揭示气体在储层中扩散的微观机制

扩散是天然气突破致密储层孔隙的最重要途径，是天然气运移的决定性步骤。深入了解气体扩散过程，开发能源气体具有重要意义。

由于地下储气库对二氧化碳有良好的吸附作用，向煤层中注入二氧化碳一方面可以增加碳甲烷，另一方面可以实现温室气体的地下储存。由于二氧化碳的注入，储层中同时存在两种以上的气体，其扩散行为不同于单一气体。

利用分子动力学，研究人员研究了甲烷、二氧化碳及其混合物在煤中的自扩散和相互扩散行为。分析了气体分子在分子水平上的自由碳体积和径向分布函数。发现自由体积的大小和空间分布对气体分子的扩散起着重要作用。

发现气体的自扩散系数受浓度、温度和组分的影响。气体的自扩散系数随浓度的增加而减小，径向分布函数表明气体扩散过程中不存在团簇现象。研究人员还首次计算了多组分气体的扩散系数矩阵。结果表明，二氧化碳和甲烷的扩散是耦合的，耦合强度取决于扩散矩阵的非对角元素。耦合强度随气体浓度的增加而降低。

本研究提供了难以实现或实验测量的宏观多组分扩散系数，并为预测气体运移提供了参数输入。