擴(kuò)散是天然氣突破致密儲(chǔ)層孔隙的最重要途徑，是天然氣運(yùn)移的決定性步驟。深入了解氣體擴(kuò)散過程，開發(fā)能源氣體具有重要意義。

由于地下儲(chǔ)氣庫對(duì)二氧化碳有良好的吸附作用，向煤層中注入二氧化碳一方面可以增加碳甲烷，另一方面可以實(shí)現(xiàn)溫室氣體的地下儲(chǔ)存。由于二氧化碳的注入，儲(chǔ)層中同時(shí)存在兩種以上的氣體，其擴(kuò)散行為不同于單一氣體。

利用分子動(dòng)力學(xué)，研究人員研究了甲烷、二氧化碳及其混合物在煤中的自擴(kuò)散和相互擴(kuò)散行為。分析了氣體分子在分子水平上的自由碳體積和徑向分布函數(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)散起著重要作用。

發(fā)現(xiàn)氣體的自擴(kuò)散系數(shù)受濃度、溫度和組分的影響。氣體的自擴(kuò)散系數(shù)隨濃度的增加而減小，徑向分布函數(shù)表明氣體擴(kuò)散過程中不存在團(tuán)簇現(xiàn)象。研究人員還首次計(jì)算了多組分氣體的擴(kuò)散系數(shù)矩陣。結(jié)果表明，二氧化碳和甲烷的擴(kuò)散是耦合的，耦合強(qiáng)度取決于擴(kuò)散矩陣的非對(duì)角元素。耦合強(qiáng)度隨氣體濃度的增加而降低。

本研究提供了難以實(shí)現(xiàn)或?qū)嶒?yàn)測(cè)量的宏觀多組分?jǐn)U散系數(shù)，并為預(yù)測(cè)氣體運(yùn)移提供了參數(shù)輸入。