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含水对纳米孔甲烷吸附影响的分子模拟方法与应用研究

文献类型:学位论文

作者周羁
答辩日期2020-05-29
文献子类硕士
授予单位中国科学院大学
授予地点北京
导师江文滨
关键词页岩气,吸附,含水饱和度,巨正则蒙特卡洛,分子动力学
学位专业工程力学
其他题名Molecular simulation method and application research on the effect of water on methane adsorption in nanopores
英文摘要

      含气页岩中的吸附气量具有相当占比,页岩普遍包含一定的原生水。当前含水条件页岩高压甲烷吸附实验耗时长,水分易损失,测试压力有限以及温度控制精度要求高;含水纳米孔甲烷吸附分子模拟中考虑的温度、压力和含水饱和度相对较低。为此,本文提出了一种巨正则蒙特卡洛(GCMC)交换和分子动力学(MD)计算交替进行的混合模拟方法。通过分析现有模拟方法的特点及研究的需求,确定了GCMC-MD混合模拟的思想,通过模拟参数的优选及对比验证,确保了模拟方法的可较高效、可靠模拟高压高含水条件下的纳米孔甲烷吸附。将其应用于不同孔径和壁面纳米孔中不同温度、压力和含水饱和度条件下的甲烷吸附模拟,揭示了1)相同温压条件下,石墨纳米孔甲烷吸附量随着含水饱和度的增加呈线性下降趋势,但下降速率因压力和温度而异;2)含水条件不会改变吸附等温线随压力增加先上升后下降的趋势;3)孔径≥4nm且含水饱和度≥37.5%或者孔径≥5nm且含水饱和度≥30%时,石墨纳米孔中形成覆盖壁面的水膜,导致甲烷吸附量迅速降低;4)石墨、蒙脱石、伊利石和石英纳米孔隙中,含水对甲烷吸附量相对降低幅度存在明显差异,水分子分布状态与壁面原子排布密切相关。本研究所提出的方法和获得的认识,可为页岩气勘探和开发领域专业人员分析含水条件对页岩吸附气含量的影响提供理论基础和依据。

语种中文
源URL[http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/81938]  
专题力学研究所_流固耦合系统力学重点实验室(2012-)
推荐引用方式
GB/T 7714
周羁. 含水对纳米孔甲烷吸附影响的分子模拟方法与应用研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2020.

入库方式: OAI收割

来源:力学研究所

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