氣體在致密儲層中的運移是地下氣體能源(如煤層氣和頁巖氣)開采的關(guān)鍵問題,大量吸附態(tài)氣體經(jīng)歷解吸、擴散進(jìn)入裂隙后,經(jīng)滲流得以開采。擴散是氣體從致密儲層微孔中進(jìn)入裂隙的主要方式,對氣體擴散過程的深入理解對于能源氣體開發(fā)有重要意義。
近日,中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所科研人員利用分子動力學(xué),研究了煤層氣主要成分甲烷(CH4)和CO2單組分氣體及其混合氣體在煤中的自擴散和互擴散行為,分析了分子水平上煤的自由體積和氣體分子徑向分布函數(shù),發(fā)現(xiàn)自由體積的大小和空間分布對氣體分子的擴散起著重要的作用。
由于地下儲層對二氧化碳(CO2)良好的吸附性,向煤層中注入CO2一方面可增加煤層氣,另一方面可實現(xiàn)溫室氣體的地下封存。由于CO2的注入,使得儲層中同時存在兩種以上的氣體,其擴散行為不同于單種氣體的擴散。
研究發(fā)現(xiàn),氣體的自擴散系數(shù)受到濃度、溫度和組分的影響。隨著濃度的增大,氣體的自擴散系數(shù)減。粡较蚍植己瘮(shù)表明,擴散過程中氣體沒有團簇現(xiàn)象。研究人員首次計算了多組分氣體(CO2-CH4)擴散系數(shù)矩陣(互擴散系數(shù)),結(jié)果表明CO2和CH4擴散相互耦合,其耦合強度取決于擴散矩陣的非對角元素,耦合強度隨著氣體濃度的增加而下降,通常情況下,注入CO2后氣體在煤中的擴散服從多組分氣體擴散方程,只有在深部地層(3200米以下),氣體間的耦合減弱,可簡化為單組分?jǐn)U散。
該研究在分子水平上揭示了氣體在儲層中擴散的微觀機制,并提供了實驗上難以達(dá)到條件或難以測量的宏觀多組分?jǐn)U散系數(shù),為預(yù)測氣體運移提供了參數(shù)輸入,相關(guān)成果發(fā)表在Fuel期刊上。
《中國科學(xué)報》(2019-09-04第5版創(chuàng)新周刊)
本文來自:逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/chuzhong/1217146.html
相關(guān)閱讀:如何備戰(zhàn)初三化學(xué)期中考試