Insight into mass transfer mechanism of CO2–N2 mixed gas with oil

传质 分数(化学) 质量分数 摩尔质量 化学 萃取(化学) 提高采收率 分子动力学 传质系数 烷烃 摩尔分数 质量守恒 碳氢化合物 过程(计算) 原油 化学工程 摩尔比 热力学 化石燃料 石油工程 材料科学 分子质量 响应面法 碳氢化合物混合物 多孔性 规整包装 表征(材料科学)
作者
Jiahao Gao,Yang Zhang,Ming-Yuan Wang,Ke Zhang,Ning-Hong Jia,Wei-Feng Lyu
出处
期刊:Petroleum Science [Elsevier BV]
标识
DOI:10.1016/j.petsci.2026.03.060
摘要

The appropriate selection of CO 2 –N 2 mixed gas is critical for cost-effective and efficient gas flooding in enhanced oil recovery. Optimizing this process requires a molecular-level understanding of the interfacial mass transfer mechanisms and their governing factors. This study employs molecular dynamics simulations to reinvestigate the classical surface renewal theory from a molecular perspective, developing a quantitative characterization method for the renewal frequency of surface voids, and to elucidate the underlying micro-mechanisms of interfacial mass transfer. It was found that the renewal frequency of surface voids serves as the dominant factor influencing mass transfer, governed by the competition between the gas–oil interaction and the oil–oil interaction. The crude oil extraction efficiency improves with a higher CO 2 molar fraction in the mixed gas. A critical molar fraction (CMF) of CO 2 was identified for different alkane systems, beyond which the mass transfer performance enhances significantly. Crude oils with heavier components are associated with higher CMF values. These results are attributed to the higher molecular density and stronger gas–oil interactions in CO 2 -rich mixed gases. Therefore, optimizing the CO 2 –N 2 mixed gases with a CO 2 fraction above the system-specific CMF can achieve high mass transfer efficiency while enhancing economic feasibility by reducing reliance on pure CO 2 with high economic costs, providing a foundation and molecular-scale insights for designing gas injection processes.

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