A Molecular Simulation Model for Kerogen Reconstruction and Methane Adsorption under Slickwater Exposure

干酪根 甲烷 吸附 矿物学 环境化学 化学 化学工程 环境科学 材料科学 地质学 有机化学 烃源岩 工程类 地貌学 构造盆地
作者
Jun Li,Zhengfu Ning,Qiang Li,Qiming Huang,Gang Wang,Jianhao Wang
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.5c01635
摘要

This study investigates the effect of polyacrylamide (PAM), a key additive in fracturing fluids, on methane (CH4) adsorption in kerogen. An average molecular model of kerogen was constructed based on outcrop shale from the Longmaxi reservoirs in the Sichuan Basin, China. The model was established using organic elemental analysis, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and carbon-13 nuclear magnetic resonance (13C NMR). Molecular dynamics (MD) simulations and grand canonical Monte Carlo (GCMC) methods were employed to systematically evaluate the influence of PAM on CH4 adsorption in kerogen nanopores by analyzing isothermal adsorption curves, relative concentration distributions, and adsorption heat. The reconstructed two-dimensional kerogen model has a molecular formula of C245H300N6O16S5, with a three-dimensional unit cell density of 1.106 g/cm3. Results indicate that at low pressures (<25 MPa), PAM enhances CH4 adsorption by increasing adsorption affinity, whereas at high pressures (>25 MPa), it inhibits CH4 adsorption by occupying pore volume and blocking adsorption sites. These findings reveal the dual role of PAM in modulating CH4 adsorption across varying pressure conditions. This study provides fundamental insights into the microstructure of Longmaxi shale and offers a theoretical basis for optimizing slickwater formulations to enhance shale gas recovery.
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