页岩气是以甲烷为主要成分的多种烃类气体的混合气体,其中吸附态占20%~85%。然而,由于页岩有机质结构复杂,页岩气在基质与孔缝中的吸附规律并不清楚。本文根据页岩干酪根的分子结构及扫描电镜(SEM)实验构建三种类型干酪根分子模型,利用巨正则蒙特卡洛方法(GCMC)和分子动力学方法(MD)研究甲烷及二氧化碳在干酪根中的吸附行为,并用实验数据对模型进行了验证。探讨了温度、干酪根类型、比表面积、二氧化碳以及含水量等对甲烷在页岩干酪根中吸附的影响,揭示甲烷在页岩干酪根中微观吸附机理。研究结果表明:甲烷在三种干酪根中吸附量大小顺序为Ⅰ型<Ⅱ型<Ⅲ型,干酪根的化学结构对甲烷的吸附有重要影响;温度越高,甲烷吸附量越小,甲烷在干酪根中吸附属于物理吸附;二氧化碳在不同温度下吸附能力均大于甲烷;水分子更倾向于吸附在干酪根基质内,随着含水量的增加,干酪根基质孔隙体积减小,甚至分裂成无效孔隙。此外,与干酪根基质相比,水分子对狭缝表面二氧化碳和甲烷的吸附能力影响不大,含水量升高,甲烷解吸量减小。本文从分子角度研究了页岩干酪根内甲烷的微观吸附机理,以期为页岩气井的生产动态分析及产能预测提供理论基础,为指导页岩气藏高效开发提供理论依据。