分子模拟助溶剂在硅氧烷类SC-CO2压裂液中的助溶行为研究

超临界二氧化碳压裂液体系由于黏度低，一般选用加入增稠剂的方法来克服携砂效率低的难题。硅氧烷类增稠剂具有低内聚能和良好的增黏性被广泛地选用，但是使用时需要添加助溶剂提高溶解效果。因此，选用被广泛使用的聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为研究对象，利用分子模拟研究了甲醇、甲苯和环己烷等助溶剂的加入对聚二甲基硅氧烷在SCCO₂体系中溶解行为的影响。基于溶剂-溶剂和溶剂-溶质的结合能、径向分布函数和内聚能密度等参数，对比分析了极性助溶剂和非极性助溶剂对聚二甲基硅氧烷在超临界二氧化碳压裂液体系中的助溶效果。分子模拟结果表明，在相同助溶剂含量下，甲醇与溶剂体系溶解度参数差值小于0.5，助溶效果优于甲苯和环己烷。结论分析认为，使用助溶剂提高PDMS在SC-CO₂中溶解度的实质是CO₂与PDMS聚合物分子间作用力、CO₂与助溶剂分子间作用力以及PDMS聚合物与助溶剂分子间作用力的平衡。因此，当硅氧烷类增稠剂本身为非极性材料时，推荐采用甲苯作为助溶剂。若硅氧烷类材料具有一定弱极性时，采用甲醇最为适合。