地質(zhì)條件下頁(yè)巖模型的建立與CO2對(duì)頁(yè)巖氣的驅(qū)替封存研究.pdf

1、隨著世界能源需求的日益增長(zhǎng)，以及新型清潔能源的匱乏，頁(yè)巖氣作為一種較為清潔的化石能源在世界能源格局中的地位顯得尤為重要。尤其是美國(guó)和加拿大的商業(yè)化開(kāi)發(fā)，使得頁(yè)巖氣成為世界各國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)。此外，化石能源的使用會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳，它是全球溫室效應(yīng)的主要貢獻(xiàn)者。而CO2驅(qū)替頁(yè)巖氣的技術(shù)，不僅可以提高頁(yè)巖氣的采收率，還可以實(shí)現(xiàn)CO2的永久封存。針對(duì)這兩個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，本文建立了頁(yè)巖模型并探討了吸附擴(kuò)散機(jī)理，同時(shí)模擬了CO2對(duì)頁(yè)巖氣的驅(qū)替封存。

2、>　　地質(zhì)深度條件下，深入理解頁(yè)巖氣的吸附擴(kuò)散機(jī)理對(duì)頁(yè)巖氣藏的評(píng)估和高效開(kāi)采至關(guān)重要。在第一個(gè)工作中，我們首先建立了頁(yè)巖模型，然后使用μVT系綜的Monte Carlo模擬和NVT系綜的分子動(dòng)力學(xué)模擬，研究了地質(zhì)深度下頁(yè)巖氣（主要成分甲烷）的吸附擴(kuò)散行為，探討的深度范圍為1～6km。結(jié)果表明，頁(yè)巖氣的吸附量隨著深度只有微小的增加;有趣的是擴(kuò)散系數(shù)隨著壓力的升高先增大后減小，在5km的深度達(dá)到最大值。綜合考慮頁(yè)巖氣吸附和擴(kuò)散的模擬結(jié)果，以

3、及頁(yè)巖氣的開(kāi)采成本，我們建議最優(yōu)的開(kāi)采深度為3～5km。特別地，當(dāng)孔徑增大到100(A)時(shí)，頁(yè)巖氣的擴(kuò)散系數(shù)激增到原來(lái)的80倍，這對(duì)頁(yè)巖氣增產(chǎn)措施的探討有重要的指導(dǎo)意義。
　　在第二個(gè)工作中，我們研究了頁(yè)巖孔隙的表面官能團(tuán)對(duì)CO2，CH4和CO2/CH4吸附的影響。首先建立了帶有不同表面官能團(tuán)的層柱孔模型;然后對(duì)構(gòu)型進(jìn)行量化計(jì)算，得到最終的穩(wěn)定幾何構(gòu)型，同時(shí)對(duì)構(gòu)型進(jìn)行Bader電荷分析，這樣就得到了后面模擬計(jì)算需要的頁(yè)巖模型。通過(guò)

4、Monte Carlo模擬，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Spacing為13.9(A)，溫度為373K時(shí)，甲烷在我們建立的模型中的吸附等溫線與實(shí)驗(yàn)值吻合的很好，這就驗(yàn)證了所建立模型的正確性和合理性。緊接著，我們用此模型模擬了不同溫度和壓力下CH4和CO2的吸附等溫線。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，表面官能團(tuán)（羰基、羧基、環(huán)氧基、羥基和氮基）的存在會(huì)抑制CH4的吸附，促進(jìn)CO2的吸附。同時(shí)官能團(tuán)的存在會(huì)極大地促進(jìn)CO2/CH4的選擇性系數(shù)，并且Epoxy的作用最為明顯。與完美的層