明页岩中气体的吸附和扩散机理仍需进一步研究。分子动力学模拟方法作为实验方法的补充，在揭示纳米尺度下气-液-固相互作用方面具有独特的优势。尽管前人采用分子动力学方法获得了一些关于干酪根中CH4和CO2吸附及扩散规律，然而这些研究多限于无水干酪根中的单组分气体， 对于含水干酪根中CH4、CO2和N2多组分气体竞争吸附和扩散规律的研究甚少。现已证实页岩气储层含水[17-18]，存在CH4、CO2、N2与水分子的竞争吸附，明确含水量对多组分气体吸附及扩散的影响十分必要。本文……