论文题目：Molecular simulation of the potential effects of oxygen functionalities on the adsorption and diffusion of methane in kerogen

第一作者：路冠文（博后）

作者单位：中国石油勘探开发研究院

发表期刊：Fuel

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.fuel.2024.134245

期刊介绍：Fuel期刊最新影响因子6.7，JCR一区，同时也是中科院分区工程技术一区TOP期刊。

文章简介：

大部分页岩气以吸附态赋存于干酪根中，含氧官能团可以通过极性、氢键、分子间相互作用等方式影响甲烷在干酪根中的吸附、扩散行为，但是具体的影响机制尚不清楚，严重制约着页岩气的高效开发。本次工作基于作者团队以前建立的Marcellus页岩的干酪根3D模型，针对原始干酪根（K）中的所有含氧官能团（-COOH、-OH、-C=O、-ether），分别建立单一含氧官能团的干酪根3D模型（K-COOH、K-OH、K-C=O、K–ether、K-C），结合分子动力学模拟、分子探针技术和热力学理论，探究各类干酪根的孔隙结构、活化能、吸附量、自扩散系数和质量扩散系数，阐述含氧官能团对甲烷吸附、扩散行为的影响机制。

模拟结果：

含氧官能团能够促进甲烷的吸附而抑制甲烷的扩散。它们可以增大干酪根的孔比表面积、孔隙体积压缩率、活化能和极性，为甲烷分子提供更多的吸附位点，提高甲烷分子撞击孔隙表面的概率。K–OH和K-COOH的质量扩散系数小于其他干酪根模型，这跟它们较大的孔比表面积、孔隙体积压缩系数和极性有关。升温（从278K升至338K）所引起的质量扩散系数的增大幅度约是降压（从10Mpa降到1MPa）的20倍，这表明提高储层温度可能比降压更有利页岩气的产出。

说明：（此篇论文中通过低压二氧化碳吸附和氦气孔隙度测定实验获得了原始样品的微孔体积和密度，这部分实验是在武汉市新生纪科技有限公司完成的。）