[發(fā)明專利]天然氣水合物的彈性波波速確定方法、裝置和設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010070119.1
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111221039B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈冀輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)(北京)
• 主分類號: G01V1/30
• 分類號: G01V1/30
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 周達(dá);劉飛

1.一種天然氣水合物的彈性波波速確定方法，其特征在于，包括：

獲取目標(biāo)溫度、目標(biāo)壓強(qiáng)、彈性變形區(qū)間和天然氣水合物的第一晶體結(jié)構(gòu)；

在所述目標(biāo)溫度和所述目標(biāo)壓強(qiáng)下，對所述第一晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行平衡處理，得到平衡后的第二晶體結(jié)構(gòu)和所述第二晶體結(jié)構(gòu)的密度；其中，所述第二晶體結(jié)構(gòu)是在不施加外力做功的情況下，使所述第一晶體結(jié)構(gòu)從非平衡狀態(tài)達(dá)到在所述目標(biāo)溫度和目標(biāo)壓強(qiáng)條件下的平衡狀態(tài)所得到的晶體結(jié)構(gòu)；在所述目標(biāo)溫度和所述目標(biāo)壓強(qiáng)下，對所述第一晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行平衡處理，包括：設(shè)置特征參數(shù)；控制所述第一晶體結(jié)構(gòu)中所有分子的鍵長和鍵角并采用周期性邊界條件控制所述第一晶體結(jié)構(gòu)在橫向、縱向和豎向上的邊界，基于所述特征參數(shù)對所述第一晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行平衡處理；

在所述目標(biāo)溫度下、在所述彈性變形區(qū)間內(nèi)分別向所述第二晶體結(jié)構(gòu)施加軸向應(yīng)變和剪切應(yīng)變，進(jìn)行非平衡分子動(dòng)力學(xué)模擬，得到所述第二晶體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系；

根據(jù)所述應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，確定彈性常數(shù)；

根據(jù)所述彈性常數(shù)和所述第二晶體結(jié)構(gòu)的密度，計(jì)算彈性波在所述第二晶體結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)的波速。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在獲取所述天然氣水合物的第一晶體結(jié)構(gòu)之前，還包括：

根據(jù)天然氣水合物晶胞，確定天然氣水合物中各個(gè)原子的位置信息；

根據(jù)所述天然氣水合物中各個(gè)原子的位置信息，分別在橫向、縱向和豎向上進(jìn)行等量擴(kuò)充，得到天然氣水合物的初始晶體結(jié)構(gòu)；

利用最速下降法對所述初始晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行校正，得到所述天然氣水合物的第一晶體結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述目標(biāo)溫度下，在所述彈性變形區(qū)間內(nèi)分別向所述第二晶體結(jié)構(gòu)施加軸向應(yīng)變和剪切應(yīng)變進(jìn)行非平衡分子動(dòng)力學(xué)模擬，包括：

設(shè)置特征參數(shù)；

基于所述特征參數(shù)，在所述彈性變形區(qū)間內(nèi)向所述第二晶體結(jié)構(gòu)施加軸向應(yīng)變進(jìn)行非平衡分子動(dòng)力學(xué)模擬，其中，所述軸向應(yīng)變作用于所述第二晶體結(jié)構(gòu)中與橫向垂直的面元上，并且所述軸向應(yīng)變的方向平行于所述橫向；

基于所述特征參數(shù)，在所述彈性變形區(qū)間內(nèi)向所述第二晶體結(jié)構(gòu)施加剪切應(yīng)變進(jìn)行非平衡分子動(dòng)力學(xué)模擬，其中，所述剪切應(yīng)變作用于所述第二晶體結(jié)構(gòu)中與豎向垂直的面元上，并且所述剪切應(yīng)變的方向垂直于于所述豎向，平行于所述橫向。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述特征參數(shù)包括以下至少之一：力場參數(shù)、目標(biāo)溫度、目標(biāo)壓強(qiáng)、分子之間相互作用參數(shù)、長程作用力參數(shù)、模擬時(shí)間步長和模擬時(shí)間總長度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，按照以下公式，根據(jù)所述彈性常數(shù)和所述第二晶體結(jié)構(gòu)的密度，計(jì)算彈性波在所述第二晶體結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)的波速：

其中，V_P為彈性波在所述第二晶體結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)的縱波速度；V_S為彈性波在所述第二晶體結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)的橫波速度；K、G分別為所述第二晶體結(jié)構(gòu)的體積模量和剪切模量；ρ為所述第二晶體結(jié)構(gòu)的密度；C₁₁、C₁₂、C₄₄為所述彈性常數(shù)；S₁₁、S₁₂、S₄₄為逆彈性常數(shù)。