[發明專利]一種頁巖氣吸附回滯現象的分子模擬方法

有效

• 申請號: 202011164905.4
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112414891B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 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
• 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

1.一種頁巖氣吸附回滯現象的分子模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1. 模擬系統初始化

確定系統初始模擬盒子尺寸，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無機礦物層結合，形成初始化的模擬系統；

S2. 模擬系統凝聚化

在模擬系統的活塞上沿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；模擬系統在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. 模擬系統定型化

針對步驟S2中達到凝聚化的模擬系統，將活塞延z方向拉伸一定距離形成控制體積區域a，將系統中的虛粒子刪除形成控制體積區域b；然后將模擬系統在NVT系綜下進行結構馳豫，消除應力集中；接著在模擬系統中劃分出控制體積區域a、擴散區和控制體積區域b，形成最終定型的微觀模擬裝置；

S4. 頁巖氣化學勢與壓力關系獲取

在無頁巖基質的空盒子內，采用GCMC-MD方法模擬頁巖氣在不同給定化學勢下的壓力，獲取某一溫度下氣體化學勢與壓力的對應關系，由氣體密度檢驗化學勢-壓力對應關系的合理性；

S5. 氣體吸附/解吸分子模擬方法設定

基于步驟S3中構建的微觀模擬裝置，設定提出的雙控制體積-巨正則蒙特卡洛-分子動力學-結構變形耦合DCV-GCMD-F方法；

所述的DCV-GCMD-F方法為，在兩個控制體積區內，采用GCMC-MD方法實現流體的插入、刪除以及移動，實現氣體化學勢的準確確定；在擴散區，采用MD方法實現氣體分子的擴散運移，實現氣體質量擴散傳遞的考慮；氣體在擴散區和控制體積區間的交換通過GCMC算法中的隨機移動，或者通過MD算法中的熱動力學運動實現；系統中的擴散區是用于研究氣體吸附回滯的目標區域，其中的干酪根基質由MD算法約束，在模擬中自由變形，而為了同時實現孔隙結構的拓撲完整性，控制體積區b內的干酪根基質始終保持固定；系統中的活塞和無機礦物層作為邊界層，在吸附模擬中保持固定；

S6. 頁巖氣吸附過程模擬

基于獲取的化學勢-壓力對應關系，以化學勢為輸入參數，結合構建的微觀模擬裝置，采用提出的DCV-GCMD-F方法，模擬系統在給定壓力下吸附的物理過程；逐漸提高模擬壓力，將前一壓力點下平衡的系統構型作為下一壓力點的初始系統構型，模擬得到給定溫度下的等溫吸附曲線；

S7. 頁巖氣解吸過程模擬

以吸附過程中最大壓力點下的系統平衡構型作為解吸模擬的系統初始構型，基于獲取的化學勢-壓力對應關系，以化學勢為輸入參數，采用提出的DCV-GCMD-F方法，模擬系統在給定壓力下吸附的物理過程；逐漸降低模擬壓力，將前一壓力點下平衡的系統構型作為下一壓力點的初始系統構型，模擬得到給定溫度下的等溫解吸曲線；

S8. 頁巖氣吸附回滯現象分析

基于給定溫度下的等溫吸附曲線和解吸曲線，研究頁巖氣的吸附回滯現象，觀察回滯環的形狀和大小；定量拆分氣體不同的賦存形式，研究不同賦存形式對吸附回滯的貢獻。

2.根據權利要求1所述的一種頁巖氣吸附回滯現象的分子模擬方法，其特征在于，步驟S3中，所述的微觀模擬裝置中的兩個控制體積區采用非對稱性的設計，控制體積區a內不包含干酪根基質，對應于一個外部的體相儲層，控制體積區b是一個由干酪根基質和無機質礦物層共同圍成的不規則洞穴；

微觀模擬裝置中的控制體積區定義為氣體自由相的賦存空間，擴散區中的干酪根基質內部定義為氣體溶解相的賦存空間，而干酪根基質外表面定義為氣體吸附相的賦存表面。