石油是一种不可再生的重要化石能源,主要被用作燃油和汽油。此外,石油也是许多化学工业产品,如塑料、润滑油、化肥和杀虫剂等的原料,可见我们的生产和生活离不开石油资源。然而随着社会的高速发展,对石油能源的需求不断增加,常规原油被逐渐开采后,其储量和产量逐年减少。与此同时,伴随着勘探技术的发展,越来越多的稠油资源被发现,其储量占石油资源的比例越来越大,稠油的开采能够极大的缓解人类对石油资源的需求,因此具有极高的开采潜力。随着石油资源开采的重心逐渐转向稠油资源,对稠油的研究越来越多,稠油的性质慢慢被人们熟知。稠油具有黏度大,流动性差和组成复杂等特点。研究发现证实沥青质和胶质稠环组分含量高,是导致稠油黏度大的主要原因。沥青质是原油中结构最大、密度最大、极性最强,且具有高表面活性的分子,而胶质的表面活性仅次于沥青质,所以胶质和沥青质极易在复杂的固体表面发生聚集吸附,进而导致稠油堵塞油井和输送管道。因此充分了解稠环分子(沥青质和胶质)之间的相互作用以及在吸附界面上的结构和作用对稠油的开发具有重要意义。通过理论计算化学能够从分子层面研究分子的运动状态,并具有可视化功能,能够帮助我们分析稠油分子在界面上的聚集和吸附行为。本文运用分子动力学模拟研究稠油分子在二氧化硅表面聚合吸附现象,主要内容如下:利用分子动力学模拟体系研究C5Pe分子在具有不同疏水性的二氧化硅表面上的吸附机理,并在分子层面对吸附差异进行分析。模拟过程控制的唯一变量为二氧化硅表面亲疏水基团的比例,生成五个体系被研究:完全亲水性体系,25%疏水性体系,50%疏水性体系,75%疏水性体系和完全疏水性体系。通过可视化和分析软件对聚集体和单分子两种吸附结构进行对比研究。C5Pe与二氧化硅表面的相互作用、氢键以及吸附结构变化被进一步分析。结果证明:在每个体系中均存在平铺吸附和倾斜吸附结构,其中25%疏水性二氧化硅界面的C5Pe倾向于以平铺形式吸附,并且具有更强的吸附稳定性。此外,研究发现平铺吸附C5Pe分子比倾斜吸附C5Pe分子具有更好的吸附稳定性和更高吸附强度。在对C5Pe平铺吸附形成变化的研究中,我们发现C5Pe分子平铺吸附在二氧化硅表面必须克服两个能垒。利用分子动力学模拟研究油滴在不同的亲水性和疏水性二氧化硅表面上的吸附。稠油的组成复杂,在固体表面常以油滴形式吸附,模拟油滴组成首先构建包含三种沥青质分子、六种胶质分子以及八种溶剂轻质油分子的稠油油滴。将相同的油滴分别置于完全亲水的,50%疏水的和完全疏水的二氧化硅的表面上。研究油滴的吸附过程以及沥青质和胶质在油滴中的吸附和聚集机理。油滴吸附过程的结果表明,相对于其他体系的油滴,在完全疏水的体系,稠油滴的质心移动更快,最先吸附在二氧化硅界面。体系达到稳定后,油滴中的沥青质和胶质分子在不同体系中表现出不同的吸附和聚集状态。在完全亲水的表面中,分子通过面对面的堆积相互作用聚集,并垂直吸附在二氧化硅表面上,这种结构有利于模型分子(沥青质和胶质)和二氧化硅表面之间形成更多的氢键。该结果表明,与其他两个体系相比,全亲水体系与沥青质和胶质的相互作用更强。最后通过计算模型分子在二氧化硅表面上的吸附自由能,进一步证明全亲水体系具有更强的吸附能力。