煤田地质与勘探

作者：陈泽亚, 完颜祺琪, 刘满仓, 刘晓强, 陈践发, 李康, 吴佳楠, 尤兵,

关键词：氦气, 盐穴储氦库, 吸附, 扩散, 分子模拟,

背景人造地下盐穴储氦是解决氦气长时间、规模化战略存储的最佳途径之一，是建立自主可控氦气保供体系的必然选择。目前制约我国盐穴型地下储氦库建设的核心问题在于盐岩对高氦气体(氦体积分数≥70%)的密封能力。方法采用分子动力学模拟技术，构建盐岩狭缝孔−通道孔复合模型，揭示温压、氦含量、孔隙流体性质对氦气与甲烷的二元混合气体中氦气的赋存状态及扩散特征的影响，明确基于多因素耦合的氦气自扩散系数和菲克扩散系数变化。结果和结论(1) 氦气在盐岩纳米孔隙中以游离态赋存为主，仅有少量吸附态分布在矿物表面(吸附热2.56~3.05 kJ/mol)，竞争吸附能力极弱；(2) 盐岩狭缝孔内氦气体积分数达90%时，氦气会以直径更大的氦团簇方式赋存，有助于氦气的地下封存；(3) 相比于纯氦气，二元混合气体系中氦气的自扩散系数显著降低，随甲烷比例增加，氦气扩散系数逐渐下降，证明载体气的存在可有效抑制氦气的扩散运移能力；(4) 盐岩微观孔隙内的流体性质是影响氦气密封性的重要因素，相比于单一气相环境，当盐岩孔隙被高矿化度地层水充满时，在储氦库运行时间尺度下氦气逸散量几乎可以忽略不计。

来源：2025年第9期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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