贵州牛蹄塘组页岩气表面自由能研究

李希建^1,2,3，尹鑫^1,2,3，李维维^1,2,3，刘尚平^1,2,3，张培^1,2,3

1. 贵州大学矿业学院2. 复杂地质矿山开采安全技术工程中心3. 贵州大学瓦斯灾害防治与煤层气开发研究所

摘 要：为了研究页岩对气体的吸附机理,在50℃、60℃、80℃3个温度点对贵州凤参1井和天马1井的页岩样品进行等温吸附实验,并绘制出了CH₄和CO₂等温吸附曲线图,计算得到页岩表面自由能,从自由能角度分析页岩对CH₄和CO₂气体的吸附特性。研究结果表明:当温度一定时,随着压力的增加,页岩对2种气体的表面自由能变化值均呈现出不断增加的趋势,当压力一定时,随着温度的增加,表面自由能会逐渐减小,这与等温吸附曲线上气体吸附量随压力的变化是一致的;页岩对CO₂的表面自由能变化值均要大于CH₄,表明页岩对CO₂的吸附能力比CH₄更强,可以通过向页岩层中注入CO₂来提高采收率;对于吸附能力较强的页岩气藏,可以通过注入表面活性剂的方法,增强活性剂与页岩表面的结合能力,降低CH₄占有面积及其与页岩的表面自由能,以此达到促使CH₄解吸的目的。

关键词：页岩;甲烷;二氧化碳;吸附/解吸;表面自由能;