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摘要
页岩气在页岩多孔介质中的流动受扩散、渗流以及吸附—解吸等作用的影响,其主要成分甲烷的同位素分子(13CH4、12CH4)在吸附性能、扩散性能上均存在明显的差异,因此甲烷气体在流动过程中会发生碳同位素分馏现象。为明确甲烷流动过程中碳同位素分馏机理,开发了一维流动甲烷同位素分馏实验装置及在线同位素监测方法,通过空柱与伊利石填充柱的甲烷流动碳同位素分馏对比实验研究,表明流动过程中造成甲烷浓度梯度的扩散作用是引发甲烷碳同位素分馏的重要因素,建立的对流—扩散耦合方程可以很好地拟合和解释空柱实验同位素数据。填充柱实验中发现初期甲烷碳同位素较原始值明显负向偏移,然后CH4碳同位素组成快速变重,相对于甲烷碳同位素的原始值偏高可达5‰,而后再逐渐变轻至甲烷碳同位素组成的原始比值,同位素变化曲线呈现出明显的拐点,这是扩散与吸附—解吸共同作用的结果,揭示了流动过程中甲烷作用于固体分子筛吸附位上显示出明显的逆同位素效应。
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单位中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所
