近年来,科学技术的进步给社会经济带来长足的发展,人们越来越认识到能源的重要性,而能源的大量消耗伴随而来的是酸雨等一系列环境问题的出现,页岩气作为兼具清洁、高效、安全、可靠的特点的新能源走进人们的视线。页岩气分布广泛、资源潜力巨大,是一种储存在页岩中的,以甲烷为主要成分的天然气。甲烷作为页岩气最重要的组分,主要存储在纳米级孔隙之中。为更好地认识页岩气的赋存形式,本研究通过传统实验手段确定样品矿物组分和孔隙几何参数,为模拟的参数设置提供依据。基于分子模拟软件Materials Studio构建了页岩储层纳米孔隙表征模型(有机质狭缝孔隙模型、石英孔隙模型和伊利石孔隙模型)及流体分子(甲烷分子和二氧化碳分子)的分子模型,运用分子模拟基本原理,包括蒙特卡洛、分子力学、分子动力学等方法,采用巨正则系综和COMPASS力场,在页岩储层普遍埋深2-4km(设定Okm与6km为参照埋深,地表温度283K,压力O.1MPa;地温梯度30K·km-1,压力梯度15MPa·km-1)条件下所对应的不同温度和压力,对甲烷、二氧化碳在页岩纳米孔隙中的动力学特征进行模拟,研究页岩气在纳米孔隙中的吸附和扩散规律。分析纳米孔隙对甲烷、二氧化碳的吸附性能,计算在页岩储层纳米孔隙中不同埋深的吸附量及吸附热,探讨甲烷在页岩纳米孔隙中的相对密度、自扩散系数,并引入二氧化碳对甲烷的置换特性,用二氧化碳驱替甲烷,提高页岩气的采收率,确定采用二氧化碳置换技术开采页岩气的最佳埋深范围,为实现二氧化碳的封存提供理论依据,响应节能减排的环保主题,以期从一定程度上指导页岩气的勘探开发。结果表明,页岩储层纳米孔隙对甲烷、二氧化碳的吸附均为物理吸附;在一定的温压条件下,页岩储层纳米孔隙中吸附态和游离态流体分子始终处于运动变化之中,且吸附层流体分子大致平行于壁面分布,且沿孔径方向的相对密度分布出现了吸附分层现象;在页岩储层普遍埋深所对应不同的温压条件下,同一矿物对流体分子的吸附量不同,最优埋深对应的吸附气聚集量最大;二者流体分子混合吸附模拟数据证实了注入二氧化碳置换甲烷开采页岩气的合理性和可行性。