地球科学学院石油系梁志凯特任副教授以第一作者身份在《Gas Science and Engineering》上发表题为“Thermodynamics and kinetics of water vapor adsorption in isolated kerogen: Evidence from experiments and molecular dynamics simulations”的研究论文，长江大学地球科学学院为论文第一署名单位。

富有机质页岩储层孔隙中普遍含水，明确水在页岩有机质中的赋存特性，对于进一步探讨页岩储层微观气水分布、提高页岩气采收率等问题具有重要的理论和实践意义。本次研究以川南龙马溪组页岩干酪根为研究对象，通过热解、激光拉曼光谱、水蒸气吸附（WVA）实验方法与分子动力学模拟，开展了GAB、Dent等7种热力学模型及PFO、PSO等5种动力学模型的拟合分析；明确了不同温度下干酪根对水蒸气的吸附量与热力学参数（ΔH、ΔG、ΔS）关系，揭示了不同含水量对甲烷吸附量和吸附热的控制作用。

研究发现，干酪根的水蒸气吸附是一种自发的物理现象。随着吸附量的增加，吸附热逐渐趋近于零。在水蒸气吸附的一次吸附阶段，吸附热受表面官能团的控制；而在二次吸附阶段，随着吸附量增加，高能吸附位点的数量下降，导致ΔH与ΔS快速下降。双一阶动力学模型适用于分析水—干酪根系统的吸附动力学。该模型中，一级速率常数低于二级速率常数，这表明水分子在干酪根表面的吸附速率显著高于其扩散速率。随着相对湿度的升高，干酪根孔隙中的甲烷吸附能力会明显减弱。在浅埋藏深度下，甲烷吸附量受温度控制；而在较深埋藏深度下，甲烷吸附量则受压力控制。该研究深入揭示了干酪根—水—甲烷系统的吸附热力学与动力学特征，不仅提升了对页岩储层中气体吸附行为的认识，也为优化页岩气开发中的水力压裂液用量、提高页岩气采收率提供了理论依据。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2949908925001670

图1 技术路线框架图

图2 不同埋藏深度下页岩水—干酪根以及水分子之间氢键长度及角度分布特征

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