页岩气赋存方式主要包括游离气、吸附气和溶解气等,页岩气藏开采初期产量主要依赖于游离气,后期产量主要依赖于页岩气藏中的吸附气,探讨页岩气吸附行为及其影响因素对于勘探开发有重要意义。目前关于页岩气吸附行为研究主要采用宏观实验和理论手段,采用微观尺度验证、描述与解释气体分子在页岩表面的吸附行为非常必要。以四川盆地志留系龙马溪组页岩为研究对象,结合页岩矿物特征和有机质特征,在分析页岩孔隙结构的基础上,设计并开展了温度为82℃、压力为38MPa条件下以TOC、含水量、温度和粒径为主控因素的等温吸附实验。选取石英、伊利石和石墨作为对象建立狭缝孔吸附剂模型,以甲烷分子、水分子作为流体吸附质模型,基于蒙特卡罗分子模拟方法研究甲烷在石英、伊利石和干酪根狭缝孔中的吸附行为,从分子角度验证、描述和解释了不同影响因素作用下的甲烷吸附行为。分析表明,研究区目的层温度为85.99℃、地层压力为38MPa、地层压力系数为38MPa。其矿物组分主要为石英(平均含量为43.2%)和黏土矿物(平均含量为33.16%),黏土矿物中伊利石含量(相对含量为63.68%)最高。岩样的平均孔隙度为3.39%,平均渗透率为0.036mD。储层有机质纳米孔发育(TOC平均为3%),孔隙直径主要分布范围为3～50nm,其中3～10nm的孔隙控制着50%～80%的孔隙空间。分析了高温高压对等温吸附曲线“下掉”行为作用机制。有机碳含量、含水量和温度为主控因素的系列等温吸附曲线均存在着共同特点:随压力逐渐增大至38MPa,甲烷在页岩上的吸附量呈现出先增大后减小的趋势。在压力小于5MPa的低压阶段,随着压力升高,吸附量增加的幅度大;当压力达到12MPa附近域时,吸附量出现峰值;当压力大于12MPa后,压力的继续升高促进了吸附态向游离态转换,使得吸附气含量下降,游离气含量上升。高温高压促进吸附态向游离态转换。明确了基于高温高压等温吸附实验与分子吸附模拟综合分析下的吸附气量和游离气量转换的量化关系。TOC含量从1.39%增加至4.4%时,甲烷吸附量提高了 101.6%,吸附气含量占比为70%～80%。含水量从0增加至30%,吸附量减少了 24.79%;模拟条件下减少了 37.92%,吸附气含量占比为50%～60%。温度从42℃上升至82℃,吸附量减少了 17.67%;粒径从16～20目减小至120～150目,吸附气含量提高了 52.8%。分子模拟条件下,在石英、伊利石、干酪根狭缝孔中分别减少了 17.59%、11.43%和13.31%,吸附气含量占比分别为55%～75%、60%～80%和65%～82%。明确了页岩对甲烷吸附性能影响因素作用机理。有机碳含量越高,有机质的芳构化越强,高热演化条件下孔隙的结构和微孔越发育,干酪根对甲烷具有更强的亲和力。水分子与孔壁面的静电力作用占据吸附位而与甲烷分子存在竟吸附,使得甲烷吸附量减少。页岩粉体粒径减小改善了孔隙连通性,减少了吸附阻碍,提高了吸附传质速率,通过增大比表面积提供高能吸附位,增加了甲烷吸附量。