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天然气是一种高效、清洁、优质的能源,同时也是一种重要的化工原料。目前,气藏井的勘探开发在我国四川、陕西、新疆等地都有很大进展。在油气井压裂施工增产改造过程中,岩石表面存在许多气体组分和有机相介质,使得采出的天然气组分往往不尽如人意。尽管对于石灰岩油气藏与流体之间的反应研究已经持续了许多年,实验报导的混合气体在岩石表面的吸附顺序和相关机理迄今为止还没有公认的结论。本文以石灰岩油气藏的主要岩石组分方解石为研究对象,采用分子动力学方法考察高温高压条件下气体组分在岩石表面的吸附行为,探讨活性剂改变岩石表面润湿性的微观机理,为油气藏勘探开发提供了基础数据和理论指导。首先,在井下温度373K、压强20MPa的条件下,通过分子动力学模拟,计算了水分子、CO2分子、CH4分子和N2分子在方解石(110)表面的结合能和亥姆霍兹自由能,模拟过程采用NVT系综,模拟时间1ns。研究结果表明气体分子在方解石(110)表面的吸附顺序为:H2O>CO2>CH4>N2。密度分布和径向分布函数分析显示,方解石(110)表面为亲水表面,且水分子在其表面呈现出双层吸附行为,CO2分子表现为单层吸附,CH4分子和N2分子则没有明显的吸附特征。其次,本文选择乙醇为活性剂改变方解石表面的润湿性。在相同条件下,通过对乙醇分子在方解石表面吸附行为的分子动力学模拟,发现在方解石(110)表面乙醇分子排布规律有序,且碳链(CH2-CH3)朝外侧分布,-OH基团朝结晶表面吸附,其中-OH中的O原子向Ca原子靠近,H原子向岩石中的O原子靠近。结合能和径向分布函数的分析表明乙醇分子的吸附性优于水分子,方解石(110)表面被乙醇分子完全覆盖并形成一层紧密的疏水层,改变了方解石的润湿性。最后,在吸附有乙醇分子的方解石表面,采用分子动力学方法研究了水、CO2和CH4三种分子的吸附行为,结果表明水分子结合能显著降低,表现出单层吸附特征,而CO2分子和CH4分子均没有鲜明的吸附特征。由此可以说明,在工业上加入乙醇溶剂突破水锁效应和提高天然气采收率是非常可行的办法。