非均质页岩气纳米孔隙气体传输的新型模型

【摘要】：页岩气的储层结构具有强烈的非均质性,在纳米基质中的页岩气主要由孔道中的游离气和有机质岩石中的吸附气共同组成,吸附气与游离气的分子扩散规律差异较大。根据分子动力学(MD)模拟结果显示,体系均方差位移(MSD)服从次线性增长,此传输过程整体是一个次扩散过程并可以被连续时间的随机游走模型描述,也就等价于时间分数阶的偏微分方程。分子动力学(MD)模拟提供一种较为精确的研究页岩气纳米孔气体流动模拟方法,通过MD模拟可以有效地估算孔道与有机质岩石两种不同物性的扩散系数,但是它受限于对计算资源和计算时间的高要求,应用具有局限性。通过分数阶方程与MD模拟相结合的建模方式,可以更加快速有效地对非均质纳米孔结构页岩气的传输行为进行研究。这种新的建模方式不仅可以有效地弥补MD模拟在较大区域中计算成本昂贵的缺陷,而且能有效地回归出尺度提升后的系统传输的有效扩散系数,对页岩气经济开发具有重要的意义。