加快深層頁巖氣勘探開發(fā)力度，對于助力實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)具有重要意義。在深層（埋深大于3500m）頁巖的高溫高壓環(huán)境下，納米孔隙更發(fā)育，限域空間內(nèi)的氣體將以“類固態(tài)密堆積”形式存在，密度大于游離態(tài)氣體的密度。此外，隨著孔徑減小，甲烷的熱力學(xué)參數(shù)會發(fā)生變化，不同頁巖孔隙中賦存的甲烷相態(tài)特征差異很大。如何準(zhǔn)確描述和定量表征深層頁巖儲層中吸附氣和游離氣是深層頁巖氣勘探開發(fā)中的難點(diǎn)，直接關(guān)系到深層頁巖氣資源潛力評估計(jì)算、有利目標(biāo)區(qū)篩選和開發(fā)方案制定等問題，也是實(shí)現(xiàn)深層頁巖氣藏科學(xué)高效開發(fā)的基礎(chǔ)。

近期，中國科學(xué)院力學(xué)研究所流固耦合系統(tǒng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室深部資源與環(huán)境力學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與中石化石油工程技術(shù)研究院、中國礦業(yè)大學(xué)等，在深層頁巖吸附氣與游離氣量化表征方面開展研究，以中國四川盆地志留系龍馬溪組頁巖為研究對象，進(jìn)行了深層頁巖氣高壓等溫吸附實(shí)驗(yàn)，揭示了深層頁巖氣高壓吸附特征，建立了深層頁巖吸附氣和游離氣定量表征模型，分析了溫度、壓力、水分和游離氣密度對吸附氣和游離氣的影響規(guī)律。研究表明，隨著壓力的增加，深層頁巖中甲烷的過剩吸附量先增加后減少，修正的朗繆爾模型可用于描述深層頁巖氣吸附行為；當(dāng)壓力達(dá)到50MPa時(shí)，頁巖吸附氣和游離氣的占比在23%-74%之間。該研究對準(zhǔn)確地評估深層頁巖氣的賦存狀態(tài)及其含氣量具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

相關(guān)研究成果以Quantitative studies on the characterization and evaluation of adsorbed gas and free gas in deep shale reservoirs為題，發(fā)表在Energy & Fuels（2023, 37: 3752-3759）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中石油創(chuàng)新基金和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等的支持。

圖1.深層頁巖高壓吸附實(shí)驗(yàn)和模擬擬合結(jié)果

圖2.深層頁巖吸附氣和游離氣體積模型和不同壓力條件下含氣量關(guān)系

圖3.不同壓力下吸附氣和游離氣之比關(guān)系