页岩气储量丰富,分布广泛,是一种具有巨大潜力的非常规能源。但与常规油气开采的研究相比,页岩气的相关研究相对较少,一方面是页岩气开采历史较短,另外一方面页岩储层致密,渗透率和孔隙度极低,微观效应明显,常规实验方法研究内容有限,并且实验结果误差大,因此需要新的研究方法和理论。利用分子模拟的方法,构建页岩纳米孔隙模型,研究了压力、温度、孔径对甲烷在页岩中赋存、运移等微观状态的影响。研究结果表明,由于吸附的影响,页岩纳米孔中甲烷的平均密度大于相同条件下体相甲烷的密度,303K时,10MPa的2nm有机质孔中甲烷的密度约为170kg/m³,而体相密度为74kg/m³,二者的差值随压力升高先增大后减小,并且介质的吸附能力越强,差值越大;页岩纳米孔中的甲烷呈现非均匀分布,在介质表面形成吸附层,吸附层具有一定的厚度和密度;提出了考虑吸附层的页岩气储量计算模型,在计算的实例中,是否考虑吸附层,二者的计算结果误差为0²6%,具体与压力、吸附能力有关;对页岩气降压开采进行模拟,结果显示,随着压力的降低,不同孔径中甲烷的采出程度不同,当压力从40MPa降到10MPa,1nm孔隙中CH₄的采出程度约为35%,4nm孔隙中CH₄的采出程度约为63%,大孔隙中的甲烷随压力的降低逐渐被采出,小孔隙中的甲烷在压降之初,采出程度较低,主要是在低压时被采出;CO₂和CH₄存在竞争吸附关系,CO₂的吸附量远大于CH₄的吸附量,吸附热均小于42kJ/mol,都属于物理吸附;CH₄在受限空间中的扩散系数小于非受限空间中的扩散系数,相同条件下,CO₂的扩散系数小于CH₄的扩散系数;甲烷在页岩纳米中运移是多种机制共同作用的结果,包括Kn扩散、表面扩散、滑脱等,不同压力、温度、孔径下,各个因素对总的流量通量的影响也不同,孔隙越小,扩散和滑脱作用越明显,但随着压力的升高,其所占比例会下降。