Для достижения двойной цели эффективной добычи сланцевого газа и геологического хранение CO₂ технология вытеснения сверхкритическим CO₂ (Sc-CO₂) демонстрирует хорошие перспективы применения. Однако систематическое понимание микромеханизмов вытеснения CH₄ Sc-CO₂ в пористой среде сланца пока недостаточно, особенно в части передачи массы на масштабе пор. На основе нанопористой матричной структуры сланца построена двумерная модель масштаба пор с систематическим исследованием микропроцесса вытеснения сланцевого газа Sc-CO₂ (температура 40 ℃, давление 8 МПа) под воздействием конвекции, диффузии и адсорбции и факторов влияния. Результаты показали: ① в поровом пространстве Sc-CO₂ посредством конвекции и диффузии формирует фронт концентрации, реализующий эффективное вытеснение свободного CH₄. В матрице Sc-CO₂ благодаря сильному сродству к адсорбции постепенно замещает адсорбированный CH₄, адсорбция проходит три стадии: «нулевая адсорбция — рост — насыщение», в то время как адсорбция CH₄ проходит стадии «поддержание насыщения — десорбция — возвращение к нулю». ② С увеличением коэффициента диффузии (D_s) усиливается адсорбция Sc-CO₂ в матрице, но конвекционно-диффузионные процессы в порах ослабляются, что приводит к снижению концентрации Sc-CO₂ и повышению концентрации CH₄ в порах. ③ При увеличении селективности переноса (sel) адсорбция Sc-CO₂ в матрице усиливается, а конвекционно-диффузионные процессы в порах подавляются, что снижает концентрацию Sc-CO₂, удлиняет время установления равновесия, при этом поведение переноса CH₄ мало зависит от sel. ④ Увеличение константы скорости десорбции (k_d) значительно ускоряет десорбцию CH₄, общая концентрация CH₄ в порах увеличивается; Sc-CO₂ из-за сильной адсорбции мало чувствителен к изменениям k_d, адсорбция и концентрация Sc-CO₂ остаются стабильными.

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