一种计算微纳米孔中流体饱和压力的分子模拟方法及系统

本发明涉及油气田开发，尤其涉及一种计算微纳米孔中流体饱和压力的分子模拟方法及系统。

背景技术：

1、页岩是一种致密、细粒、层状的沉积岩，由无机物和有机物组成，因此页岩中的孔隙也可以分为有机孔隙和无机孔隙。实际页岩储层的有机基质由部分干酪根组成，具有复杂的非晶结构和不同于常规储层岩石的表面性质。通过一系列研究发现，实际页岩储层中的干酪根结构复杂，难以通过实验手段复现。近年来，随着计算机技术的发展，建立干酪根分子计算模型变得更加精确有效，已经有学者利用实验数据，使用分子动力学和量子力学来分析不同的干酪根类型结构。

2、分子动力学模拟可以用于确定各种物质与页岩在分子水平上的相互作用，一些研究通常是用简化的基质模型进行模拟，无法代表实际页岩组成。在一些研究中，用石墨烯代替干酪根，广泛应用于各种页岩模型，例如文献(chen c, sun j, zhang, y, et al.adsorption characteristic of ch4 and co2 in organic-inorganic slit pores[j].fuel, 2020, 265：116969)。随着干酪根分子模型的提出，开始采用干酪根分子建立页岩孔隙模型，为了表征页岩储层的表面结构，发明专利“一种泥页岩中干酪根吸附油定量评价方法及系统”（cn111912961a）将干酪根分子放置在石墨烯片层结构中充分压实，建立了完全由干酪根分子组成的页岩狭缝模型。在进行与页岩有关的分子模拟研究时，这些简化的结构均难以准确表征页岩储层的表面性质，其组成也难以让模型贴合真实的页岩物理性质，发明专利“一种页岩气藏有机质孔隙内流体临界参数及相图计算方法”（cn114357810a）在计算相关系数时，也只考虑了孔隙形状和吸附特征，忽略了页岩基质中有机物质的影响。

3、注二氧化碳可以有效提高油藏采收率，还能实现温室气体的永久地质封存，是近年来的研究重点，而饱和压力是影响原油与二氧化碳混相的重要因素之一。发明专利“一种多孔介质中原油泡点压力测定系统及方法”（cn111693676a）进行恒质膨胀实验，计算出原油的饱和压力，这种方法不仅要需要大量的时间，还难以研究高温高压下微纳米孔隙条件下的饱和压力，所能应用的范围有限。除了实验方法，闪蒸算法也能计算流体饱和压力，发明专利“一种多孔介质内流体饱和压力计算方法及装置”（cn116266208a）在考虑毛细管压力的情况下通过闪蒸算法，得到了多孔介质中的流体饱和压力，但没有考虑到微纳米孔隙中壁面与流体的相互作用力。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种计算微纳米孔中流体饱和压力的分子模拟方法及系统，以解决如何建立更加贴近实际页岩储层有机孔隙表面性质的模型，改进传统的模拟方法，使其可以用于模拟计算页岩油的饱和压力的技术问题。

2、本发明是采用以下技术方案实现的：一种计算微纳米孔中流体饱和压力的分子模拟方法，包括如下步骤：

3、s1：建立干酪根分子模型，并进行干酪根分子弛豫和几何优化；

4、s2：将优化后的干酪根分子建立无定形晶胞，得到页岩初始模型；

5、s3：对页岩初始模型进行密度收敛，建立页岩基质模型，通过页岩基质模型模拟不同有机页岩储层的有机孔隙；

6、s4：基于页岩基质模型，建立页岩狭缝孔隙模型，通过页岩狭缝孔隙模型测定不同条件下的原油饱和压力。

7、进一步的，步骤s1包括如下子步骤：

8、s11：采用material studio软件，根据已有干酪根对应的分子式和分子结构，利用visualizer模块建立干酪根分子结构，并完成分子结构的弛豫和几何优化；

9、s12：将优化后的干酪根分子结构采用nvt系综进行退火处理。

10、进一步的，步骤s2具体为：利用amorphous cell模块，加入优化后的干酪根分子和二氧化硅分子，建立含有干酪根无定形晶胞的页岩初始模型，并对页岩初始模型进行弛豫和结构优化。

11、进一步的，步骤s3包括如下子步骤：

12、s31：对页岩初始模型进行弛豫，利用forcite模块进行md模拟，选择nvt系综，设定温度为t0，温度t0高于储层温度t；

13、s32：选择npt系综，设定温度为t1，设定压力为储层压力p，恒温器选择nose，恒压器选择berendsen，指定模拟时间；

14、s33：选择npt系综，设定温度从t1降低至t2，压力保持储层温度t不变，恒温器选择nose，恒压器选择berendsen，增加模拟时间；

15、s34：重复步骤s33，不断降低设定温度后进行模拟，直到模拟温度降至储层温度，并按照模拟需求，输入切割面坐标，将晶胞进行切割，得到页岩基质模型。

16、进一步的，步骤s34通过建立超晶胞得到不同大小的页岩模型。

17、进一步的，在页岩基质模型中建立三个模拟箱，其中的一个模拟箱用以模拟纳米孔隙。

18、进一步的，步骤s4具体为：利用material studio软件的visualizer模块建立页岩狭缝孔隙模型，首先将页岩基质平行堆叠，形成狭缝状孔隙，再通过模拟真空层确定孔径，真空层高度即为孔径，最后利用sorption模块将原油分子填充进孔隙中，完成页岩狭缝孔隙模型的建立。

19、进一步的，建立两组页岩狭缝孔隙模型，页岩狭缝孔隙模型的狭缝中流体分别为原油、原油与二氧化碳，选取npt-gemc系综，在储层温度下，选取高于饱和压力的压力开始，逐渐减小压力，以测定原油饱和压力。

20、一种计算微纳米孔中流体饱和压力的分子模拟系统，用以实现上述所述的一种计算微纳米孔中流体饱和压力的分子模拟方法，包括分子结构建立模块、初始化模块、收敛模块和模型建立模块，其中，

21、分子结构建立模块，用以建立干酪根分子模型，并进行干酪根分子弛豫和几何优化；

22、初始化模块，用以将优化后的干酪根分子建立无定形晶胞，得到页岩初始模型；

23、收敛模块，用以对页岩初始模型进行密度收敛，建立页岩基质模型，通过页岩基质模型模拟不同有机页岩储层的有机孔隙；

24、模型建立模块，基于页岩基质模型，建立页岩狭缝孔隙模型，通过页岩狭缝孔隙模型测定不同条件下的原油饱和压力。

25、本发明的有益效果在于：本发明采用分子动力学模拟方法，用干酪根分子和二氧化硅分子分别代表有机物质和无机物质，同时通过改变官能团种类和数量设定目标储层有机质含量toc，可以模拟不同有机页岩储层的有机孔隙，测定不同条件下的原油饱和压力。

26、本发明使用material studio软件的amorphous cell模块建立页岩模型，可以根据不同页岩储层的实际情况，通过改变干酪根与二氧化硅占比来模拟不同有机质含量的页岩储层。并且通过一系列md模拟来达到密度收敛，可以有效避免初始密度过大带来的一系列结构稳定性问题。

27、本发明提供了一种新的计算饱和压力的思路，还可以用来验证pr方程计算的饱和压力值，还可以用于非常规油藏pr-eos方程的完善。