Для достижения двойной цели эффективной разработки сланцевого газа и геологического захоронения CO₂, технология вытеснения сверхкритическим CO₂ (Sc-CO₂) демонстрирует хорошие перспективы применения. Однако в настоящее время систематическое понимание микроскопических механизмов вытеснения CH₄ Sc-CO₂ в пористых средах сланцев отсутствует, особенно понимание механизмов массопереноса на масштабе пор. На основе наноразмерной пористой матрицы сланца создан двумерный модельный масштаб пор, систематически исследован микропроцесс вытеснения сланцевого газа Sc-CO₂ (температура 40 ℃, давление 8 МПа) под воздействием конвекции-диффузии-адсорбции и его влияющие факторы. Результаты показывают: ① В поровом пространстве Sc-CO₂ формирует передний концентрационный фронт сдвижением за счет конвекции-диффузии, эффективно вытесняя свободный CH₄. В матричном пространстве Sc-CO₂ постепенно замещает адсорбированный CH₄ благодаря сильному сродству к адсорбции, адсорбционное количество проходит три стадии: «нулевая адсорбция—рост—насыщение», тогда как адсорбция CH₄ включает этапы «поддержание насыщения—десорбция—полное исчезновение». ② С увеличением коэффициента диффузии (D_s) усиливается адсорбция Sc-CO₂ в матрице, но конвекция-диффузия в порах ослабляется, что приводит к снижению концентрации Sc-CO₂ и повышению концентрации CH₄ в порах. ③ При увеличении селективности транспорта (sel) адсорбция Sc-CO₂ в матрице усиливается, но конвекционно-диффузионный процесс в порах подавляется, концентрация Sc-CO₂ снижается, время равновесия удлиняется, а поведение переноса CH₄ мало зависит от sel. ④ Увеличение константы десорбционной скорости (k_d) значительно способствует десорбции CH₄ и повышению общей концентрации CH₄ в порах, тогда как Sc-CO₂ из-за сильной адсорбции нечувствителен к изменениям k_d, количество и концентрация Sc-CO₂ остаются стабильными.

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