一种基于分子模拟的共聚物抗盐性能评价方法及其系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于分子模拟的共聚物抗盐性能评价方法及其系统，该方法包括：构建水分子、无机盐分子以及聚合物单体分子的结构模型，并进行结构优化；构建以聚合物单体分子组成的聚合物分子的结构模型，并进行结构优化，获取聚合物分子最小能量构象结构；建立包含水分子、无机盐分子、以及聚合物分子最小能量构象结构的聚合物盐水溶液模型盒子，并按预设密度、预设温度对聚合物盐水溶液模型盒子的密度、温度进行设定；对聚合物盐水溶液模型盒子进行分子动力学计算，得到动力学平衡状态溶液体系结构模型；根据得到动力学平衡状态溶液体系结构模型计算特性黏数。本发明专利技术不受实验条件限制，效率高；不受人为因素影响，返回性强，结果可靠。

A Method and System for Evaluating Salt Resistance of Copolymers Based on Molecular Simulation

【技术实现步骤摘要】
一种基于分子模拟的共聚物抗盐性能评价方法及其系统
本专利技术涉及油田化学聚合物抗盐性能评价的
，尤其涉及一种基于分子模拟的共聚物抗盐性能评价方法及其系统。
技术介绍
抗盐性是油田化学聚合物的重要性能之一，无机盐对聚合物的侵害主要表现为降粘作用，粘度降低导致钻井液流变性变差，从而影响聚合物溶液整体性能，因此，评价聚合物抗盐性能时着重关注聚合物溶液的粘度参数。传统实验方法是通过六速粘度计测试聚合物溶液表观粘度来评价其抗盐性能，属于宏观评价方法，其测试评价受到样品纯度、来源、温度条件等诸多限制，且认为因素影响较大，重复性不佳。因此，如何更准确地对共聚物抗盐性能进行评价仍是本领域需要攻克的难题之一。
技术实现思路
本专利技术的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本专利技术而学习。聚合物是由小分子单体聚合而成的长链大分子，分子中的单键能够内旋转，以致分子具有许多不同的构象，构象不同对应分子尺寸不同，高分子物理中用回转半径R(g)表征分子尺寸，常用特性粘数η表征聚合物溶液粘度，η与R(g)直接通过一定公式相联系。聚合物受到无机盐侵害时，盐离子与聚合物分子间的相互作用会导致聚合物分子尺寸发生改变，宏观表现为粘度的变化。R(g)可通过分子模拟计算得到，继而通过公式可得η，即可表征聚合物的抗盐性能。本专利技术针对传统评价方法存在的问题以及分子模拟方法的特殊优势和应用前景，提供了一种基于分子模拟的共聚物抗盐性能评价方法及其系统，利用计算机模拟快速计算聚合物尺寸，通过尺寸与特性粘数的关系得到特性粘数这一宏观性能参数。根据本专利技术的一个方面，提供一种基于分子模拟的共聚物抗盐性能评价方法，包括：构建水分子、无机盐分子以及聚合物单体分子的结构模型，并进行结构优化；构建以所述聚合物单体分子组成的聚合物分子的结构模型，并进行结构优化，获取聚合物分子最小能量构象结构；建立包含所述水分子、无机盐分子、以及所述聚合物分子最小能量构象结构的聚合物盐水溶液模型盒子，并按预设密度、预设温度对所述聚合物盐水溶液模型盒子的密度、温度进行设定；对所述聚合物盐水溶液模型盒子进行分子动力学计算，得到动力学平衡状态溶液体系结构模型；根据所述得到动力学平衡状态溶液体系结构模型计算特性黏数。在一个可能的设计中，所述对所述聚合物盐水溶液模型盒子进行分子动力学计算，得到动力学平衡状态溶液体系结构模型包括：使所述聚合物盐水溶液模型盒子处于正则系综下进行退火，获取聚合物盐水溶液模型盒子能量最小结构；将所述聚合物盐水溶液模型盒子能量最小结构处于等温等压系综下进行动力学计算，获取盒子密度；将所述盒子密度与所述预设密度进行对比，获取偏差值；判断所述偏差值是否大于预设阈值；若否，则将所述聚合物盐水溶液模型盒子能量最小结构处于正则系综下进行动力学计算。在一个可能的设计中，若所述偏差值大于预设阈值，则将所述盒子密度设为预设密度；并返回所述建立包含所述水分子、无机盐分子、以及所述聚合物分子最小能量构象结构的聚合物盐水溶液模型盒子，并按预设密度、预设温度对所述聚合物盐水溶液模型盒子的密度、温度进行设定的步骤。在一个可能的设计中，所述根据所述得到动力学平衡状态溶液体系结构模型计算特性黏数包括：计算所述动力学平衡状态溶液体系结构模型中聚合物分子的回转半径R；通过以下公式计算特性黏数η：其中，NA为阿伏伽德罗常数，M为聚合物分子的分子量。根据本专利技术的另一个方面，提供一种基于分子模拟的共聚物抗盐性能评价系统，包括：构建模块，用于构建水分子、无机盐分子以及聚合物单体分子的结构模型，并进行结构优化；合成模块，用于构建以所述聚合物单体分子组成的聚合物分子的结构模型，并进行结构优化，获取聚合物分子最小能量构象结构；盒子建立模块，用于建立包含所述水分子、无机盐分子、以及所述聚合物分子最小能量构象结构的聚合物盐水溶液模型盒子，并按预设密度、预设温度对所述聚合物盐水溶液模型盒子的密度、温度进行设定；平衡模块，用于对所述聚合物盐水溶液模型盒子进行分子动力学计算，得到动力学平衡状态溶液体系结构模型；计算模块，用于根据所述得到动力学平衡状态溶液体系结构模型计算特性黏数。在一个可能的设计中，所述平衡模块还用于：使所述聚合物盐水溶液模型盒子处于正则系综下进行退火，获取聚合物盐水溶液模型盒子能量最小结构；将所述聚合物盐水溶液模型盒子能量最小结构处于等温等压系综下进行动力学计算，获取盒子密度；将所述盒子密度与所述预设密度进行对比，获取偏差值；判断所述偏差值是否大于预设阈值；若否，则将所述聚合物盐水溶液模型盒子能量最小结构处于正则系综下进行动力学计算。在一个可能的设计中，所述平衡模块还用于：若所述偏差值大于预设阈值，则将所述盒子密度设为预设密度；并返回所述建立包含所述水分子、无机盐分子、以及所述聚合物分子最小能量构象结构的聚合物盐水溶液模型盒子，并按预设密度、预设温度对所述聚合物盐水溶液模型盒子的密度、温度进行设定的步骤。在一个可能的设计中，所述计算模块用于：计算所述动力学平衡状态溶液体系结构模型中聚合物分子的回转半径R；通过以下公式计算特性黏数η：其中，NA为阿伏伽德罗常数，M为聚合物分子的分子量。本专利技术提供了一种基于分子模拟的共聚物抗盐性能评价方法及其系统，利用计算机“虚拟实验”进行评价，不受实验条件限制，效率高；不受人为因素影响，返回性强，结果可靠；通过本方法得到的特性粘数，可以在一定程度上比较不同聚合物抗盐能力，对钻井液乃至油田化学用抗盐聚合物的设计和研发具有很好的借鉴意义。通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。附图说明下面通过参考附图并结合实例具体地描述本专利技术，本专利技术的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本专利技术的解释说明，而不构成对本专利技术的任何意义上的限制，在附图中：图1为本专利技术实施例的基于分子模拟的共聚物抗盐性能评价方法的流程示意图。图2为本专利技术实施例的得到动力学平衡状态溶液体系结构模型的流程示意图。图3为本专利技术实施例的基于分子模拟的共聚物抗盐性能评价方法的流程示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术实施例提供一种基于分子模拟的共聚物抗盐性能评价方法，包括：101、开始。102、构建水分子、无机盐分子以及聚合物单体分子的结构模型，并进行结构优化。具体实施时，可以利用材料性能模拟软件MaterialsStudio的3D建模草图软件Skech工具绘制水分子、无机盐分子的三维分子结构模型，通过分子动力学计算模块Forcite进行结构优化，得到最小能量构象。同样可以利用材料性能模拟软件MaterialsStudio的3D建模草图软件Skech工具绘制聚合单体的分子模型，通过分子动力学计算模块Forcite进行结构优化，获取聚合单体最小能量构象结构。103、构建以所述聚合物单体分子组成的聚合物分子的结构模型，并进行结构优化，获取聚合物分子最小能量构象结构。更具体地，可以利用Build工具构建以该聚合物分子最小能量构象结构组成的聚合物分子模型，并进行结构优化；获取聚合物分子最小能量构象结构。104、建立包含所述水分子、无机盐分子、以及所述聚合物分子最小能量构象结构的聚合物盐水溶液模型盒子，并按预设密度、预设温度对所述聚合物盐水溶液模型盒子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分子模拟的共聚物抗盐性能评价方法，其特征在于，包括：构建水分子、无机盐分子以及聚合物单体分子的结构模型，并进行结构优化；构建以所述聚合物单体分子组成的聚合物分子的结构模型，并进行结构优化，获取聚合物分子最小能量构象结构；建立包含所述水分子、无机盐分子、以及所述聚合物分子最小能量构象结构的聚合物盐水溶液模型盒子，并按预设密度、预设温度对所述聚合物盐水溶液模型盒子的密度、温度进行设定；对所述聚合物盐水溶液模型盒子进行分子动力学计算，得到动力学平衡状态溶液体系结构模型；根据所述得到动力学平衡状态溶液体系结构模型计算特性黏数。

【技术特征摘要】
1.一种基于分子模拟的共聚物抗盐性能评价方法，其特征在于，包括：构建水分子、无机盐分子以及聚合物单体分子的结构模型，并进行结构优化；构建以所述聚合物单体分子组成的聚合物分子的结构模型，并进行结构优化，获取聚合物分子最小能量构象结构；建立包含所述水分子、无机盐分子、以及所述聚合物分子最小能量构象结构的聚合物盐水溶液模型盒子，并按预设密度、预设温度对所述聚合物盐水溶液模型盒子的密度、温度进行设定；对所述聚合物盐水溶液模型盒子进行分子动力学计算，得到动力学平衡状态溶液体系结构模型；根据所述得到动力学平衡状态溶液体系结构模型计算特性黏数。2.根据权利要求1所述的基于分子模拟的共聚物抗盐性能评价方法，其特征在于，所述对所述聚合物盐水溶液模型盒子进行分子动力学计算，得到动力学平衡状态溶液体系结构模型包括：使所述聚合物盐水溶液模型盒子处于正则系综下进行退火，获取聚合物盐水溶液模型盒子能量最小结构；将所述聚合物盐水溶液模型盒子能量最小结构处于等温等压系综下进行动力学计算，获取盒子密度；将所述盒子密度与所述预设密度进行对比，获取偏差值；判断所述偏差值是否大于预设阈值；若否，则将所述聚合物盐水溶液模型盒子能量最小结构处于正则系综下进行动力学计算。3.根据权利要求2所述的基于分子模拟的共聚物抗盐性能评价方法，其特征在于：若所述偏差值大于预设阈值，则将所述盒子密度设为预设密度；并返回所述建立包含所述水分子、无机盐分子、以及所述聚合物分子最小能量构象结构的聚合物盐水溶液模型盒子，并按预设密度、预设温度对所述聚合物盐水溶液模型盒子的密度、温度进行设定的步骤。4.根据权利要求1所述的基于分子模拟的共聚物抗盐性能评价方法，其特征在于，所述根据所述得到动力学平衡状态溶液体系结构模型计算特性黏数包括：计算所述动力学平衡状态溶液体系结构模型中聚合物分子的回转半径R；通过以下公式计算特性黏数η：其中，NA为阿伏伽德罗常数，M为聚合物分...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，杨小华，王海波，林永学，金军斌，孔勇，王琳，褚奇，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11