纳米孔隙限域与吸附效应对Marcellus页岩中凝析气临界特性的影响机制研究

本研究针对页岩气藏中凝析气复杂相态行为受纳米孔隙限域和吸附效应影响的难题，通过建立整合PR EoS（Peng-Robinson状态方程）与临界性质修正的组分模型，系统分析了1-50 nm孔隙尺度下Marcellus页岩凝析气的相变规律。研究发现纳米限域使临界温度/压力显著偏移（1nm孔隙中露点压力降低5.8%），吸附相存储机制可延缓凝析液析出，为页岩气藏高效开发提供了理论支撑。

　　

在非常规油气开发领域，页岩气藏中凝析气的相态行为调控始终是制约采收率提升的核心难题。传统理论基于宏观尺度建立的PVT（压力-体积-温度）关系在纳米级孔隙中严重失效——当60%以上孔隙直径小于10nm时，流体分子与孔壁的强相互作用会显著改变烃类的临界性质。Marcellus页岩作为北美最重要的凝析气产区，其开发过程中普遍面临近井地带凝析液析出导致的"气锁效应"，而现有模型因忽略纳米限域和吸附效应，预测误差可达20%以上。

中国石油大学研究人员在《Journal of Natural Gas Geoscience》发表的研究，创新性地将Zarragoicoechea-Kuz临界性质修正模型与Bilgesu吸附相密度理论耦合，构建了涵盖1-50nm孔隙尺度的多组分流体模型。研究采用CMG Win-Prop软件平台，通过历史拟合130°F条件下的CCE（恒组成膨胀）和CVD（恒容衰竭）实验数据验证模型可靠性，并设置六组对比方案系统分析孔隙尺寸效应。

纳米限域对相态行为的影响
通过P-T相图分析发现，当孔隙从体相缩小至1nm时，相包络线面积收缩38%，临界温度下降9.2%（ΔT_c
=0.9409(σ/r_p
)）。CVD模拟显示5nm孔隙中露点压力降至2263.8psia，较体相降低1.1%，而1nm孔隙中凝析液最大体积分数减少42%。这种相态偏移主要源于分子直径与孔隙比（σ/r_p
）超过0.2时出现的空间位阻效应。

吸附相的双重作用机制
引入吸附相密度校正（ρ_corr
=7.4）后，1nm孔隙的临界压力偏移量Δp_c
增加15%，但气相最小体积分数降低12%。这证实吸附态CH₄
在压力衰竭过程中会持续解吸，通过两种途径影响生产动态：短期维持储层压力（延迟露点压力3.2%），长期补充自由气产量（累计增产8.7%）。

多尺度模型的工程启示
研究创新性地揭示10nm是相态调控的临界尺度——小于该尺寸时，毛细管压力（P_c
∝1/r_p
）成为主导因素；而大于50nm时流体行为趋近体相。建立的"孔隙尺寸-吸附密度-组分"耦合模型，成功预测现场凝析油采收率偏差从22%降至5%以内。

该研究为页岩气藏数值模拟提供了关键理论突破：首次量化了纳米孔隙中临界性质偏移（ΔT_c
/Δp_c
）与吸附相密度（ρ_s
）的耦合关系，提出的"动态吸附-限域"协同调控策略，可指导井网优化与压力保持方案设计。未来研究需结合分子动力学模拟，进一步揭示有机质孔隙表面化学对相平衡的影响机制。