本书以页岩气藏注CO2 提采与封存数值模拟为主线，立足多尺度模拟方法，从分子尺度的相互作用机理到宏观尺度的数值模型构建与求解，全方位多角度剖析了页岩气藏注CO2 过程中多组分流体传输动态变化规律及关键因素，内容包括绪论、页岩气藏储渗特征及多尺度流动机理、页岩有机纳米孔隙中CH4/CO2 竞争吸附、CO2 提高采收率分子模拟、页岩气藏注CO2 多组分数学模型、页岩气藏注CO2 数值模型及求解方法以及页岩气藏注CO2 提采封存模型的应用等。 本书具有较强的针对性和参考价值，可供从事油气田勘探和开发、二氧化碳封存及利用等的科研人员、工程技术人员及管理人员等参考，也可供高等学校石油与天然气工程、地质工程及相关专业师生参阅。

第1章 绪 001 1.1 碳达峰碳中和目标和意义 002 1.2 页岩气吸附机理 004 1.2.1 页岩气吸附脱附理论及模型 004 1.2.2 页岩气吸附机理及其影响因素 006 1.3 注CO2 置换页岩气机理 007 1.3.1 CH4-CO2 竞争吸附机理 007 1.3.2 气体解吸 014 1.3.3 CO2 对CH4 驱替机理 015 1.4 注CO2 多组分渗流及数值模拟 017 1.4.1 页岩气藏多尺度渗流机理 017 1.4.2 页岩气藏注CO2 多组分渗流 020 1.4.3 页岩气藏注CO2 数值模拟 024 1.5 本书研究目标及主要内容 026 1.5.1 研究目标 026 1.5.2 主要内容 026 参考文献 028 第2章 页岩气藏储渗特征及多尺度流动机理 038 2.1 页岩气藏基本特征 039 2.1.1 页岩气藏成藏特征 039 2.1.2 页岩气藏岩石学及有机地化特征 040 2.1.3 页岩气藏孔隙类型及结构特征 043 2.1.4 页岩气藏地质力学特征 055 2.2 微纳尺度流动机理 058 2.2.1 页岩气藏基本储集特征 058 2.2.2 页岩微纳尺度流态划分 059 2.2.3 微观渗流数学模型表征 061 2.3 压裂井缝网系统流动机理 064 2.3.1 连续介质模型 065 2.3.2 离散裂缝模型 068 2.3.3 连续介质- 离散裂缝耦合模型 070 2.4 CH4-CO2 竞争吸附实验及机理 081 2.4.1 吸附解吸理论 081 2.4.2 页岩吸附能力影响因素分析 087 2.4.3 CH4、CO2 等温吸附实验 093 2.4.4 CH4、CO2 竞争吸附机理及描述 095 参考文献 104 第3章 页岩有机纳米孔隙中CH4/CO2 竞争吸附 109 3.1 分子动力学基础理论 110 3.1.1 分子内部相互作用 111 3.1.2 分子间相互作用 114 3.1.3 分子动力学模拟数值解 116 3.1.4 分子动力学模拟边界条件 119 3.1.5 系综分类 120 3.2 巨正则系统 121 3.2.1 蒙特卡罗模拟 121 3.2.2 巨正则蒙特卡罗（GCMC）模拟 122 3.3 页岩干酪根多孔介质内CH4/CO2 竞争吸附机理 124 3.3.1 干酪根多孔介质模型构建 124 3.3.2 CH4、CO2 单组分吸附特征 132 3.3.3 CH4/CO2 双组分竞争吸附特征 139 3.4 单纳米孔道CH4/CO2 竞争吸附机理 146 3.4.1 简化纳米孔道模型构建 146 3.4.2 CH4、CO2 单组分吸附特征 147 3.4.3 CH4/CO2 双组分竞争吸附特征 149 参考文献 159 第4章 CO2 提高采收率分子模拟 162 4.1 页岩气藏注CO2 微观驱替研究现状 163 4.2 干酪根纳米孔道CH4 传输机制 165 4.2.1 外场非平衡分子动力学方法 165 4.2.2 驱动力对流动的影响 168 4.3 石墨烯孔隙中CH4 传输机制 170 4.3.1 驱动力对流动的影响 170 4.3.2 壁面粗糙度对CH4 吸附运移行为的影响 173 4.4 页岩有机质纳米孔道注CO2 流体三维空间演化规律 183 4.4.1 注入压差对界面行为影响 184 4.4.2 驱替过程轨迹图 186 4.4.3 CO2 注入量和CH4 残余量随时间的变化关系 187 参考文献 188 第5章 页岩气藏注CO2 多组分数学模型 190 5.1 基本假设条件 191 5.1.1 页岩气井注CO2 开采基本物理模型 191 5.1.2 物理模型的基本假设条件 191 5.2 多组分数学模型的建立 192 5.2.1 微纳孔隙中多组分流体的运输 192 5.2.2 裂缝中多组分流体的运输 192 5.2.3 页岩气藏注CO2 多组分综合渗流数学模型 193 5.3 定解条件 194 5.3.1 初始条件 194 5.3.2 外边界条件 194 5.4 数学模型中特殊参数的处理 195 5.4.1 多组分流体物性的计算 195 5.4.2 井模型的处理 202 参考文献 206 第6章 页岩气藏注CO2 数值模型及求解方法 208 6.1 非结构网格生成及空间离散 209 6.1.1 非结构网格类型 209 6.1.2 非结构网格生成方法 211 6.1.3 插值函数及选择 213 6.2 控制体积有限元法基本原理 218 6.2.1 控制体积有限元法的发展历程 218 6.2.2 控制体积有限元法的基本原理 220 6.3 全隐式数值模型的建立 224 6.3.1 多组分数学模型的单元离散 224 6.3.2 单元数值模型的组装 229 6.3.3 全隐式数值模型 236 6.3.4 线性代数方程组的求解 238 6.4 CO2 压裂与压后生产一体化模拟 242 6.4.1 裂缝扩展数学模型的建立 242 6.4.2 裂缝扩展数学模型的求解与验证 253 6.4.3 CO2 压裂与压后生产一体化模拟 257 参考文献 274 第7章 页岩气藏注CO2 提采封存模型的应用 276 7.1 CO2 压裂及压后注采数值模拟方法应用 277 7.1.1 压后衰竭开采模式应用 277 7.1.2 压后单井注CO2 吞吐模式应用 280 7.1.3 压后两井注采模式应用 286 7.2 水力压裂及压后注CO2 数值模拟方法应用 292 7.2.1 在双压裂井注采模型中的应用 292 7.2.2 在单井注CO2 吞吐模型中的应用 296 7.2.3 在现场井注CO2 吞吐开采中的应用 300 参考文献 308