永利6774app手机版官网石油系梁志凱特任副教授以第一作者身份在《Gas Science and Engineering》上發表題為“Thermodynamics and kinetics of water vapor adsorption in isolated kerogen: Evidence from experiments and molecular dynamics simulations”的研究論文，永利6774app手机版官网為論文第一署名單位。

富有機質頁岩儲層孔隙中普遍含水，明确水在頁岩有機質中的賦存特性，對于進一步探讨頁岩儲層微觀氣水分布、提高頁岩氣采收率等問題具有重要的理論和實踐意義。本次研究以川南龍馬溪組頁岩幹酪根為研究對象，通過熱解、激光拉曼光譜、水蒸氣吸附（WVA）實驗方法與分子動力學模拟，開展了GAB、Dent等7種熱力學模型及PFO、PSO等5種動力學模型的拟合分析；明确了不同溫度下幹酪根對水蒸氣的吸附量與熱力學參數（ΔH、ΔG、ΔS）關系，揭示了不同含水量對甲烷吸附量和吸附熱的控制作用。

研究發現，幹酪根的水蒸氣吸附是一種自發的物理現象。随着吸附量的增加，吸附熱逐漸趨近于零。在水蒸氣吸附的一次吸附階段，吸附熱受表面官能團的控制；而在二次吸附階段，随着吸附量增加，高能吸附位點的數量下降，導緻ΔH與ΔS快速下降。雙一階動力學模型适用于分析水—幹酪根系統的吸附動力學。該模型中，一級速率常數低于二級速率常數，這表明水分子在幹酪根表面的吸附速率顯著高于其擴散速率。随着相對濕度的升高，幹酪根孔隙中的甲烷吸附能力會明顯減弱。在淺埋藏深度下，甲烷吸附量受溫度控制；而在較深埋藏深度下，甲烷吸附量則受壓力控制。該研究深入揭示了幹酪根—水—甲烷系統的吸附熱力學與動力學特征，不僅提升了對頁岩儲層中氣體吸附行為的認識，也為優化頁岩氣開發中的水力壓裂液用量、提高頁岩氣采收率提供了理論依據。

論文鍊接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2949908925001670

圖1 技術路線框架圖

圖2 不同埋藏深度下頁岩水—幹酪根以及水分子之間氫鍵長度及角度分布特征

圖3 論文首頁