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页岩纳米孔隙结构的精确表征对页岩气赋存机理的研究和资源量的评价具有重要的意义。由于页岩孔隙结构的复杂性，导致基于分子材料研究发展起来的低压气体吸附法在表征其纳米孔隙结构方面仍然存在一些问题，比如样品的前处理、吸附质的选取以及理想模型的选择等。中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室熊永强团队前期已经在低压气体吸附实验中有关页岩样品的粒度范围，DFT/NLDFT理论的优势和CO2-N2联合吸附法的应用等方面取得了一定进展。在前期成果的基础上，针对Ar（87.3K）吸附法较目前常用的N2（77.4K）吸附法具有更多的优越性，熊永强团队采用CO2-Ar和CO2-N2组合，分别对三种不同成熟度的泥页岩样品进行了抽提前和抽提后纳米孔隙结构的对比研究，在优化页岩纳米孔隙结构表征方法上取得了新的进展。

一方面，通过N2吸附和Ar吸附结合不同的DFT/NLDFT孔隙结构模型的对比研究，表明在页岩纳米孔隙结构表征方面狭缝孔模型拟合效果优于圆柱孔模型，且N2/Ar-DFT模型相比其他DFT/NLDFT模型更适合页岩纳米孔隙结构分析。另一方面，Ar吸附曲线和N2吸附曲线很相似，但回滞环更开阔一些；两种吸附质条件下计算得到的孔隙体积差异明显，表现为Ar吸附对微孔-小介孔更加敏感，所以CO2-Ar吸附组合（复合的CO2-Ar吸附法）更适合页岩纳米孔隙的全孔径表征。最后，实际样品的CO2-Ar吸附法分析结果表明：索氏抽提可以增加页岩的纳米孔隙体积，但是这种效应对低熟的泥岩和油页岩更加明显，对于高成熟的页岩增加的效果并不显著；三种不同的泥页岩样品在微孔尺度下的优势孔隙范围为0.4–0.7, 0.7–0.9和0.9–2.0 nm。

该研究获得国家自然科学基金及中科院战略性先导科技专项的联合资助。相关成果发表在Fuel 杂志上。

论文信息：Li Zhang, Yongqiang Xiong, Yun Li, Mingming Wei, Wenmin Jiang, Rui Lei, Zongyang Wu. DFT modeling of CO2 and Ar low-pressure adsorption for accurate nanopore structure characterization in organic-rich shales. Fuel, 2017, 204: 1-11. DOI: 10.1016/j.fuel.2017.05.046.

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