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纳米孔内气-水赋存规律分子模拟研究 —以高岭石为例

地层条件；高岭石；纳米孔隙；气-水；赋存规律

原始条件下页岩储层普遍含水，研究表明，页岩储层产气量与地层含水饱和度密切相关，因此储层中孔隙水的相关研究不可忽略。目前对纳米孔隙内水的相关研究较少，实验条件下多运用水蒸气吸附实验探究水的赋存特征，但地层条件下水的状态是否为蒸汽状态存在一定争议；分子动力学模拟条件下，纳米孔隙内的流体研究集中在烃类物质，对水的研究只存在于水对烃类赋存的影响。粘土矿物孔隙是页岩储层中发育的主要孔隙类型之一，其中高岭石具有Al-O八面体和Si-O四面体两种不同的表面。因此本研究基于分子动力学模拟，研究地层条件下液态水在高岭石纳米孔隙中的赋存特征及影响因素。通过建立不同温度（80~120℃）、压力（70~120MPa）条件下纯水、CaCl₂盐溶液及H₂O-CH₄混合相三种体系，综合研究纳米孔中水、气-水的赋存规律。研究表明，①高岭石的两个不同表面体现不同的亲水能力，Al-O八面体表面较Si-O四面体表面亲水能力更强；②纯水体系中：压力的变化对H₂O的赋存状态基本无影响，总吸附相质量占比约13.31%；温度的升高使Si-O四面体表面H₂O的吸附量降低，而Al-O八面体表面H₂O的吸附量基本不变；③CaCl₂盐溶液中：温度、压力的变化基本不引起H₂O、阴阳离子的吸附变化，通过对比该体系和纯水体系H₂O的吸附密度曲线发现，Si-O四面体表面的吸附密度曲线基本重合，但Al-O八面体表面纯水的吸附量要略大于盐溶液中水的吸附量；④H₂O-CH₄混合体系中：温度变化，对水的影响与纯水体系中一致，CH₄的吸附主要发生在Si-O四面体表面，随着温度升高水的吸附量降低，为CH₄的吸附提供更多的吸附位点，使CH₄吸附量增大。CH₄含量较低时，仅在Si-O四面体表面聚集，而当甲烷含量较大时，可能在Al-O八面体表面的第一吸附H₂O层上发生吸附，即与第二吸附H₂O层竞争。