煤田地质与勘探

作者：都凯, 芮振华, 钱程, 陈思维,

关键词：非常规油气, 水盐环境, 分子模拟, CO₂/CH₄, 赋存状态,

背景在碳达峰碳中和战略目标的引导下，CO2捕集、利用与封存(CCUS)技术成为实现温室气体减排的重要路径。随着页岩等非常规油气资源的持续开发，水盐环境显著影响CO2的赋存稳定性与渗流行为，进而制约其封存效率和安全性。因此，深入理解水盐条件下CO2与页岩孔隙中其他气体的竞争行为和分布规律，已成为优化封存与驱替过程的关键科学问题。方法为揭示水盐环境对典型气体赋存分布与竞争行为的影响，基于分子动力学模拟构建了不同含水状态与盐含量下的蒙脱石纳米狭缝模型。系统分析了CH4与CO2在各条件下的吸附构型、密度分布、扩散行为与相互作用能变化规律。结果和结论CH4与CO2在干燥、含水及不同盐度条件下的赋存与迁移行为存在显著差异。干燥体系中，CO2沿蒙脱石壁面形成吸附带，而CH4呈双峰分布，最大吸附密度达1.78 g/cm3。加入水后，水层覆盖壁面，削弱气体与矿物间作用，使两者分布整体向孔隙中心迁移。加入NaCl后，CO2在界面形成次级吸附层，吸附峰在NaCl质量分数为20%时恢复至干燥峰值的约17%。2种气体的自扩散系数均随盐度升高而减小，CO2下降更显著，表现出更强的迁移受限特征。水膜削弱了壁面吸附势场，Na+通过静电屏蔽和水合团簇增强CO2的界面再吸附。研究结果从分子尺度揭示了CO2在水盐环境的滞留行为。

来源：2026年第1期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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