纳米孔隙中的超扩散气体采收

理解普遍存在纳米孔隙的储层中的气体采收对于有效的页岩气开采至关重要。经典理论无法准确预测此类气体采收，许多实验观测也未得到很好理解。本文报告了对单一纳米孔隙中气体采收的分子模拟，明确考虑了分子尺度的气体-壁面相互作用。我们表明，在非常狭窄的孔隙中，强烈的气体-壁面相互作用在定量和定性上对决定气体采收行为都至关重要。这些相互作用导致纳米孔隙中气体分子的总扩散系数小于动力学理论预测值，从而减缓了气体采收速率。这些相互作用还导致气体分子在孔隙壁上的显著吸附。由于气体采收过程中这些气体分子的脱附，纳米孔隙的气体采收并不表现出通常的扩散标度律（即累积采收量按 $R \sim t^{1/2}$ 标度），而是遵循超扩散标度律 $R \sim t^n$ ($n>0.5$)，这与一些现场实验观测到的现象相似。对于本文所研究的系统，超扩散气体采收标度律可以通过连续介质模型很好地捕捉，该模型使用 Langmuir 模型考虑了孔隙壁上的气体吸附和脱附。