一种微纳米孔隙中原油启动规律的模拟方法和装置

本文涉及石油勘探领域，尤其涉及一种微纳米孔隙中原油启动规律的模拟方法和装置。

背景技术：

1、致密油以轻质油为主，密度低、黏度低、流动性好。地面条件下致密油密度一般为0.8～0.9g/cm3。纳米孔喉的广泛存在导致致密储层渗透率极低，严重限制了致密油的可动性。因此，揭示纳米孔喉中致密油的微观可动性，对致密油勘探开发具有重要的理论指导意义。而使原油分子在纳米孔隙中形成稳定的层流需要对原油分子施加沿流动方向非常大的压力梯度，然而当孔隙尺寸与分子尺寸相当时，流体在纳米孔内的流动动力学开始偏离连续介质模型方程，这就使得原油分子与孔隙表面以及原油分子间的相互作用成为了阻碍原油分子启动的关键因素，只有克服了原油分子在其平衡位置的无规则热运动才能使得原油分子做定向流动，因此原油作为一种连续介质在孔隙中启动是非常困难的。渗吸作为致密油开发的重要手段，要想取得理想的应用效果，认清纳米孔喉中原油分子尺度的启动阻力是十分必要的。

2、目前利用分子模拟技术对纳米孔隙中致密油可动性的研究存在几个问题：(1)研究多关注于流动机制，关注纳米孔隙中启动阻力的研究较为鲜见；(2)模拟中原油的组分设置比较单一，或者直接用具有不同势能函数的粒子代替原油分子，无法体现致密油复杂的分子组成以及分子结构在演化过程中的贡献；(3)将孔隙中的流体作为一个整体研究其动力学特征，或者简单地将流体分为边界层和体相两部分，缺乏更细致的认识。

3、因此，现在亟需一种研究微纳米孔隙中原油启动规律的模拟方法，能够对典型致密油的组成比例进行全原子建模和对纳米狭缝中致密油的启动阻力及发生机制进行研究。

技术实现思路

1、为解决现有技术中模拟中原油的组分设置比较单一，无法体现致密油复杂的分子组成以及分子结构在演化过程中的贡献的问题，本文实施例提供一种研究微纳米孔隙中原油启动规律的模拟方法和装置，实现了对典型致密油的组成比例进行全原子建模，提高纳米孔隙中启动阻力研究的可靠性，解决了现有技术中将孔隙中的流体作为一个整体研究其动力学特征的局限性。

2、为了解决上述技术问题，本文的具体技术方案如下：

3、一方面，本文实施例提供了一种微纳米孔隙中原油启动规律的模拟方法，包括：

4、分析典型致密油的组分特征，建立致密油分子体系模型以构建模拟油层；

5、根据典型致密储层矿物组成特征，构建纳米狭缝；

6、拼接所述模拟油层以及所述纳米狭缝，组成模拟油层位于纳米狭缝中的吸附初始构型；

7、对所述吸附初始构型进行描述和表征，生成原油的启动阻力模型；

8、对所述启动阻力模型进行分子动力学模拟，模拟所述典型致密油在所述典型致密储层矿物中的启动。

9、进一步地所述典型致密油的组分特征，包括饱和烃、芳香烃和非烃三种组分；

10、所述模拟油层由正辛烷、甲苯、环烷酸3个代表性组分组成。

11、进一步地，根据典型致密储层矿物组成特征，构建纳米狭缝进一步包括：

12、根据所述典型致密储层矿物组成特征，选择特定材料作为固体基质；

13、构建直径为预设值的纳米狭缝，分别代表砂岩、碳酸盐岩狭缝。

14、进一步地，拼接所述模拟油层以及所述纳米狭缝，组成模拟油层位于纳米狭缝中的吸附初始构型进一步包括，

15、保证所述模拟油层的长宽与狭缝表面保持一致，将建好的模拟油层和所述固体基质的表面拼接在一起；

16、根据不同直径的固体基质的纳米狭缝中原油启动阻力以及弹簧拉力的变化，构建所述模拟油层在所述纳米狭缝中的吸附初始构型。

17、进一步地，所述原油启动阻力以及弹簧拉力进一步包括，

18、其中，根据各层启动时对应的所述弹簧拉力转化为启动阻力：

19、

20、式中，p为启动阻力；f为每个原子上受到的弹簧拉力；n为模拟油层中的原子总数；s为狭缝入口端面积，m2；na为阿伏伽德罗常数。

21、其中，弹簧拉力的公式为，

22、f＝k((z0+vt)-zcom)；

23、式中，f为弹簧力；k为弹簧劲度系数；z0为弹簧力作用点初始位置；v为牵引点的速度；t为模拟时间；zcom为原油质心在y方向当前位置。

24、进一步地，对所述吸附初始构型进行描述和表征，生成原油的启动阻力模型进一步包括，

25、采用线性拟合的方法得到直径小于3nm的纳米狭缝中原油的启动模型；

26、选择各层原油的启动阻力进行非线性拟合，作为所有直径大于3nm的纳米狭缝中原油的启动模型，拟合启动阻力模型关系式：

27、

28、通过加入比例系数项近似得到其原油的启动阻力模型：

29、

30、其中，p为纳米狭缝中不同层位原油分子的启动阻力；r为小层质心与固体基质表面之间的距离；d为纳米狭缝的直径。

31、进一步地，对所述启动阻力模型进行分子动力学模拟进一步包括：

32、根据所述纳米狭缝中不同原油启动阻力的差异，计算所述模拟油层在开始模拟的初期和吸附构型达到平衡态时两个状态下沿水平方向的密度分布；

33、计算所述模拟油层在不同所述纳米狭缝中沿水平方向的迁移特征；

34、根据所述密度分布以及所述迁移特征，计算吸附达到平衡后各模拟油层与矿物表面及其余各层之间的相互作用；

35、明确不同相互作用对原油启动阻力的贡献程度，获取拉伸分子动力学模拟结果。

36、另一方面，本文实施例还提供了一种微纳米孔隙中原油启动规律的模拟装置，包括，

37、油层构建单元，用于分析典型致密油的组分特征，建立致密油分子体系模型以构建模拟油层；

38、狭缝构建单元，用于根据典型致密储层矿物组成特征，构建纳米狭缝；

39、构型拼接单元，用于拼接所述模拟油层以及所述纳米狭缝，组成模拟油层位于纳米狭缝中的吸附初始构型；

40、模型生成单元，用于对所述吸附初始构型进行描述和表征，生成原油的启动阻力模型；

41、模拟单元，用于对所述启动阻力模型进行分子动力学模拟，模拟所述典型致密油在所述典型致密储层矿物中的启动。

42、另一方面，本文实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时，执行根据上述方法的指令。

43、另一方面，本文实施例还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被计算机设备的处理器运行时，执行根据上述方法的指令。

44、利用本文实施例，实现了对典型致密油的组成比例进行全原子建模和对纳米狭缝中致密油的启动阻力及发生机制进行研究，提高了分子模拟技术对纳米孔隙中致密油可动性研究的可靠性。根据典型致密油的组分特征进行分析，建立致密油分子体系模型以构建模拟油层，后根据典型致密储层矿物构建纳米狭缝，考虑了典型致密储层矿物组成特征，并且还原了砂岩、碳酸盐岩狭缝，将构建好的模拟油层以及纳米狭缝进行拼接，并组成模拟油层位于纳米狭缝中的吸附初始构型，体现了致密油复杂的分子组成以及分子结构在演化过程中的贡献，并对所述吸附初始构型进行描述和表征，生成原油的启动阻力模型，能够为纳米孔隙中启动阻力的研究提供准确的依据。解决了现有技术中将孔隙中的流体作为一个整体研究其动力学特征，或者简单地将流体分为边界层和体相两部分，缺乏更细致的分析的问题。