石油学报
石油學報
석유학보
Acta Petrolei Sinica
2015年
7期
837-848,889
,共13页
页岩气%纳米孔%滑脱流动%努森扩散%表面扩散
頁巖氣%納米孔%滑脫流動%努森擴散%錶麵擴散
혈암기%납미공%활탈류동%노삼확산%표면확산
shale gas%nanopores%slip flow%Knudsen diffusion%surface diffusion
页岩气纳米孔气体传输模型是准确进行页岩气数值模拟的基础,对页岩气经济开发具有重要的意义.页岩气纳米孔气体传输机理包括纳米孔体相气体传输和吸附气表面扩散,而纳米孔体相气体传输机理包括连续流动、滑脱流动和努森扩散.基于滑脱流动和努森扩散两种传输机理,分别以分子之间碰撞频率和分子与孔隙壁面碰撞频率占总碰撞频率的比值作为滑脱流动和努森扩散的权重因子,将这两种传输机理叠加,建立了纳米孔体相气体传输模型.基于Hwang模型,考虑高压条件下吸附气覆盖度的影响,建立了纳米孔吸附气表面扩散模型.结合纳米孔体相气体传输和吸附气表面扩散模型,建立了页岩气纳米孔气体传输模型,并采用分子模拟和实验数据进行了验证.结果表明:①滑脱流动、努森扩散和表面扩散对气体传输的贡献是此消彼长的,其主要受孔隙尺度和压力的支配.②滑脱流动在介、宏孔(半径> 2nm)和高压条件下,对气体传输贡献大;在微孔(半径≤2 nm)和低压条件下,其贡献小,可忽略.③努森扩散在宏孔(半径> 50 nm)和低压条件下,对气体传输贡献不可忽略,在其他条件下均可忽略.④表面扩散在微孔(半径≤2 nm)和全压力范围内,总是主宰了气体传输;当孔隙半径>25 nm和压力高于1 MPa时,表面扩散贡献可忽略;当孔隙半径在2~25 nm和压力低于5MPa时,表面扩散贡献较高,不能忽略.
頁巖氣納米孔氣體傳輸模型是準確進行頁巖氣數值模擬的基礎,對頁巖氣經濟開髮具有重要的意義.頁巖氣納米孔氣體傳輸機理包括納米孔體相氣體傳輸和吸附氣錶麵擴散,而納米孔體相氣體傳輸機理包括連續流動、滑脫流動和努森擴散.基于滑脫流動和努森擴散兩種傳輸機理,分彆以分子之間踫撞頻率和分子與孔隙壁麵踫撞頻率佔總踫撞頻率的比值作為滑脫流動和努森擴散的權重因子,將這兩種傳輸機理疊加,建立瞭納米孔體相氣體傳輸模型.基于Hwang模型,攷慮高壓條件下吸附氣覆蓋度的影響,建立瞭納米孔吸附氣錶麵擴散模型.結閤納米孔體相氣體傳輸和吸附氣錶麵擴散模型,建立瞭頁巖氣納米孔氣體傳輸模型,併採用分子模擬和實驗數據進行瞭驗證.結果錶明:①滑脫流動、努森擴散和錶麵擴散對氣體傳輸的貢獻是此消彼長的,其主要受孔隙呎度和壓力的支配.②滑脫流動在介、宏孔(半徑> 2nm)和高壓條件下,對氣體傳輸貢獻大;在微孔(半徑≤2 nm)和低壓條件下,其貢獻小,可忽略.③努森擴散在宏孔(半徑> 50 nm)和低壓條件下,對氣體傳輸貢獻不可忽略,在其他條件下均可忽略.④錶麵擴散在微孔(半徑≤2 nm)和全壓力範圍內,總是主宰瞭氣體傳輸;噹孔隙半徑>25 nm和壓力高于1 MPa時,錶麵擴散貢獻可忽略;噹孔隙半徑在2~25 nm和壓力低于5MPa時,錶麵擴散貢獻較高,不能忽略.
혈암기납미공기체전수모형시준학진행혈암기수치모의적기출,대혈암기경제개발구유중요적의의.혈암기납미공기체전수궤리포괄납미공체상기체전수화흡부기표면확산,이납미공체상기체전수궤리포괄련속류동、활탈류동화노삼확산.기우활탈류동화노삼확산량충전수궤리,분별이분자지간팽당빈솔화분자여공극벽면팽당빈솔점총팽당빈솔적비치작위활탈류동화노삼확산적권중인자,장저량충전수궤리첩가,건립료납미공체상기체전수모형.기우Hwang모형,고필고압조건하흡부기복개도적영향,건립료납미공흡부기표면확산모형.결합납미공체상기체전수화흡부기표면확산모형,건립료혈암기납미공기체전수모형,병채용분자모의화실험수거진행료험증.결과표명:①활탈류동、노삼확산화표면확산대기체전수적공헌시차소피장적,기주요수공극척도화압력적지배.②활탈류동재개、굉공(반경> 2nm)화고압조건하,대기체전수공헌대;재미공(반경≤2 nm)화저압조건하,기공헌소,가홀략.③노삼확산재굉공(반경> 50 nm)화저압조건하,대기체전수공헌불가홀략,재기타조건하균가홀략.④표면확산재미공(반경≤2 nm)화전압력범위내,총시주재료기체전수;당공극반경>25 nm화압력고우1 MPa시,표면확산공헌가홀략;당공극반경재2~25 nm화압력저우5MPa시,표면확산공헌교고,불능홀략.