Molecular Dynamics Investigation of the Various Atomic Force Contributions to the Interfacial Tension at the Supercritical CO<sub>2</sub>–Water Interface
Notice bibliographique
Résumé
Sequestration of carbon dioxide (CO(2)) in deep, geological formations involves the injection of supercritical CO(2) into depleted reservoirs containing fluids such as brine or oil. The interfacial tension (IFT) between supercritical CO(2) and the reservoir fluid is an important contribution to the sequestration efficiency. In turn, the IFT is a complex function of the reservoir fluid phase composition, the molecular structure of each reservoir fluid component, and environmental conditions (i.e., temperature and pressure). Molecular dynamics simulations can be used to probe the dependence of the IFT on these factors, since the IFT can be calculated directly from the simulated atomic forces and velocities at system equilibrium using the mechanical definition of the IFT. Here, we examine the contribution of each type of atomic force to the IFT, including bonded and nonbonded forces, as quantified by the anisotropy of the atomic virial tensor. In particular, we first examine a supercritical CO(2)-pure liquid water interface, at typical reservoir conditions (temperature of 343 K and pressure of 20 MPa), as a reference state against which CO(2)-brine systems can be compared. In this system, we note that the interactions between water molecules and between CO(2) molecules ("self" interactions) contribute positively to the IFT, while the interactions between water and CO(2) molecules ("cross" interactions) contribute negatively to the IFT. We find that the magnitude of the water "self" interactions is the dominant contribution. In terms of specific types of forces, we find that nonbonded electrostatic (QQ), bonded angle-bending, and bonded bond-stretching interactions contribute positively to the IFT, while nonbonded Lennard-Jones (LJ) interactions contribute negatively to the IFT. We also find that the balance between the LJ interactions and the bond-stretching interactions, in particular, plays a significant role in determining the magnitude of the IFT. Using orientational probability distribution functions to study molecular ordering about the interface, we find that the CO(2) molecules prefer to lie parallel to the interface at the Gibbs dividing surface (GDS) and that both the CO(2) and the water molecules are more ordered at the GDS than in the bulk. Finally, we present an initial study of a CO(2)-brine system with CaCl(2) as the model salt at a concentration of 2.7 M. We quantify the effect of the salt on the molecular orientation of water, and show that this effect leads to an increase in the IFT, relative to the CO(2)-water system, which is consistent with experimental measurements.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».