[发明专利]一种页岩油藏干酪根膨胀行为的分子模拟方法

权利要求书

1.一种页岩油藏干酪根膨胀行为的分子模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.模拟装置初始化

确定装置初始模拟盒子尺寸，其中x和y方向的尺寸设定为最终目标值，z方向的尺寸设定为足够大；向初始模拟盒子里投放一定数量的干酪根分子和不同尺寸的虚粒子；将模拟盒子在z方向的两个端面分别与活塞和石英层结合，形成初始化的模拟装置；

S2.模拟装置凝聚化

在模拟装置的活塞上沿z方向施加一定的压缩作用力，模拟NPT系综中的压力，基于严格的退火模拟流程开展干酪根基质的结构驰豫，使干酪根基质发生凝聚；模拟装置在x和y方向的尺寸保持固定，在z方向的尺寸随模拟逐渐减小并达到平衡；

S3.模拟装置定型化

针对步骤S2中达到凝聚化的模拟装置，将活塞延z方向拉伸一定距离形成过剩流体区，将系统中的虚粒子删除形成干酪根内部不规则大孔隙，然后将模拟系统在NVT系综下进行结构驰豫，消除应力集中；接着围绕干酪根内部不规则大孔隙四周选取一定数量的碳骨架原子进行固定，固定原子的位置在随后的模拟过程中始终保持不变，目的是防治大孔隙在膨胀模拟过程中发生崩塌；对固定原子的位置和浓度进行优化调整，使得固定原子既能有效保存大孔隙，又能对干酪根膨胀率产生较小的影响；构建的微观模拟装置由石英层、干酪根基质、过剩流体区和活塞片顺次结合，可最大化程度还原干酪根试管膨胀实验的物理过程，其中石英层代表实验测试中的试管底部，模拟过程中保持固定；干酪根基质对应于实验中紧密堆积的粉末样品；过剩流体区实现干酪根和过剩液体分子的接触，进而实现干酪根的充分膨胀；活塞片中在膨胀过程中通过添加外部作用力，反映实验测试中的外部环境压力；

S4.干酪根膨胀模拟

基于步骤S3构建的干酪根膨胀微观模拟装置，采用提出的几何限制插入-分子动力学耦合方法开展干酪根的膨胀模拟，模拟过程中在活塞上施加对应于实验环境压力的外部作用力；

S5.液体分子赋存和干酪根膨胀的耦合机理分析

联合微观模拟装置中的初始流体分布以及膨胀平衡后的流体分子分布，定量区分液体分子的不同赋存形式，结合步骤S4中的干酪根膨胀率，分析干酪根膨胀和流体分子赋存形式间的耦合关系。

2.根据权利要求1所述的一种页岩油藏干酪根膨胀行为的分子模拟方法，其特征在于，步骤S4中，所述的几何限制插入的方法，依据未被占据的孔隙空间判断流体分子是否能够成功插入，当孔隙中剩余空间能够容纳更多的流体分子，则插入新的流体分子，否则则认为孔隙空间已饱和流体分子。

3.根据权利要求1或2所述的一种页岩油藏干酪根膨胀行为的分子模拟方法，其特征在于，步骤S4中，所述的干酪根膨胀模拟的具体过程为：

(1)记录干酪根未膨胀前的初始高度，采用几何限制的流体插入技巧在干酪根膨胀微观模拟装置中的过剩流体区和干酪根基质以及大孔隙中饱和流体分子；

(2)接着暂停流体插入过程，采用分子动力学方法实现干酪根和流体分子的平衡驰豫；

(3)然后暂停分子动力学过程，再次运用流体插入技巧饱和过剩流体区以及干酪根大孔隙；

重复步骤(2)和(3)，直到不能成功插入新的流体分子，则表明干酪根膨胀达到平衡，记录此时的干酪根基质高度，结合干酪根初始高度，计算干酪根膨胀率。

4.根据权利要求1所述的一种页岩油藏干酪根膨胀行为的分子模拟方法，其特征在于，步骤S5中，具体的过程为：基于干酪根中的初始流体分子分布，确定干酪根中流体分子的体相量，并由体相量边界划定溶解相量统计的物理边界；基于膨胀平衡后的流体分子分布，确定干酪根中总的流体分子量，并由干酪根膨胀后的基质前缘划定溶解相量统计的另一物理边界；从总的流体分子量中减去体相量，得到干酪根中流体分子的吸着量，包括大孔隙表面的吸附量以及干酪根基质内的溶解量；由划定的溶解相量统计的物理边界，确定干酪根中流体分子的溶解相量；从流体分子的吸着量中减去溶解相量，得到干酪根中的流体分子的吸附量。