揭示氣體在儲層中擴散的微觀機制

　擴散是氣體從致密儲層微孔中進入裂隙的主要方式，是氣體運移的決速步驟，對氣體擴散過程的深入理解以及能源氣體開發(fā)有重要意義。

　由于地下儲層對二氧化碳良好的吸附性，向煤層中注入二氧化碳一方面可增加煤層氣，另一方面可實現(xiàn)溫室氣體的地下封存。由于二氧化碳的注入，使得儲層中同時存在兩種以上的氣體，其擴散行為不同于單種氣體的擴散。

　科研人員利用分子動力學研究了甲烷和二氧化碳單組份氣體及其混合氣體在煤中的自擴散和互擴散行為。分析了分子水平上煤的自由體積和氣體分子徑向分布函數(shù)，發(fā)現(xiàn)自由體積的大小和空間分布對氣體分子的擴散起著重要的作用。

　研究發(fā)現(xiàn)，氣體的自擴散系數(shù)受到濃度、溫度和組分的影響。隨著濃度的增大氣體的自擴散系數(shù)減小。徑向分布函數(shù)表明，擴散過程中氣體沒有團簇現(xiàn)象?？蒲腥藛T還首次計算了多組分氣體擴散系數(shù)矩陣，結果表明二氧化碳和甲烷擴散相互耦合，其耦合強度取決于擴散矩陣的非對角元素，耦合強度隨著氣體濃度的增加而下降。

　這一研究提供了實驗上難以達到條件或難以測量的宏觀多組分擴散系數(shù)，為預測氣體運移提供參數(shù)輸入。