一种油水界面竞争吸附行为特征的模拟方法

本申请涉及油气田开发领域，尤其涉及一种油水界面竞争吸附行为特征的模拟方法。

背景技术：

1、随着油气资源勘探开发技术日趋成熟，非常规油气资源表现出极大开发潜力，其中油水界面吸附行为已成为一个深入研究的领域，并获得了一些基本吸附规律。但原油是一个非常复杂的混合物，其中包含多种组分，现阶段仍缺乏对原油多组分与水相中活性剂在油水界面竞争吸附的影响规律研究，因此研究油相中不同组分与水相中活性剂在油水界面上的竞争吸附机理，对于提高采收率工艺设计具有重要意义。

2、现有的研究油水界面上的吸附行为的方法主要包括实验分析和分子模拟。实验分析主要集中在油水界面张力、活性剂在油水相分布规律等方面。分子模拟主要是通过实验数据构建油相和水相模型，从而得到油水界面处吸附动态。但是，现有的实验分析大多数集中在对油水界面上分子吸附宏观性质的研究上，油水界面微观机理往往难以获得。现有的分子模拟方法也是将原油简化为一种特定结构进行分析。但是原油是一个非常复杂的混合物，不同的原油分子结构以及其分布在油水界面上的吸附行为会有很大区别。此外，单一原油组分很难模拟出真实油水界面吸附行为，不同原油组分与水相中活性剂在油水界面上的竞争吸附动态也大有不同。现有的方法大多忽略了原油的复杂性，无法对油水界面竞争吸附行为进行准确表征。

技术实现思路

1、本发明实施例通过提供一种油水界面竞争吸附行为特征的模拟方法，解决了现有技术无法准确表征油水界面竞争吸附行为进行的问题。

2、为了实现上述目的，本发明实施例的技术方案是：

3、本发明实施例提供了一种油水界面竞争吸附行为特征的模拟方法，包括：利用materials studio分别构建油相组分和水相组分的全原子分子模型；通过预设的粗粒化映射方案对全原子分子模型划分珠子，获得油相组分和水相组分的粗粒化分子模型；根据粗粒化分子模型中各珠子的溶解度参数，确定各珠子之间的相互作用参数；根据相互作用参数，构建目标区块不同的油水两相体系模型；对每一油水两相体系模型进行耗散粒子动力学模拟，获取目标区块油水界面竞争吸附行为特征。

4、在一些可能的实现方式中，油相组分包括饱和分、芳香分、胶质和沥青质；水相组分包括水分子和活性剂。

5、在一些可能的实现方式中，在利用materials studio分别构建油相组分和水相组分的全原子分子模型之后，方法还包括：通过forcite中的geometry optimization任务对全原子分子模型进行几何优化。

6、在一些可能的实现方式中，粗粒化映射方案是根据分子碳链长度、碳链结构以及官能团确定的；通过预设的粗粒化映射方案对全原子分子模型划分珠子，获得油相组分和水相组分的粗粒化分子模型，包括：根据预设的粗粒化映射方案，使用mesocite中的coarsegrain任务对全原子分子模型进行粗粒化的映射，获得油相组分和水相组分的粗粒化分子模型。

7、在一些可能的实现方式中，溶解度参数通过以下步骤获得：s1，选取每个珠子对应的局部全原子分子模型；s2，通过amorphous cell将预设数量的局部全原子分子模型投入至预设初始密度的周期性计算盒子中；s3，对周期性计算盒子进行几何优化，获得优化后的计算盒子；s4，对优化后的计算盒子进行npt系综和nvt系综下的弛豫，得到局部全原子分子模型的真实密度；s5，通过amorphous cell将预设数量的局部全原子分子模型投入至真实密度的周期性计算盒子，并重复执行步骤s3至s4，获得粗粒化分子模型中各珠子的溶解度参数。

8、在一些可能的实现方式中，根据粗粒化分子模型中各珠子的溶解度参数，确定各珠子之间的相互作用参数，包括：根据溶解度参数和预设相互作用函数，获得相互作用参数；其中，预设相互作用函数表示为：

9、aij＝aii+3.27χij

10、

11、

12、其中，aij表示第i个珠子和第j个珠子之间最大斥力的参数，aii表示相同珠子之间的斥力参数，χij表示flory-huggins参数；kbt为耗散粒子动力学模拟中的能量单位，kb为玻尔兹曼常数(1.3806505×10-23j/k)，t为热力学温度，ρ为体系的粒子密度；vbead是两个珠子摩尔体积的算术平均数；δi和δj分别是珠子i和j的溶解度参数，r是通用气体常数(8.314j/(mol·k))，t为热力学温度。

13、在一些可能的实现方式中，根据相互作用参数，构建目标区块不同的油水两相体系模型，包括：将相互作用参数输入mesocite的forcefieldmanager任务，获得力场参数；根据目标区块油藏的组分特征，确定目标区块油相组分的质量占比；基于质量占比获得对应比例的粗粒化分子模型；根据力场参数和对应比例的粗粒化分子模型，构建目标区块不同的油水两相体系模型。

14、在一些可能的实现方式中，在根据相互作用参数，构建目标区块不同的油水两相体系模型之后，方法还包括：通过mesocite中的geometryoptimization任务对油水两相体系模型进行优化，获得优化后的模型。

15、在一些可能的实现方式中，不同的油水两相体系模型包括混合油相组分-水两相体系模型、单一油相组分-水两相体系模型以及油-水-活性剂两相体系模型。

16、在一些可能的实现方式中，对每一油水两相体系模型进行耗散粒子动力学模拟，获取目标区块油水界面竞争吸附行为特征，包括：在mesocite中对每一油水两相体系模型进行预设时长的耗散粒子动力学模拟，获取对应油水两相体系模型中各珠子的运动轨迹；根据运动轨迹进行数据分析，获得目标区块油水界面竞争吸附行为特征的特征数据。

17、本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

18、本发明中，通过分别构建油相组分和水相组分的全原子分子模型；通过预设的粗粒化映射方案对全原子分子模型划分珠子，获得油相组分和水相组分的粗粒化分子模型；根据粗粒化分子模型中各珠子的溶解度参数，确定各珠子之间的相互作用参数；根据相互作用参数，构建目标区块不同的油水两相体系模型；对每一油水两相体系模型进行耗散粒子动力学模拟，获取目标区块油水界面竞争吸附行为特征。如此，通过对不同的油水两相体系模型进行耗散粒子动力学模拟，明确了原油组分的复杂性对油水界面竞争吸附行为的影响，能够更为准确的表征油水界面的竞争吸附行为特征。

技术特征：

1.一种油水界面竞争吸附行为特征的模拟方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，所述油相组分包括饱和分、芳香分、胶质和沥青质；所述水相组分包括水分子和活性剂。

3.根据权利要求2所述的模拟方法，其特征在于，在利用materials studio分别构建油相组分和水相组分的全原子分子模型之后，所述方法还包括：

4.根据权利要求3所述的模拟方法，其特征在于，所述粗粒化映射方案是根据分子碳链长度、碳链结构以及官能团确定的；

5.根据权利要求4所述的模拟方法，其特征在于，所述溶解度参数通过以下步骤获得：

6.根据权利要求5所述的模拟方法，其特征在于，所述根据所述粗粒化分子模型中各珠子的溶解度参数，确定各珠子之间的相互作用参数，包括：

7.根据权利要求5所述的模拟方法，其特征在于，所述根据所述相互作用参数，构建目标区块不同的油水两相体系模型，包括：

8.根据权利要求7所述的模拟方法，其特征在于，在根据所述相互作用参数，构建目标区块不同的油水两相体系模型之后，所述方法还包括：

9.根据权利要求7所述的模拟方法，其特征在于，所述不同的油水两相体系模型包括混合油相组分-水两相体系模型、单一油相组分-水两相体系模型以及油-水-活性剂两相体系模型。

10.根据权利要求9所述的模拟方法，其特征在于，所述对每一所述油水两相体系模型进行耗散粒子动力学模拟，获取所述目标区块油水界面竞争吸附行为特征，包括：

技术总结
本发明公开了一种油水界面竞争吸附行为特征的模拟方法，该方法包括：利用Materials Studio分别构建油相组分和水相组分的全原子分子模型；通过预设的粗粒化映射方案对全原子分子模型划分珠子，获得油相组分和水相组分的粗粒化分子模型；根据粗粒化分子模型中各珠子的溶解度参数，确定各珠子之间的相互作用参数；根据相互作用参数，构建目标区块不同的油水两相体系模型；对每一油水两相体系模型进行耗散粒子动力学模拟，获取目标区块油水界面竞争吸附行为特征。如此，通过对不同的油水两相体系模型进行耗散粒子动力学模拟，明确了原油组分的复杂性对油水界面竞争吸附行为的影响，能够更为准确的表征油水界面的竞争吸附行为特征。

技术研发人员：刘顺,邱莹,齐福辉,曾玲,王宗振,刘建斌,陈鑫,党天星,杨嘉辉,李信
受保护的技术使用者：西安石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8