Schieferlagerstätten weisen weit verbreitet nanoskalige Poren auf, und der starke Einschluss-Effekt führt dazu, dass die Phaseneigenschaften der Flüssigkeiten deutlich von den Bedingungen der Massphase abweichen, was die Anwendung konventioneller Phasentheorien auf Schieferlagerstätten erschwert. Zur Untersuchung des eingeschränkten Phasenverhaltens von Fluiden wurden Taupunkt-Experimente im Porenmaßstab von 10 μm und 100 nm unter Verwendung mikro-nanofluidischer Technologien durchgeführt, wobei systematisch die Kondensationsverhalten von Fluiden in eingeschränkten Poren und die Eigenschaften der Flüssigphasenverteilung beobachtet wurden. Die Ergebnisse der Taupunkt-Experimente zeigen: Der Kondensationsmechanismus ist bei verschiedenen Porengrößen im Allgemeinen ähnlich, wobei typische Phasen wie die Bildung, Ausdehnung von Flüssigkeitsfilmen oder Flüssigkeitsbrücken und die endgültige Entwicklung zu Flüssigkeitssäulen durchlaufen werden; jedoch haben Unterschiede im Porenmaßstab signifikante Auswirkungen auf die Kondensationskinetik und die Verteilungsmerkmale der Flüssigphase. So erfolgt die Kondensation in 10-μm-Poren bevorzugt in den Ecken, jedoch ist der Flüssigkeitsanteil in den Poren letztlich gering; in 100-nm-Poren hingegen ist die Kondensationsstelle nicht mehr auf die Ecken beschränkt, sondern tritt bevorzugt am Eingang auf, die Menge des ausgeschiedenen Flüssigkeitsvolumens nimmt deutlich zu und die Verteilung der Flüssigphase wird gleichmäßiger. Der Vergleich des gemessenen Taupunktsdrucks mit den Vorhersagen des Peng-Robinson-Zustandsgleichungsmodells zeigt, dass herkömmliche Modelle bei der Beschreibung nanoskaliger eingeschränkter Phasenverhalten eingeschränkt sind. Zur genauen Vorhersage des Phasenverhaltens von Fluiden in eingeschränkten Räumen wurden auf der Grundlage des traditionellen Modells kapillare Kräfte, Adsorptionseffekte und Verschiebungen kritischer Eigenschaften integriert, wodurch ein Phasengleichgewichtsmodell für eingeschränkte Räume entwickelt wurde. Die Verifikation zeigt, dass das modifizierte Modell das eingeschränkte Phasenverhalten genau darstellen kann, mit einem maximalen relativen Fehler von 5,30 %. Eine weitere Analyse ergab, dass der Einschlusseffekt bei niedrigen Temperaturen und Drücken am ausgeprägtesten ist und mit steigender Temperatur allmählich abnimmt. Diese Studie kombiniert theoretische Modellierung und experimentelle Validierung und bietet experimentelle Grundlagen und theoretische Referenzen zur Beschreibung des Phasengleichgewichts in Nanoporensystemen und eröffnet neue Ansätze zur Korrektur und Anwendung von Phasenzustandsmodellen in Schieferlagerstätten.

Schieferlagerstätte;Einschlusseffekt;Phasenverhalten von Fluiden;Peng-Robinson-Zustandsgleichung;mikro-nanofluidische Experimente