目前,聚丙烯酰胺(PAM)在工业中的应用逐年上升,尤其是在油气开采方面,PAM成为堵水材料,驱油剂和压裂液助剂的重要原料。因此,PAM在地层中的存在状态受到了广泛的关注。很多理论认为PAM可以吸附在岩石表面,但是,传统的实验方法对PAM与岩石相互作用的研究十分有限,多数实验方法仅仅是对PAM的定性研究。本文针对以上问题利用Materials Studio软件,构建了 PAM/α-二氧化硅,PAM/H2O/α-二氧化硅,PAM/碳酸钙和PAM/H2O/碳酸钙四个体系的界面模型,采用分子动力学模拟的方法对PAM与α-二氧化硅和碳酸钙的相互作用能,径向分布函数和浓度分布曲线进行了分析,并对PAM与岩石的相互作用机理进行了研究,研究内容如下:(1)本文研究了 PAM与α-二氧化硅的相互作用能,径向分布函数和PAM在α-二氧化硅(001)面浓度分布曲线,分析了聚合度对PAM与α-二氧化硅之间相互作用的影响,结果表明,当聚合度小于等于40的时候,由于质量对相互作用能的贡献,PAM与α-二氧化硅之间的相互作用能随着聚合度的增加而增加,当聚合度达到50时,分子链蜷缩在一起,与α-二氧化硅的接触面积减小,因此相互作用能减少。直到聚合度大于50的时候,PAM的构型不再发生改变,所以两者的相互作用能保持不变。(2)本文构建PAM/H2O/α-二氧化硅体系的界面模型,并考察PAM溶液的浓度,环境的温度和模拟的时长对PAM与α-二氧化硅之间相互作用的影响,结果表明,随着PAM溶液浓度的升高,吸附在α-二氧化硅表面的水分子数减少,暴露出更多的吸附位点,PAM与α-二氧化硅之间的相互作用能增加。而当环境温度增加时,PAM与α-二氧化硅之间的相互作用能先增加后减少,这主要是因为升高温度使水分子脱离α-二氧化硅表面,增加了 PAM与α-二氧化硅之间的相互作用能,当温度过高时,水分子带动PAM向上运动,使PAM与α-二氧化硅之间的相互作用能减弱。当模拟时长超过1000 ps时,PAM/H20/α-二氧化硅的体系逐渐趋于不稳定状态。(3)研究PAM与不同的碳酸钙晶面的相互作用能,并分析PAM/碳酸钙体系径向分布函数,浓度分布曲线和均方根位移,结果显示当碳酸钙的晶面指数为(011)时,PAM在碳酸钙表面浓度分布较大,PAM与碳酸钙相互作用的概率较大,PAM链的流动性较小。因此,相互作用能最大。(4)构建PAM/H20/碳酸钙体系的界面模型,计算了 PAM与碳酸钙的相互作用能和径向分布函数,结果显示,随着温度的升高,PAM与碳酸钙之间的相互作用能先增加后减少,即在温度为450K时,PAM与碳酸钙的相互作用能最大,这主要是因为在450 K时,水分子脱离碳酸钙表面,因此,碳酸钙中有更多的吸附位点使PAM吸附在碳酸钙上。综上所述,分子模拟能系统的研究PAM与α-二氧化硅和碳酸钙的相互作用,为实验的研究提供了很好的依据。