Wetting behaviors of water on kerogen surfaces from molecular level: Implication for gas extraction and hydrogen storage in shale
Notice bibliographique
Résumé
Shale formations serve as primary reservoirs for natural gas and emerging candidates for hydrogen storage, where the wetting behaviors of organic matter (i.e., kerogen) play a critical role in fluid retention and transport. This study employed molecular dynamics simulations to investigate the pressure-dependent wettability of kerogen surfaces in H2 and CH4 environments under geological conditions (333 K, 10-100 MPa). Results reveal distinct gas-specific mechanisms governing wettability evolution. For CH4-H2O systems, increasing pressure induces a wettability transition from weakly water-wet to gas-wet due to the strong interaction between CH4 and the kerogen surfaces, which results in a smaller gas-solid interfacial tension compared with liquid-solid interfacial tension . Meanwhile, both the reduced gas-liquid and gas-solid interfacial tension contributes to a linear rise in contact angles (88° to 119°). In contrast, H2 exhibits weaker interactions with the kerogen surfaces and experiences a minimal decrease in gas-liquid interfacial tension, thus presenting persistently water-wet characteristics (53° to 69.5°) even at 100 MPa. Crucially, the Young-Laplace equation remains valid at the nanoscale, as evidenced by direct capillary pressure measurements aligning with theoretical predictions, confirming classical interfacial thermodynamics govern nanoconfined fluid behavior. These mechanistic insights elucidate how gas-specific molecular interactions dictate shale wettability, providing a physicochemical basis for optimizing CH4 recovery through pressure-managed wettability alteration and ensuring H2 storage security in hydrophobic kerogen network. Document Type: Original article Cited as: Zhang, M., Huang, J., Wang, H., Niu, W. Wetting behaviors of water on kerogen surfaces from molecular level: Implication for gas extraction and hydrogen storage in shale. Capillarity, 2025, 14(3): 72-81. https://doi.org/10.46690/capi.2025.03.02
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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 | 0,000 |
| 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 | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| 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 ».