CO₂地质封存是减缓温室气体CO₂排放的有效手段,深部盐水层是其最主要的储体之一。在CO₂封存过程中,储层岩石表面的润湿特性决定了封存的安全性。当CO₂封存失效发生泄漏时,CO₂与水在岩石孔隙中形成多相流动。因此,研究储层流体与岩石间的流固界面性质以及孔隙中CO₂与水的多相流动特性,对CO₂有效封存具有重要意义。分子动力学模拟（Molecular Dynamics Simulation,简称MD模拟）是物理化学过程机理研究的重要工具,可观测到实验难以测得的微观结构及特征,是研究岩石表面微观特征（羟基化程度）对润湿特性影响以及纳米孔隙中多相流动特性的重要方法。本文首先利用MD模拟的方法开展了 CO₂封存条件下（330 K、20 MPa）岩石表面羟基化程度对岩石润湿特性的影响研究。对CO₂气氛中,H₂O在不同羟基化程度岩石表面形成的液滴形状进行计算与分析,并以接触角反映润湿特性。结果发现,随着羟基化程度由0%升高至50%,接触角由110.24°降低至14.56°;当羟基化程度由50%升高至75%时,接触角有3.22°的小幅上升;当羟基化程度继续升高至100%时,接触角又有6.06°的小幅降低。通过对分子间受力分析可知,羟基化程度对岩石润湿特性的影响是库仑作用与氢键的共同效果。氢键的作用不仅包括羟基与水分子之间的氢键,岩石表面羟基之间形成氢键也是其组成部分,前者对表面润湿性起促进作用,后者为抑制作用。其次,本文开展了 330 K、20 MPa条件下,纳米岩石孔隙内CO₂与H₂O分布的MD模拟研究,分析了 CO₂与H₂O体相密度、界面分子平均取向角度、界面径向分布等参数的变化规律,探讨了羟基化程度对孔隙内CO₂与H₂O分布的影响。结果表明,CO₂与H₂O在孔隙中以体相形式分层存在,仅有极少的CO₂溶解于水中;在孔隙中不存在羟基的岩石表面侧,仅有CO₂存在;在孔隙中存在羟基的岩石表面侧,H₂0在其表面均形成水层,水层厚度受羟基化程度影响,羟基化程度越高,水层越厚;在CO₂与H₂O的体相中,分子随机分布;在CO₂-H₂O界面处,CO₂倾向于平行排布,H₂O偶极矩则倾向于指向于CO₂侧;在CO₂-岩石界面处,CO₂倾向于倾斜排布;在H₂0-岩石界面处,羟基化程度为25%的表面附近,H₂O偶极矩倾向于指向水侧,其余界面处,水分子均倾向指向于岩石表面侧,且越靠近岩石表面,倾向越明显。最后,本文以表面羟基化程度相同的岩石构成纳米孔隙,利用MD模拟的方法研究了压力驱动下,纳米孔隙内H₂0单相流动及C02-H₂0多相流动的流动特性。结果表明,孔隙内单相或多相流动时,各流体的平均速度与驱动压力之间均呈一次线性关系,符合达西定律,且相同条件下C02流动速度比H₂0高;H₂0单相流动速度沿着孔隙高度方向呈抛物线形式对称分布,靠近岩石壁面处流动速度低,而中心位置处速度高。CO₂-H₂O多相流动时,CO₂与H₂O速度分布规律与H₂O单相流动相同,距离壁面越近,速度越低;位于孔隙中部的CO₂受壁面影响可忽略不计,仅受附近水分子吸引力,符合泊肃叶单相流动定律;位于岩石表面的H₂0不仅受岩石壁面吸引作用,还受到中间CO₂分子的吸引作用,使得H₂0在CO₂-H₂0界面附近的速度较高。