甲烷在高岭石狭缝中吸附的分子模拟

张雅怡¹，房晓红^1,2，曾凡桂^1,3

1. 太原理工大学地球科学与工程系2. 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室3. 太原理工大学煤与煤系气地质山西省重点实验室

摘 要：为了探究页岩储层中粘土矿物对甲烷的吸附机理,通过巨正则蒙特卡洛及分子动力学模拟方法,采用Materials Studio软件计算了缝宽为2、5、8 nm的高岭石狭缝在埋深为1、2、3、4、5 km的储层环境中对甲烷的吸附作用。结果表明:随着缝宽的增大,甲烷的绝对吸附量增大,等量吸附热减小;随着埋深的增大,甲烷的绝对吸附量和等量吸附热均先增大后减小,4 km时最大。且等量吸附热介于7～12 kJ/mol之间,小于42 kJ/mol,表明是物理吸附。甲烷沿垂直于高岭石壁面的方向出现吸附分层的现象,靠近壁面的为主要吸附层,然后依次是次要吸附层和游离层,三个吸附层的自扩散系数依次增大。

关键词：甲烷;高岭石狭缝;吸附;缝宽;埋深;