[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

本發明提供一種頁巖油藏干酪根膨脹行為的分子模擬方法，包括以下步驟：S1.模擬裝置初始化；S2.模擬裝置凝聚化；S3.模擬裝置定型化；S4.干酪根膨脹模擬；S5.液體分子賦存和干酪根膨脹的耦合機理分析。本發明通過構建干酪根膨脹微觀模擬裝置并結合提出的幾何限制插入?分子動力學耦合模擬方法，可以在分子尺度最大化還原干酪根在過剩液烴中膨脹的物理過程，重現實驗測試得到的干酪根膨脹行為并解釋干酪根膨脹的微觀機理。本發明提供的技術方案有利于摸清干酪根在不同液態烴類組分中的膨脹行為以及烴類賦存形式和干酪根膨脹的耦合機理，進而深化對干酪根中化學分離現象的認識，并為頁巖油藏儲量準確評價奠定理論基礎。

技術領域

本發明屬于石油勘探技術領域，具體涉及一種頁巖油藏干酪根膨脹行為的分子模擬方法。

背景技術

頁巖油藏中的各類烴類組分主要由頁巖干酪根分解產生。干酪根為無定形的有機質，其大分子結構由芳環、脂肪族單元和雜原子官能團構成。干酪根的熱成熟演化既包括了成鍵反應，也包括了斷鍵反應。成鍵反應有助于提高干酪根結構網絡的交聯程度，斷鍵反應使得干酪根骨架上的有機碳轉換為各類烴類組分。常見的烴類組分包括正烷烴，環烷烴以及芳香烴等。由于具有豐富的納米孔以及巨大的比表面積，干酪根可儲集大量分解產生的烴類組分。這些烴類組分主要以吸附相、溶解相和自由相三種形式賦存于干酪根中。干酪根具有柔性的孔隙結構，各類烴類組分與干酪根的相互作用會使得干酪根發生不同程度的膨脹。烴類組分的賦存和干酪根的膨脹處于動態的平衡。明確干酪根在不同烴類組分中的膨脹行為，摸清烴類賦存形式和干酪根膨脹的耦合機理，不僅可以深化對干酪根中化學分離現象的認識，還可以為頁巖油藏儲量的準確評價奠定理論基礎。

目前國內外學者針對干酪根在各類液態溶劑中的膨脹行為，采用試管膨脹裝置開展了大量的實驗測試。干酪根試管膨脹實驗原理簡單，操作方便，測試成本低，是目前普遍采用的膨脹測試方法。該方法基本的操作流程是：首先稱量0.2g干酪根粉末樣品，投入外徑為3mm的厚度均勻的玻璃圓管；接著多次輕拍干酪根樣品，實現顆粒間緊密的堆積；然后以2500轉/分的轉速對樣品管進行兩次5min的離心，當樣品高度在5小時內沒有變化時，記錄干燥樣品的初始高度；隨后將液體烴類組分緩慢加入玻璃圓管中，試劑加入的同時對樣品進行拍壓、超聲和低速離心操作，目的是擠壓出樣品中的空氣，實現干酪根樣品和試劑的充分混合，另外，為確保樣品在試劑中充分膨脹，需要加入過剩的試劑，試劑頂端液面應超出干酪根端面3-4cm；最后將裝入樣品和試劑的試管垂直放置24小時，以5000轉/分的速度對樣品管進行5min的離心，重復離心步驟直到試管中的樣品高度不再變化，記錄最后樣品高度，并結合干酪根初始高度計算干酪根的體積膨脹率。在報道的干酪根膨脹實驗研究中，膨脹測試通常是基于多種不同類型的干酪根樣品以及多種不同類型的液體試劑開展，單一類型的干酪根在類型相同而尺寸不同的液態烴類組分中的差異膨脹行為尚未形成清晰認識。最近，我們系統測試了Kimmeridge干酪根分別在不同尺寸正烷烴、環烷烴以及芳香烴中的膨脹行為，完善了干酪根膨脹理論。實驗測試是研究干酪根膨脹行為最直接的方法，而分子模擬方法是探究干酪根膨脹微觀機理的強有力手段。目前，在分子尺度上研究干酪根膨脹行為的研究極少。部分學者分別針對干酪根和煤在溶劑中的膨脹行為進行了分子模擬研究的嘗試，但模擬中無法實現干酪根和煤與過剩溶劑的接觸，使得膨脹不充分。