科研人员成功揭示气体在储层中扩散的微观机制

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新华社武汉9月3日电(记者李伟)致密储层天然气运移是地下天然气能源开发的关键问题。3日，记者从中国科学院武汉岩土力学研究所了解到，该研究所的研究人员最近利用分子动力学从分子水平揭示了气藏气体扩散的微观机理。

扩散是气体从致密储层的微孔进入裂缝的主要途径，也是确定气体运移速度的一个步骤，对深入了解气体扩散过程和能源气体开发具有重要意义。

由于二氧化碳在地下储层中的良好吸附性，将二氧化碳注入煤层一方面可以增加煤层气，另一方面可以实现温室气体的地下储存。由于注入二氧化碳，储层中同时存在两种以上的气体，它们的扩散行为不同于单种气体。

研究人员用分子动力学方法研究了甲烷、二氧化碳及其混合气体在煤中的自扩散和互扩散行为。分析了煤的自由体积和气体分子在分子水平上的径向分布函数，发现自由体积的大小和空之间的分布对气体分子的扩散起着重要作用。

发现气体的自扩散系数受浓度、温度和成分的影响。随着浓度的增加，气体的自扩散系数降低。径向分布函数表明扩散过程中不存在聚集现象。研究人员还首次计算了多组分气体的扩散系数矩阵。结果表明，二氧化碳和甲烷的扩散是相互耦合的，耦合强度取决于扩散矩阵的非对角元素，耦合强度随气体浓度的增加而降低。

该研究提供了实验上难以获得或测量的宏观多组分扩散系数，并为预测气体运移提供了参数输入。这些科学研究成果最近发表在能源和燃料杂志上，这是一份在能源和化学工业领域享有国际声誉的杂志。