[發明專利]一種頁巖油藏干酪根膨脹行為的分子模擬方法

有效

• 申請號: 202011164897.3
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112414890B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 黃亮;周文;王璐;徐浩;周秋媚;鄒杰
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: G01N7/04
• 分類號: G01N7/04;G01N25/16
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 茍銘

1.一種頁巖油藏干酪根膨脹行為的分子模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.模擬裝置初始化

確定裝置初始模擬盒子尺寸，其中x和y方向的尺寸設定為最終目標值，z方向的尺寸設定為足夠大；向初始模擬盒子里投放一定數量的干酪根分子和不同尺寸的虛粒子；將模擬盒子在z方向的兩個端面分別與活塞和石英層結合，形成初始化的模擬裝置；

S2.模擬裝置凝聚化

在模擬裝置的活塞上沿z方向施加一定的壓縮作用力，模擬NPT系綜中的壓力，基于嚴格的退火模擬流程開展干酪根基質的結構馳豫，使干酪根基質發生凝聚；模擬裝置在x和y方向的尺寸保持固定，在z方向的尺寸隨模擬逐漸減小并達到平衡；

S3.模擬裝置定型化

針對步驟S2中達到凝聚化的模擬裝置，將活塞延z方向拉伸一定距離形成過剩流體區，將系統中的虛粒子刪除形成干酪根內部不規則大孔隙，然后將模擬系統在NVT系綜下進行結構馳豫，消除應力集中；接著圍繞干酪根內部不規則大孔隙四周選取一定數量的碳骨架原子進行固定，固定原子的位置在隨后的模擬過程中始終保持不變，目的是防治大孔隙在膨脹模擬過程中發生崩塌；對固定原子的位置和濃度進行優化調整，使得固定原子既能有效保存大孔隙，又能對干酪根膨脹率產生較小的影響；構建的微觀模擬裝置由石英層、干酪根基質、過剩流體區和活塞片順次結合，可最大化程度還原干酪根試管膨脹實驗的物理過程，其中石英層代表實驗測試中的試管底部，模擬過程中保持固定；干酪根基質對應于實驗中緊密堆積的粉末樣品；過剩流體區實現干酪根和過剩液體分子的接觸，進而實現干酪根的充分膨脹；活塞片中在膨脹過程中通過添加外部作用力，反映實驗測試中的外部環境壓力；

S4.干酪根膨脹模擬

基于步驟S3構建的干酪根膨脹微觀模擬裝置，采用提出的幾何限制插入-分子動力學耦合方法開展干酪根的膨脹模擬，模擬過程中在活塞上施加對應于實驗環境壓力的外部作用力；

S5.液體分子賦存和干酪根膨脹的耦合機理分析

聯合微觀模擬裝置中的初始流體分布以及膨脹平衡后的流體分子分布，定量區分液體分子的不同賦存形式，結合步驟S4中的干酪根膨脹率，分析干酪根膨脹和流體分子賦存形式間的耦合關系。

2.根據權利要求1所述的一種頁巖油藏干酪根膨脹行為的分子模擬方法，其特征在于，步驟S4中，所述的幾何限制插入的方法，依據未被占據的孔隙空間判斷流體分子是否能夠成功插入，當孔隙中剩余空間能夠容納更多的流體分子，則插入新的流體分子，否則則認為孔隙空間已飽和流體分子。

3.根據權利要求1或2所述的一種頁巖油藏干酪根膨脹行為的分子模擬方法，其特征在于，步驟S4中，所述的干酪根膨脹模擬的具體過程為：

(1)記錄干酪根未膨脹前的初始高度，采用幾何限制的流體插入技巧在干酪根膨脹微觀模擬裝置中的過剩流體區和干酪根基質以及大孔隙中飽和流體分子；

(2)接著暫停流體插入過程，采用分子動力學方法實現干酪根和流體分子的平衡馳豫；

(3)然后暫停分子動力學過程，再次運用流體插入技巧飽和過剩流體區以及干酪根大孔隙；

重復步驟(2)和(3)，直到不能成功插入新的流體分子，則表明干酪根膨脹達到平衡，記錄此時的干酪根基質高度，結合干酪根初始高度，計算干酪根膨脹率。

4.根據權利要求1所述的一種頁巖油藏干酪根膨脹行為的分子模擬方法，其特征在于，步驟S5中，具體的過程為：基于干酪根中的初始流體分子分布，確定干酪根中流體分子的體相量，并由體相量邊界劃定溶解相量統計的物理邊界；基于膨脹平衡后的流體分子分布，確定干酪根中總的流體分子量，并由干酪根膨脹后的基質前緣劃定溶解相量統計的另一物理邊界；從總的流體分子量中減去體相量，得到干酪根中流體分子的吸著量，包括大孔隙表面的吸附量以及干酪根基質內的溶解量；由劃定的溶解相量統計的物理邊界，確定干酪根中流體分子的溶解相量；從流體分子的吸著量中減去溶解相量，得到干酪根中的流體分子的吸附量。