论文部分内容阅读
为了实现经济可持续发展,我国对清洁高效能源的需求日益旺盛。作为新兴的非常规天然气,页岩气备受瞩目。积极推进页岩气的勘探与开发工作,既有助于优化我国现行能源消费结构,缓解因煤炭和石油等传统化石能源消费引发的环境污染问题,又有助于降低天然气对外依存度,保障我国能源安全。页岩储层中,页岩气以吸附态形式为主。因此,探明页岩气的吸附机理对页岩气成藏研究和储量评价具有重要现实意义。页岩气的吸附受控于页岩储层条件和自身理化性质。其中,含气页岩储层中的原生水是影响页岩气吸附/解吸行为的重要因素。为此,本文以四种采集于四川盆地下志留统龙马溪组含原生水的页岩样品为研究对象,联用TOC分析、CO2吸附、N2吸附/解吸、FTIR分析、XRD分析、水蒸汽等温吸附/解吸和高压CH4吸附/解吸等多种实验方法和吸附科学理论,重点研究了含气页岩储层中原生水的分布特征及其对CH4吸附/解吸的影响。研究内容包括:（1）含气页岩储层中原生水分布特征及规律;（2）原生水对含气页岩储层吸附/解吸CH4流体的作用规律;（3）原生水对含气页岩储层吸附/解吸CH4流体的作用机理。主要研究结论如下:（1）四种页岩样品原生水含量主要受控于页岩中粘土矿物含量,原生水主要分布于孔直径为1-4 nm的页岩孔隙空间。页岩对水蒸汽吸附等温线符合优化的Brunauer-Emmett-Teller（BET）方程。页岩中羧基和羰基等含氧官能团作为水分子一级吸附位点,页岩中粘土矿物组分和吸附于一级吸附位点的水分子作为二级吸附位点。（2）页岩样品对CH4吸附的静力学行为满足Ono-Kondo格子模型。Ono-Kondo格子模型拟合结果证实:页岩中原生水降低了页岩样品的CH4最大饱和吸附容量（降幅介于12.86%-45.45%）和页岩对CH4的等量吸附热（降幅介于10.64%-14.43%）。吸附静力学和热力学分析结果证实页岩原生水削弱了页岩基质对CH4的吸附亲和力。（3）页岩样品对CH4吸附的动力学过程满足拟二阶动力学方程。该方程拟合结果证实原生水降低了页岩内部CH4分子的吸附和扩散速率。（4）含原生水页岩的CH4吸附/解吸滞后现象更为显著,表明页岩中原生水不利于吸附态CH4分子的解吸。（5）H2O与CH4在页岩内部形成竞争吸附关系导致页岩原生水的存在不利于CH4吸附;原生水通过解吸堵塞孔隙孔喉以及部分CH4重新吸附于吸附位点引起含原生水页岩上的CH4吸附/解吸滞后现象。本论文通过研究页岩原生水的赋存特征及其对CH4吸附/解吸性能的作用机制,既有利于完善页岩储气理论体系,还有利于推进页岩气勘探与开发工作。