[发明专利]一种页岩油藏干酪根膨胀行为的分子模拟方法

说明书

本发明提供一种页岩油藏干酪根膨胀行为的分子模拟方法，包括以下步骤：S1.模拟装置初始化；S2.模拟装置凝聚化；S3.模拟装置定型化；S4.干酪根膨胀模拟；S5.液体分子赋存和干酪根膨胀的耦合机理分析。本发明通过构建干酪根膨胀微观模拟装置并结合提出的几何限制插入‑分子动力学耦合模拟方法，可以在分子尺度最大化还原干酪根在过剩液烃中膨胀的物理过程，重现实验测试得到的干酪根膨胀行为并解释干酪根膨胀的微观机理。本发明提供的技术方案有利于摸清干酪根在不同液态烃类组分中的膨胀行为以及烃类赋存形式和干酪根膨胀的耦合机理，进而深化对干酪根中化学分离现象的认识，并为页岩油藏储量准确评价奠定理论基础。

技术领域

本发明属于石油勘探技术领域，具体涉及一种页岩油藏干酪根膨胀行为的分子模拟方法。

背景技术

页岩油藏中的各类烃类组分主要由页岩干酪根分解产生。干酪根为无定形的有机质，其大分子结构由芳环、脂肪族单元和杂原子官能团构成。干酪根的热成熟演化既包括了成键反应，也包括了断键反应。成键反应有助于提高干酪根结构网络的交联程度，断键反应使得干酪根骨架上的有机碳转换为各类烃类组分。常见的烃类组分包括正烷烃，环烷烃以及芳香烃等。由于具有丰富的纳米孔以及巨大的比表面积，干酪根可储集大量分解产生的烃类组分。这些烃类组分主要以吸附相、溶解相和自由相三种形式赋存于干酪根中。干酪根具有柔性的孔隙结构，各类烃类组分与干酪根的相互作用会使得干酪根发生不同程度的膨胀。烃类组分的赋存和干酪根的膨胀处于动态的平衡。明确干酪根在不同烃类组分中的膨胀行为，摸清烃类赋存形式和干酪根膨胀的耦合机理，不仅可以深化对干酪根中化学分离现象的认识，还可以为页岩油藏储量的准确评价奠定理论基础。

目前国内外学者针对干酪根在各类液态溶剂中的膨胀行为，采用试管膨胀装置开展了大量的实验测试。干酪根试管膨胀实验原理简单，操作方便，测试成本低，是目前普遍采用的膨胀测试方法。该方法基本的操作流程是：首先称量0.2g干酪根粉末样品，投入外径为3mm的厚度均匀的玻璃圆管；接着多次轻拍干酪根样品，实现颗粒间紧密的堆积；然后以2500转/分的转速对样品管进行两次5min的离心，当样品高度在5小时内没有变化时，记录干燥样品的初始高度；随后将液体烃类组分缓慢加入玻璃圆管中，试剂加入的同时对样品进行拍压、超声和低速离心操作，目的是挤压出样品中的空气，实现干酪根样品和试剂的充分混合，另外，为确保样品在试剂中充分膨胀，需要加入过剩的试剂，试剂顶端液面应超出干酪根端面3-4cm；最后将装入样品和试剂的试管垂直放置24小时，以5000转/分的速度对样品管进行5min的离心，重复离心步骤直到试管中的样品高度不再变化，记录最后样品高度，并结合干酪根初始高度计算干酪根的体积膨胀率。在报道的干酪根膨胀实验研究中，膨胀测试通常是基于多种不同类型的干酪根样品以及多种不同类型的液体试剂开展，单一类型的干酪根在类型相同而尺寸不同的液态烃类组分中的差异膨胀行为尚未形成清晰认识。最近，我们系统测试了Kimmeridge干酪根分别在不同尺寸正烷烃、环烷烃以及芳香烃中的膨胀行为，完善了干酪根膨胀理论。实验测试是研究干酪根膨胀行为最直接的方法，而分子模拟方法是探究干酪根膨胀微观机理的强有力手段。目前，在分子尺度上研究干酪根膨胀行为的研究极少。部分学者分别针对干酪根和煤在溶剂中的膨胀行为进行了分子模拟研究的尝试，但模拟中无法实现干酪根和煤与过剩溶剂的接触，使得膨胀不充分。