「千人計劃」專家陳掌星教授團隊在納米尺度水傳輸研究中取得重大突破進展

近日，中國石油大學（北京）「千人計劃」 國家特聘專家陳掌星教授研究團隊在納米尺度水傳輸研究中取得重大突破進展，該成果於2017年3月13日以

Wettability effect on nanoconfined water flow為題

發表於國際頂級期刊PNAS雜誌(論文詳情見文末）。

該研究成果由團隊成員吳克柳副研究員、陳掌星教授、李相方教授、東曉虎講師、李靖和徐金澤博士生合作完成。合作單位包括中國石油大學（北京）和加拿大卡爾加里大學（University of Calgary）。陳掌星教授為通訊作者，吳克柳副研究員為第一作者。

納米孔水流動是海水淡化、生物醫學、能源捕集、地質過程等領域的科學研究和工程應用的核心，然而其流動機理和模擬仍存在很多挑戰。在該項研究中，陳掌星教授等人首先揭示了納米孔水傳輸機理，基於有效滑脫長度的概念，首次提出了納米孔水傳輸解析模型，並用該模型成功預測了單納米孔水傳輸量。結果表明，納米孔尺度和潤濕性影響水傳輸機理和傳輸量；納米孔水傳輸能力是體相水的10-1~107倍。該研究成果為納米孔水傳輸量的準確預測提供了簡單方便的工具，同時，還成功解決了室內實驗和分子模擬中水傳輸能力研究結果一直以來存在相互矛盾的爭議。

Schematic representation of water flow in nanopores.

PNAS 2017

另外，陳掌星教授研究團隊在納米材料超臨界甲烷存儲研究中也取得了重大突破進展，該成果

於2016年9月15日以發表於Scientific Reports（論文信息見文末）。

該研究成果由團隊成員吳克柳副研究員，陳掌星教授，李相方教授和東曉虎講師合作完成。合作單位包括中國石油大學（北京）和加拿大卡爾加里大學。陳掌星教授為通訊作者，吳克柳副研究員為第一作者。

納米材料具有尺寸小、比面大等特殊性質，因此，超臨界甲烷在其中的存儲行為異常複雜，顯著區別於體相甲烷。近年來，頁岩氣大規模開發，富含納米孔頁岩中甲烷存儲和以天然氣為燃料的汽車甲烷存儲等研究對頁岩氣經濟高效的開發和利用具有重要的指導作用。在該項研究中，陳掌星教授等人在充分理解納米孔甲烷存儲機理的基礎上，通過捕獲甲烷存儲的限域效應和表徵甲烷分子之間和甲烷分子與納米材料壁面間的作用力，首次提出了納米材料中超臨界甲烷狀態方程，並運用該方程成功預測了納米材料超臨界甲烷的存儲行為。該研究成果為頁岩氣儲量評價和汽車天然氣存儲材料的優化設計提供了理論基礎。

此外，陳掌星教授研究團隊於2015年3月27日發表於化工綜合性國際頂級期刊《美國化學工程會刊》（AIChE Journal）上的論文「A model for gastransport in microfractures of shale and tight gas reservoirs」，近日被評為該期刊2015年度高引用論文（Top cited AIChE Journal papers from 2015）。吳克柳副研究員為論文第一作者。

頁岩氣和緻密砂岩氣藏廣泛發育微裂縫，其開度多在納微米級，因此微裂縫氣體傳輸機理異常複雜。在該項研究中，陳掌星教授等人基於滑脫流動和努森擴散，分別以分子之間碰撞頻率和分子與壁面碰撞頻率佔總碰撞頻率的比值作為滑脫流動和努森擴散的權重係數，耦合這兩種傳輸機理，建立了微裂縫氣體傳輸模型。結果表明，模型成功模擬了微裂縫中所有氣體傳輸機理，包括連續流動，滑脫流動和過渡流動；微裂縫形狀和尺度顯著影響氣體傳輸。該研究成果為頁岩氣和緻密砂岩氣的氣體傳輸，數值模擬和生產預測奠定了理論基礎。

通訊作者簡介

陳掌星博士，現為石大石油工程學院油氣田開發工程專業博士生導師，教育部「長江學者」講座教授，中組部「千人計劃」國家特聘專家，加拿大卡爾加里大學終身教授，國家講席教授（加拿大最高教授級別）、非常規油氣首席科學家、IT首席科學家、斯倫貝謝數值模擬和可視化中心主任、卡爾加里大學非常規油氣研發中心(北京)主任。自美國普渡大學博士畢業後，在美國普渡大學、美國明尼蘇達大學、美國德州農機大學、美孚石油公司、美國南美以美大學、加拿大卡爾加里大學等大學工作。陳掌星教授主要研究領域為油藏工程和數值模擬，發表相關論文600篇，出版著作17部，在國際會議作特邀學術報告354次，是10多種國際雜誌編委。

陳掌星博士

第一作者簡介

吳克柳博士，現為加拿大卡爾加里大學副研究員。2008年獲得中國地質大學（武漢）石油工程學士學位，2013年獲得中國石油大學（北京）油氣田開發工程博士學位，2013-2016年卡爾加里大學博士後。長期從事非常規油氣藏流體相態和流動的研究。開發的納米尺度流體相態和流動模型為非常規油氣藏儲量和產能的準確模擬和預測、開發方案的優化等奠定了理論基礎，同時該成果已被加拿大卡爾加里大學、美國德州農機大學、美國塔爾薩大學等研究同行採用，廣泛應用於非常規油氣藏數值模擬中。已發表期刊論文62篇，國際會議論文36篇。

吳克柳博士

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！