Estudios de simulación molecular de CO₂-CH₄-H₂O Fluidos geológicos ternales en confinamientos de arcilla

Área de la Ciencia:

• La geoquímica es la geoquímica.
• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Ingeniería Química Ingeniería Química.

Sus antecedentes:

• Comprender las mezclas de CO2-CH4-H2O en las capas intermedias de arcilla es vital para la recuperación de petróleo / gas mejorada por CO2 y el secuestro subterráneo.
• Las capas intermedias de arcilla juegan un papel importante en los procesos geoquímicos que involucran estas mezclas de gases.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y validar nuevos modelos moleculares para mezclas de CO2-CH4-H2O dentro de las capas intermedias de Na-montmorillonita.
• Investigar el comportamiento de adsorción de CO2, CH4 y H2O bajo condiciones variables relevantes para el almacenamiento geológico.

Principales métodos:

• Optimización de los parámetros de Lennard-Jones para mezclas binarias utilizando simulaciones de conjunto de Gibbs Monte Carlo (GEMC).
• Aplicación de las simulaciones del gran canon Monte Carlo (GCMC) y de dinámica molecular (MD) para mezclas ternaras en capas intermedias de arcilla.
• Cálculo de los potenciales químicos utilizando la teoría estadística de fluidos asociados (SAFT-LJ) con referencia a los potenciales de Lennard-Jones.

Principales resultados:

• Los modelos moleculares optimizados demuestran una buena transferibilidad de los sistemas binarios a los ternales.
• Las simulaciones GCMC determinaron el equilibrio de la distancia basal y las concentraciones de especies bajo diferentes humedades relativas y fracciones molares de CO2/CH4.
• Las tendencias pronosticadas de absorción de CO2 se alinean bien con los datos experimentales de espectroscopia infrarroja in situ, particularmente en el estado de hidratación de las dos capas.

Conclusiones:

• Los modelos moleculares desarrollados proporcionan predicciones precisas para las mezclas de CO2-CH4-H2O en Na-montmorillonita.
• La intercalación de agua bajo una alta humedad relativa suprime la absorción de CO2 y CH4.
• La Na-montmorillonita exhibe una adsorción preferente del CO2 sobre el CH4.