納米孔隙中甲烷擴(kuò)散的分子動(dòng)力學(xué)研究

【摘要】：頁巖氣是一種重要的非常規(guī)天然氣資源,其成功開發(fā)對(duì)于保障能源安全具有重要戰(zhàn)略意義。在頁巖氣開發(fā)領(lǐng)域,尚存在許多科學(xué)問題和技術(shù)難題,其中天然氣在頁巖儲(chǔ)層納米孔隙中的賦存狀態(tài)和擴(kuò)散規(guī)律是體現(xiàn)頁巖氣特點(diǎn),控制頁巖氣生產(chǎn)的關(guān)鍵問題。目前對(duì)于頁巖氣賦存狀態(tài)和擴(kuò)散規(guī)律多采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和吸附擴(kuò)散理論進(jìn)行研究,對(duì)于描述納米孔隙的微尺度效應(yīng)存在一定的局限性,且對(duì)于微觀機(jī)理的解釋能力有限。引入新的微觀或介觀尺度研究方法成為該領(lǐng)域重要的發(fā)展趨勢(shì)和方向。 為此,本文利用分子模擬方法研究了甲烷在頁巖儲(chǔ)層納米孔隙中的賦存狀態(tài)和擴(kuò)散規(guī)律。根據(jù)頁巖儲(chǔ)層特征,選取在頁巖氣賦存及擴(kuò)散過程中起重要作用的有機(jī)碳成分,以及在頁巖儲(chǔ)層礦物組成中占據(jù)較大比例的石英和伊利石作為孔隙骨架材料,分別建立不同孔徑和不同形狀的納米孔隙模型,并結(jié)合甲烷聯(lián)合原子模型及相應(yīng)勢(shì)能模型,建立分子模擬模型。在此基礎(chǔ)上,通過巨正則系綜Monte Carlo方法獲取了頁巖氣藏溫度壓力下甲烷在納米孔隙中的分布構(gòu)型,并進(jìn)一步利用正則系綜分子動(dòng)力學(xué)方法研究了甲烷的擴(kuò)散規(guī)律。 研究結(jié)果表明,在頁巖氣藏典型溫度壓力條件下,吸附態(tài)與游離態(tài)甲烷的相對(duì)比例和性質(zhì)變化的差異,是造成不同孔隙含氣性不同的根本原因。相同條件下,孔徑較小的孔隙中吸附態(tài)甲烷比例高于孔徑較大的孔隙中吸附態(tài)甲烷比例,管狀孔隙中吸附態(tài)甲烷比例高于層狀孔隙中吸附態(tài)甲烷比例,有機(jī)碳孔隙中吸附態(tài)甲烷平均密度高于石英孔隙和伊利石孔隙中吸附態(tài)甲烷平均密度。吸附態(tài)甲烷密度和游離態(tài)甲烷密度隨壓力變化的趨勢(shì)不同,造成不同孔隙的含氣性差異在壓力較低時(shí)較為明顯。隨著壓力的升高,納米孔隙內(nèi)有出現(xiàn)雙層吸附的趨勢(shì)。在頁巖氣藏溫度壓力變化范圍內(nèi),壓力變化比溫度變化對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響更為顯著。壓力較低時(shí),甲烷分子擴(kuò)散受到壁面作用勢(shì)影響更為明顯；壓力較高時(shí),甲烷分子擴(kuò)散受其他甲烷分子作用勢(shì)的影響更為顯著。平行于孔隙壁面方向是擴(kuò)散的主方向,該方向上的擴(kuò)散系數(shù)對(duì)壓力變化更為敏感。相同條件下,甲烷擴(kuò)散系數(shù)隨著孔徑的增加而增加,層狀孔隙中甲烷擴(kuò)散系數(shù)大于管狀孔隙中甲烷擴(kuò)散系數(shù),壓力較低時(shí)石英孔隙和伊利石孔隙中主方向上甲烷擴(kuò)散系數(shù)大于有機(jī)碳孔隙中主方向上甲烷擴(kuò)散系數(shù)。 【關(guān)鍵詞】：頁巖氣 賦存 吸附 擴(kuò)散 蒙特卡洛 分子動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：P618.13
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 研究的目的與意義8
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-14
• 1.2.1 頁巖氣吸附擴(kuò)散機(jī)理研究現(xiàn)狀8-10
• 1.2.2 吸附擴(kuò)散機(jī)理分子模擬研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.3 頁巖氣藏孔隙流體特征研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.4 孔隙微觀結(jié)構(gòu)表征研究現(xiàn)狀14
• 1.2.5 目前存在的問題14
• 1.3 研究方法與內(nèi)容14-16
• 第2章 研究的理論基礎(chǔ)16-26
• 2.1 MonTE CARLO方法16-19
• 2.1.1 Monte Carlo方法基本原理16-17
• 2.1.2 Metropolis抽樣方法17-18
• 2.1.3 巨正則系綜Monte Carlo模擬18-19
• 2.2 分子動(dòng)力學(xué)方法19-24
• 2.2.1 分子動(dòng)力學(xué)方法基本原理19-21
• 2.2.2 運(yùn)動(dòng)方程數(shù)值求解方法21-22
• 2.2.3 相關(guān)問題處理方法22-24
• 2.3 統(tǒng)計(jì)系綜24-26
• 2.3.1 微正則系綜24
• 2.3.2 正則系綜24
• 2.3.3 巨正則系綜24-25
• 2.3.4 恒溫恒壓系綜25-26
• 第3章 甲烷在非受限空間中的擴(kuò)散26-31
• 3.1 計(jì)算模型與方法26-29
• 3.1.1 流體模型26
• 3.1.2 勢(shì)能模型與參數(shù)26-27
• 3.1.3 模擬計(jì)算方法27-29
• 3.2 計(jì)算結(jié)果與討論29-31
• 3.2.1 甲烷擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證29
• 3.2.2 非受限空間中的甲烷擴(kuò)散系數(shù)29-31
• 第4章 甲烷在有機(jī)管狀孔隙中的賦存與擴(kuò)散31-46
• 4.1 計(jì)算模型與方法31-36
• 4.1.1 孔隙與流體模型31-32
• 4.1.2 勢(shì)能模型與參數(shù)32-33
• 4.1.3 模擬計(jì)算方法33-36
• 4.2 計(jì)算結(jié)果與討論36-46
• 4.2.1 不同孔徑孔隙中的含氣量36-38
• 4.2.2 不同孔徑孔隙中的甲烷分布特征38-43
• 4.2.3 不同孔徑孔隙中的甲烷擴(kuò)散系數(shù)43-46
• 第5章 甲烷在有機(jī)層狀孔隙中的賦存與擴(kuò)散46-56
• 5.1 計(jì)算模型與方法46-48
• 5.1.1 孔隙與流體模型46
• 5.1.2 勢(shì)能模型與參數(shù)46-47
• 5.1.3 模擬計(jì)算方法47-48
• 5.2 計(jì)算結(jié)果與討論48-56
• 5.2.1 不同孔徑孔隙中的含氣量48-50
• 5.2.2 不同孔徑孔隙中的甲烷分布特征50-53
• 5.2.3 不同孔徑孔隙中的甲烷擴(kuò)散系數(shù)53-56
• 第6章 甲烷在石英孔隙中的賦存與擴(kuò)散56-67
• 6.1 計(jì)算模型與方法56-59
• 6.1.1 孔隙與流體模型56
• 6.1.2 勢(shì)能模型與參數(shù)56-58
• 6.1.3 模擬計(jì)算方法58-59
• 6.2 計(jì)算結(jié)果與討論59-67
• 6.2.1 不同孔徑孔隙中的含氣量59-61
• 6.2.2 不同孔徑孔隙中的甲烷分布特征61-65
• 6.2.3 不同孔徑孔隙中的甲烷擴(kuò)散系數(shù)65-67
• 第7章 甲烷在伊利石孔隙中的賦存與擴(kuò)散67-77
• 7.1 計(jì)算模型與方法67-69
• 7.1.1 孔隙與流體模型67
• 7.1.2 勢(shì)能模型與參數(shù)67-68
• 7.1.3 模擬計(jì)算方法68-69
• 7.2 計(jì)算結(jié)果與討論69-77
• 7.2.1 不同孔徑孔隙中的含氣量69-71
• 7.2.2 不同孔徑孔隙中的甲烷分布特征71-75
• 7.2.3 不同孔徑孔隙中的甲烷擴(kuò)散系數(shù)75-77
• 第8章 結(jié)論與建議77-79
• 8.1 結(jié)論77-78
• 8.2 建議78-79
• 致謝79-80
• 參考文獻(xiàn)80-85
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果85

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來了解更多相關(guān)內(nèi)容

非均質(zhì)蓋層綜合天然氣擴(kuò)散系數(shù)的研究方法及其應(yīng)用    付廣,蘇天平

煤和干酪根納米結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展    姚素平;焦堃;李苗春;吳浩;

頁巖氣藏滲流機(jī)理及壓裂井產(chǎn)能評(píng)價(jià)    段永剛;魏明強(qiáng);李建秋;唐艷;

擴(kuò)散系數(shù)的分子動(dòng)力學(xué)模擬    劉娟芳;曾丹苓;蔡智勇;高虹;

超臨界水中氣體擴(kuò)散系數(shù)的分子動(dòng)力學(xué)模擬    肖吉,陸九芳,陳健,李以圭

微孔中簡(jiǎn)單流體混合物擴(kuò)散系數(shù)的分子動(dòng)力學(xué)模擬與關(guān)聯(lián)    秦星,張秉堅(jiān),張暉,胡文暄

層柱狀微孔材料吸附存儲(chǔ)天然氣的Monte Carlo模擬    曹達(dá)鵬,汪文川,段雪,矯慶澤

烷烴在分子篩孔中吸附和擴(kuò)散的分子模擬    陳玉平;呂玲紅;陸小華;

CO_2/CH_4在狹縫型孔內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)吸附的分子模擬    周軍平;鮮學(xué)福;李曉紅;姜德義;姜永東;

中國(guó)頁巖氣形成機(jī)理、地質(zhì)特征及資源潛力    鄒才能;董大忠;王社教;李建忠;李新景;王玉滿;李登華;程克明;

碳黑分析方法的研究進(jìn)展    李中陽;呂文英;遲玉廣;彭平安;

貴州水城晚二疊世樹皮體成烴的演化特征    孫旭光,王關(guān)玉,金奎勵(lì)

華南晚二疊世“樹皮體”顯微傅里葉紅外光譜(Micro-FTIR)特征及意義    余海洋,孫旭光,焦宗福

貴州盤縣晚二疊世煤的生烴潛力與生烴模式    王真;郭懷成;孫旭光;張蕤;

金剛石的晶體結(jié)構(gòu)與表面化學(xué)穩(wěn)定性的關(guān)系研究    周泳,洪漢烈,邊秋娟,汪璇

新疆吐魯番珊瑚化石的寶石學(xué)特征及開發(fā)前景    蔡佳;劉春花;余曉艷;

湖北黃石與印度浦那魚眼石的寶石學(xué)特征對(duì)比研究    姜嵐;狄敬如;陳偲偲;

山東昌樂藍(lán)寶石砂礦中磁鐵礦的寶石礦物學(xué)特征研究    欒雅春;白峰;劉晉華;

松遼盆地農(nóng)安地區(qū)上白堊統(tǒng)油頁巖含油率影響因素    孟慶濤;劉招君;柳蓉;王永莉;

氣藏蓋儲(chǔ)層壓力配置類型及與儲(chǔ)量豐度的關(guān)系    付廣;庚琪;王有功;楊永亮;

天然氣吸附劑研究進(jìn)展    于振興;范雪蕾;鄭偉;付紅英;張宇航;吳宏;

蒸發(fā)冷凝過程界面?zhèn)鳠醾髻|(zhì)的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究    朱冬生;王長(zhǎng)宏;王威;蔣翔;

模擬含An~(4+)放射性石墨在N_2氣氛中的SHS處理研究    蘇思瑾;董發(fā)勤;盧喜瑞;陳夢(mèng)君;寧明杰;

蜀南含氣頁巖組構(gòu)與巖石力學(xué)特性    楊恒林;申瑞臣;付利;

頁巖含氣量的影響因素及預(yù)測(cè)方法    王莉莎;杜清真;鄭榕;陳喬;王森;

渝東南地區(qū)頁巖氣地表油氣地球化學(xué)初探    楊振鴻;張茂忠;吳沙;董金秀;

中國(guó)頁巖氣資源類型及展布特征    譚淋耘;

CO_2強(qiáng)化頁巖氣開采與地質(zhì)封存的可行性分析    周軍平;

微納米流體力學(xué)研究進(jìn)展及其在非常規(guī)油氣資源開發(fā)中的應(yīng)用    宋付權(quán);竺柏康;

頁巖氣滲流中的力學(xué)模型分析    劉禹;王常斌;文建軍;宋付權(quán);

塑料包裝材料中遷移物擴(kuò)散系數(shù)的分子動(dòng)力學(xué)研究    王平利

油氣資源豐度模擬方法研究與應(yīng)用    謝紅兵

北山地區(qū)典型Cu礦中元素地球化學(xué)分布規(guī)律及成礦預(yù)測(cè)方法技術(shù)研究    徐明鉆

中揚(yáng)子區(qū)海相油氣保存條件研究    肖朝暉

渤海灣盆地生物氣成藏過程中散失作用研究    高陽

飛秒激光激波特性的閃光高速攝影實(shí)驗(yàn)研究    黃麗

陶寺考古：技術(shù)的實(shí)證解析    王曉毅

遵義—綦江地區(qū)下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁巖沉積特征及頁巖氣評(píng)價(jià)參數(shù)研究    白振瑞

瀝青質(zhì)地球化學(xué)行為研究及其在石油勘探開發(fā)中的應(yīng)用前景    廖澤文

薊縣剖面元古宙沉積物（1.8-0.85Ga）的分子有機(jī)地球化學(xué)研究    李超

不同結(jié)構(gòu)水鈉錳礦催化氧化對(duì)苯二酚腐殖化反應(yīng)的特點(diǎn)    曹星輝

煤氧化的反應(yīng)機(jī)理函數(shù)和熱效應(yīng)的研究    鄭艷敏

攀鋼高爐渣的地基土性質(zhì)及熱物理特性試驗(yàn)研究    李建云

尖晶石輕質(zhì)耐高溫材料的制備、性能及高溫沖蝕磨損研究    張健

鈣華沉積的水化學(xué)控制因素分析及天津王四井鈣華形成的模擬研究    郭小娟

CO_2吸附分離過程的分子模擬    李保瑞

基于水熱改性的除磷晶種制備及其除磷特性研究    王廣偉

河南嵩縣祁雨溝金礦成礦流體及成礦機(jī)制研究    熊索菲

石英晶體堿（KOH、NaOH）腐蝕像及其與酸（HF）腐蝕像對(duì)比研究    連晨光

鈣質(zhì)日用瓷的制備及其性能研究    柯善軍

巨正則系綜Monte Carlo模擬CO/H_2在碳納米狹縫孔內(nèi)的吸附和分離    吳志強(qiáng);劉志平;

粘土礦物綠泥石對(duì)碎屑儲(chǔ)集巖孔隙的保護(hù)    朱平,黃思靜,李德敏,劉援朝

四川盆地頁巖氣藏和連續(xù)型-非連續(xù)型氣藏基本特征    劉樹根;曾祥亮;黃文明;馬文辛;

瓦窯堡煤系有機(jī)巖石學(xué)特征及煤成烴潛力研究    姚素平,胡文,薛春燕,張景榮,曹劍

富有機(jī)質(zhì)的黑色頁巖和油頁巖的有機(jī)巖石學(xué)特征與生、排烴意義    曾慶輝;錢玲;劉德漢;肖賢明;田輝;申家貴;李賢慶;

天然氣的擴(kuò)散模型及擴(kuò)散量的計(jì)算方法    房德權(quán),宋巖,曾凡剛,王關(guān)玉

鄂爾多斯盆地延安組煤有機(jī)巖石學(xué)研究    姚素平,張景榮,王可仁,欒琴

石墨層折疊特性的原子力顯微鏡研究    李立新;王煦;張新宇;陳曉波;楊超;劉日平;

天然氣擴(kuò)散系數(shù)的系統(tǒng)研究    付廣,李椿,孟慶芬

氣藏天然氣擴(kuò)散散失量的定量研究    李海燕,付廣,彭仕宓

煤層氣吸附解吸機(jī)理研究    馬東民

不同溫度下煤層氣吸附/解吸特征的實(shí)驗(yàn)研究    王鵬剛

材料微噴射和動(dòng)態(tài)損傷的分子動(dòng)力學(xué)研究    張景琳,王繼海,楊淑霞

增強(qiáng)連續(xù)飛行原位核磁技術(shù)可用以探索納米腔中分子動(dòng)力學(xué)    

氯化鈉促進(jìn)溶菌酶聚集機(jī)制的分子動(dòng)力學(xué)研究    關(guān)婧;李輝;鄒志遠(yuǎn);何劍為;宋有濤;

氯化鋅影響胱抑素淀粉樣聚集的分子動(dòng)力學(xué)研究    李輝;陳應(yīng)廣;陳星;徐利楠;沈曼莉;何劍為;宋有濤;

鎵原子集團(tuán)結(jié)構(gòu)的第一性原理分子動(dòng)力學(xué)研究    龔新高,鄭慶祺

高溫高壓下水的剪切粘滯度的平衡分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算    郭永貴,張毅剛

去七肽胰島素的分子動(dòng)力學(xué)研究    王化軍 ,陳潤(rùn)生 ,倪向善 ,石秀凡

在可擴(kuò)展機(jī)群系統(tǒng)上二維分子動(dòng)力學(xué)問題的并行計(jì)算    朱宇翔,張景琳

近場(chǎng)光學(xué)中的分子動(dòng)力學(xué)研究以及在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用(摘要)    竇曉鳴 ,曹莊琪 ,趙海鷹

分子動(dòng)力學(xué)并行算法研究    徐偉,李玉忱,王麗

利用力致分子動(dòng)力學(xué)模擬方法構(gòu)建剪切流場(chǎng)    康英永;呂守芹;霍波;龍勉;

分子動(dòng)力學(xué)與粗?；Ｐ拖嘟Y(jié)合提高采樣效率的方法    張志勇;劉海燕;施蘊(yùn)渝;

谷氨酰胺結(jié)合蛋白與谷氨酰胺結(jié)合機(jī)制的分子動(dòng)力學(xué)研究    李春華;孫庭廣;陳慰祖;王存新;

基于分子動(dòng)力學(xué)的酶柔性分析    周圓兀;

蠶絲蛋白β片結(jié)構(gòu)破壞動(dòng)力學(xué)過程分子動(dòng)力學(xué)模擬    徐昌建;李德昌;季葆華;

聚乙二醇修飾的樹枝狀聚合物用于藥物傳遞的分子動(dòng)力學(xué)研究    李有勇;侯廷軍;

超強(qiáng)超短脈沖激光場(chǎng)下分子動(dòng)力學(xué)行為的含時(shí)理論研究    王傳奎;孟慶田;

沉默調(diào)控因子SIR2酶催化反應(yīng)機(jī)制的理論研究    梁中潔;石婷;朱維良;羅成;蔣華良;

泡沫破裂機(jī)理的分子動(dòng)力學(xué)研究    高鳳鳳;苑世領(lǐng);

磷脂小球在水中演化為囊泡的過程-分子動(dòng)力學(xué)研究    王子璐;何學(xué)浩;

蛋白質(zhì)的分子動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)    

QCDoC上研究 分子動(dòng)力學(xué)    

合金固液界面動(dòng)力學(xué)與納米體系結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的分子動(dòng)力學(xué)研究    楊洋

蒸發(fā)與凝結(jié)現(xiàn)象的分子動(dòng)力學(xué)研究及實(shí)驗(yàn)    王遵敬

Bi_2Te_3熱電材料力學(xué)性能的分子動(dòng)力學(xué)研究    童宇

油浸絕緣紙熱老化機(jī)理的分子動(dòng)力學(xué)研究    朱孟兆

煙堿樣乙酰膽堿受體門控機(jī)制的動(dòng)力學(xué)研究    劉信力

典型固液界面熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的分子動(dòng)力學(xué)研究    高玉鳳

自由能的分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算及其在納米材料中的應(yīng)用    羅文華

相變儲(chǔ)能材料相變過程的分子動(dòng)力學(xué)研究    陳占秀

基于分子模擬的脂肪酶LipK107結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系研究及理性設(shè)計(jì)    徐濤

水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)特性的計(jì)算機(jī)模擬研究    王琳

鈣泵蛋白和受磷蛋白的分子動(dòng)力學(xué)研究    孫升

不同壓力下單晶銅強(qiáng)度的分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算    張祖根

兩種雌激素受體與抑制劑作用機(jī)制的分子動(dòng)力學(xué)研究    李龍飛

微孔塑料氣泡成核過程分子動(dòng)力學(xué)分析    馬培鴿

分子動(dòng)力學(xué)的有限元長(zhǎng)時(shí)間計(jì)算研究    向采金

鎢納米單晶體本征力學(xué)行為的分子動(dòng)力學(xué)研究    周歡歡

面向液態(tài)金屬凝固的分子動(dòng)力學(xué)并行算法研究與實(shí)現(xiàn)    廖迎強(qiáng)

硫化氫在水溶液中溶解特性的分子動(dòng)力學(xué)研究    李茂祥

cdMMP26的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)及其與MMPs抑制劑分子對(duì)接理論研究    王燁

基于分子動(dòng)力學(xué)的納米單晶銅拉伸與剪切模擬    榮鋼