SC-CO2对地层水在岩石表面润湿行为影响的分子模拟

• 作 者: 杨杰
• 出 处: 中国石油大学(华东)
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 超临界二氧化碳 分子动力学 润湿行为

本文首先采用分子动力学（MD）方法研究了在不含CO₂时,不同NaCl浓度的水团簇在石英表面的润湿行为,模拟总结了水团簇润湿角的变化规律以及NaCl对润湿角的影响机制。结果表明:NaCl能降低水团簇对石英表面的润湿程度,强亲水的石英表面随NaCl浓度的增大向弱亲水转化。水团簇的润湿角随NaCl浓度的增加而增大并在浓度大于19.6%时几乎不发生变化。Na+、Cl-与水分子之间的平均作用势指出粒子间的结合能垒远大于解离能垒,引起水分子聚集在Na+、Cl-周围而增强了盐水团簇的聚集能力,这将导致润湿角的增大。石英表面对水分子的吸附能随着NaCl浓度的增加而减少,并且在浓度大于19.6%之后吸附能的变化不大,这和润湿角的变化趋势是一致的。当加入CO₂后,针对典型的地层温度,采用分子动力学模拟方法研究了CO₂密度（压力）变化对CO₂-水-石英体系的润湿角并分析了CO₂改变石英润湿行为的微观作用机制。研究结果表明:润湿角随CO₂密度（压力）增大出现先增大而后逐渐趋于一个常数,石英表面由强亲水向弱亲水转变;在CO₂对水团簇的作用过程中,CO₂可以将强亲水石英表面的水分子层破碎为多个水团簇,增大了CO₂在石英表面的吸附量,能够有效地降低CO₂的泄漏风险,并且CO₂可以降低地层岩石的润湿性,有利于将地层水从地层驱替出来,增大了CO₂的埋存空间。随后,在CO₂-水-石英体系中加入NaCl,采用分子动力学模拟方法研究了CO₂密度（压力）变化对CO₂-盐水-石英体系的润湿角并分析了CO₂改变石英润湿行为的微观作用机制。研究发现:水团簇润湿角随着CO₂密度（压力）增大而增大,随后趋于一个常数值,但趋于的常数值要大于不含离子时的数值,并可将水团簇从疏水石英表面剥离。当CO₂密度增大时,CO₂在石英表面的吸附能力以及CO₂对水团簇的作用能力增强,水团簇内部的氢键数目出现先增大后降低,导致润湿角随密度增高逐渐趋于一个常数。水团簇中在加入离子后的内部聚集能力增强以及CO₂在石英表面的吸附能力增强,导致水团簇铺展程度降低,润湿角增大。