擴(kuò)散是氣體從致密儲(chǔ)層微孔中進(jìn)入裂隙的主要方式，是氣體運(yùn)移的決速步驟，對(duì)氣體擴(kuò)散過程的深入理解以及能源氣體開發(fā)有重要意義。

　由于地下儲(chǔ)層對(duì)二氧化碳良好的吸附性，向煤層中注入二氧化碳一方面可增加煤層氣，另一方面可實(shí)現(xiàn)溫室氣體的地下封存。由于二氧化碳的注入，使得儲(chǔ)層中同時(shí)存在兩種以上的氣體，其擴(kuò)散行為不同于單種氣體的擴(kuò)散。

　科研人員利用分子動(dòng)力學(xué)研究了甲烷和二氧化碳單組份氣體及其混合氣體在煤中的自擴(kuò)散和互擴(kuò)散行為。分析了分子水平上煤的自由體積和氣體分子徑向分布函數(shù)，發(fā)現(xiàn)自由體積的大小和空間分布對(duì)氣體分子的擴(kuò)散起著重要的作用。

　研究發(fā)現(xiàn)，氣體的自擴(kuò)散系數(shù)受到濃度、溫度和組分的影響。隨著濃度的增大氣體的自擴(kuò)散系數(shù)減小。徑向分布函數(shù)表明，擴(kuò)散過程中氣體沒有團(tuán)簇現(xiàn)象。科研人員還首次計(jì)算了多組分氣體擴(kuò)散系數(shù)矩陣，結(jié)果表明二氧化碳和甲烷擴(kuò)散相互耦合，其耦合強(qiáng)度取決于擴(kuò)散矩陣的非對(duì)角元素，耦合強(qiáng)度隨著氣體濃度的增加而下降。

　這一研究提供了實(shí)驗(yàn)上難以達(dá)到條件或難以測(cè)量的宏觀多組分?jǐn)U散系數(shù)，為預(yù)測(cè)氣體運(yùn)移提供參數(shù)輸入。