Для достижения двойных целей эффективной эксплуатации сланцевого газа и геологического захоронения CO₂ технология вытеснения сверхкритическим CO₂ (Sc-CO₂) демонстрирует хорошие перспективы применения. Однако системное понимание микро-механизма вытеснения CH₄ Sc-CO₂ в пористой среде сланца пока недостаточно, особенно на масштабе пор в части массопереноса. Основываясь на структуре нанопор и матрицы сланца, был построен двумерный модельный масштаб пор для систематического изучения микропроцесса вытеснения сланцевого газа Sc-CO₂ (температура 40 ℃, давление 8 МПа) под действием конвекции-диффузии-адсорбции и его факторов влияния. Результаты показали: ① В поровом пространстве Sc-CO₂ за счет конвекции и диффузии формирует фронт концентрации, эффективно выталкивая свободный CH₄. В матричной области Sc-CO₂, обладая сильным сродством к адсорбции, постепенно замещает адсорбированный CH₄, при этом адсорбция проходит три стадии: «нулевая адсорбция — рост — насыщение», а адсорбция CH₄ — «поддержание насыщения — десорбция — ноль». ② С увеличением коэффициента диффузии (D_s) адсорбция Sc-CO₂ в матрице усиливается, но конвекционно-диффузионные процессы в порах ослабляются, что приводит к снижению концентрации Sc-CO₂ и увеличению концентрации CH₄. ③ При увеличении селективности переноса (sel) усиливается адсорбция Sc-CO₂ в матрице, но конвекционно-диффузионные процессы в порах подавляются, уменьшается концентрация Sc-CO₂ и увеличивается время достижения равновесия, в то время как перемещение CH₄ мало зависит от sel. ④ Увеличение константы скорости десорбции (k_d) значительно ускоряет десорбцию CH₄, что приводит к росту общей концентрации CH₄ в порах; в то же время Sc-CO₂ из-за сильной адсорбции мало чувствителен к изменению k_d, количество и концентрация Sc-CO₂ остаются стабильными.

конвекция-диффузия-адсорбция;массообмен;моделирование масштаба пор;наномасштаб;сверхкритический диоксид углерода (Sc-CO₂);повышение коэффициента извлечения;сланцевый газ