一种预测页岩抑制剂抑制性能的方法技术

本发明专利技术提供了一种预测页岩抑制剂抑制性能的方法。具体涉及一种利用分子模拟技术、建立遗传函数预测页岩抑制剂抑制性能的方法，可以减少抑制剂开发过程中需要合成和筛选的化合物数量，提高研发效率。提高研发效率。提高研发效率。

【技术实现步骤摘要】
一种预测页岩抑制剂抑制性能的方法


[0001]本专利技术属于钻井液处理剂领域，具体涉及一种预测页岩抑制剂抑制性能的方法。

技术介绍

[0002]页岩钻探过程中，粘土矿物的水化膨胀是造成井壁失稳的重要因素，需要在钻井液中加入能够抑制页岩水化膨胀的抑制剂。抑制剂的高效与否主要取决于其分子结构与组成，目前，在已有抑制剂分子结构基础上添加或变换不同基团，对已有抑制剂进行改性，是开发新型抑制剂的主要方法之一。但是，抑制剂分子结构的设计主要依赖于研究者的经验，需要将预设计的结构合成出实物，再利用仪器进行传统实验评价，得到的结果方可作为设计是否合理的依据，即需要经过“设计-合成-评价-改进设计”一个完整的循环周期，由于前期设计阶段缺少对预设计抑制剂性能的预测，存在预选结构多、实验量大、研发周期长的问题。
[0003]分子模拟技术是利用计算机以原子水平的分子模型来模拟分子结构与行为，进而模拟分子体系的各种物理、化学性质的方法。它是在实验基础上，通过基本原理，构筑起一套模型和算法，从而计算出合理的分子结构与分子行为。目前，利用分子模拟技术计算分析化合物结构与性能关系是研究热点之一，该类研究在药物设计领域研究起步较早，主要用于先导化合物的优化。但是在石油工程、钻井液开发领域中起步晚、研究很少。已有利用分子模拟技术开展钻井液研究主要集中在粘土矿物的水化机理研究、抑制剂抑制机理研究，但是大部分只能得到软件能计算的参数如氢键、离子配位数、杨氏模量(微观尺度)，即预测不同结构样本的上述微观参数，未能预测出传统实验测试出的抑制剂性能指标(如页岩膨胀率)，导致模拟结果与实测指标难以对标(石油钻采工艺，2017年，39卷第4 期有机胺抑制蒙脱石水化机理的分子模拟；西南石油大学硕士学位论文，2016年， Na-蒙脱石表面水化抑制机理的分子模拟)。
[0004]本专利技术为解决以上问题，在已有抑制剂实验结果的基础上，利用分子模拟技术，提供一种在合成新抑制剂之前即可预测其抑制性能的方法，且预测的性能指标为传统实验可测的抑制性能指标，建立结构与性能指标的遗传函数方程，从而节省因不合理的设计而带来的合成、评价等一系列时间，提前为研究者提供有意义的设计指导，提高研发效率和成功率。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种利用分子模拟技术、建立遗传函数预测页岩抑制剂抑制性能的方法，可以减少抑制剂开发过程中需要合成和筛选的化合物数量，提高研发效率。
[0006]为了实现本专利技术的目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0007]一种利用分子模拟技术、建立遗传函数预测页岩抑制剂抑制性能的方法，包括选择和建立样本模型、实测性能、计算建立遗传函数、验证函数、预测新结构性能等步骤。
[0008]具体步骤如下(利用Materials Studio模拟软件包完成)：
[0009](1)选择和建立样本模型：选择至少10个目标目标抑制剂结构，建立分子模型，利用分子力学和量子化学计算优化，获取最小能量的分子构象，作为样本模型，同时保存以计算出的、能够反映其结构特征的各种参数作为分子描述符；
[0010](2)实测性能：对上述抑制剂进行关键性能测试，获取能够表征抑制性的性能指标；
[0011](3)计算建立遗传函数：利用所述抑制剂样本模型及其描述符、实测性能指标，采用遗传函数近似方法进行计算，获得抑制剂性能与结构特征之间关系的函数式作为遗传函数方程，其中，性能指标为因变量，描述符为自变量；
[0012](4)验证函数方程：选择步骤(1)所选样本之外的已有抑制剂作为验证样本，建立起分子结构模型并优化得到能量最小分子构象，将其描述符信息带入步骤(3)的函数式，得出结果，如果与实测指标进行比对，误差小于10％即认为步骤(3)函数方程准确可靠；如果误差超过10％，则进一步筛选步骤(1)中的样本和步骤(3)中的描述符，直至误差在允许范围之内；
[0013](5)预测新结构性能：建立预设计的抑制剂分子结构模型，优化得到最小能量分子构象，保存其描述符信息；将描述符带入经过步骤(4)验证后误差符合要求的遗传函数方程，得到新抑制剂的性能指标。
[0014]在本专利技术的一个优选实施方式中，步骤(1)若干个指不少于10个，所选抑制剂分子、预设计抑制剂分子需具有相同或相似的主干结构。相似的主干结构指的是具有90-99％的结构重叠。
[0015]例如，相似的官能团结构指的是季铵、叔胺、仲胺、伯胺中的一种或多种。即，主要官能团保持不变，或同系列，改变的是与官能团相连接的那一部分的取代基种类、链长、线性或环状结构、单双建等(见表1举例)。
[0016]在本专利技术的一个优选实施方式中，本专利技术的分子模拟计算选用COMPASSII 力场，采取NVP系综。
[0017]在本专利技术的进一步的优选实施方式中，步骤(2)中的实测性能指标指选择页岩膨胀率。
[0018]在本专利技术的一个优选实施方式中，选择所述抑制剂为碳链胺类抑制剂。
[0019]在本专利技术的进一步的优选实施方式中，选择10个所述碳链胺类抑制，分别为四甲基氯化铵、氯化胆碱、氯化铵、二甲基己二烯氯化铵、三乙醇胺甲基氯化铵、环己二胺、两性胺、聚乙烯亚胺盐、聚二甲基己二胺氯化铵和聚氨酸。
[0020]在本专利技术的进一步的优选实施方式中，所述碳链胺类抑制的遗传函数方程为 Y＝17.379913893
×
X37+9.198666021
×
X75+533.583649829
×
X95+ 46.204402580
×
X137-10.464904422
[0021]X37:总电荷
[0022]X75:芳环数
[0023]X95:电子状态总和，与碳相连的氮原子。
[0024]X137:带电分数，即相对正电荷，带正电原子的电荷除以总正电荷。
[0025]在本专利技术的一些优选实施方式中，利用所述碳链胺类抑制的遗传函数方程对乙氧基二胺进行页岩膨胀率预测，得到的预测结果为42.9％，实际测量得到的乙氧基二胺进行
页岩膨胀率为40.7％，预测误差率为5.4％。
[0026]另外，在本专利技术中，述遗传函数方程是将所述抑制剂样本模型及其描述符、实测性能参数导入Materials Studio模拟软件包QSAR模块计算得到。
[0027]本专利技术提供的预测方法具有以下优点：应用计算机分子模拟的方法预测抑制剂性能，通过理论计算可快速预测预设计抑制剂的性能指标，且指标可以和传统实验测试结果直接对标，可以减少设计研发工作量，提高研发成功率。
附图说明
[0028]图1为10个碳链胺(铵)类抑制剂的能量与模拟步数(迭代时长)关系图。
具体实施方式
[0029]下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0030]为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面通过实施例对本专利技术中的方案进行清楚完整的描述。
[0031]实施例1
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预测页岩抑制剂抑制性能的方法，包括：(1)选择和建立样本模型：选择至少10个目标抑制剂结构，建立分子模型，利用分子力学和量子化学计算优化，获取最小能量的分子构象，作为样本模型，同时保存以计算出的、能够反映其结构特征的各种参数作为分子描述符；(2)实测性能：对上述抑制剂进行关键性能测试，获取能够表征抑制性的性能指标；(3)计算建立遗传函数：利用所述抑制剂样本模型及其描述符、实测性能指标，采用遗传函数近似方法进行计算，获得抑制剂性能与结构特征之间关系的函数式作为遗传函数方程，其中，性能指标为因变量，描述符为自变量；(4)验证函数方程：选择步骤(1)所选样本之外的已有抑制剂作为验证样本，建立起分子结构模型并优化得到能量最小分子构象，将其描述符信息带入步骤(3)的遗传函数方程，得出结果，如果与实测指标进行比对，误差小于10％即认为步骤(3)函数方程准确可靠；如果误差超过10％，则进一步筛选步骤(1)中的样本和步骤(3)中的描述符，直至误差在允许范围之内；(5)预测新结构性能：建立预设计的抑制剂分子结构模型，优化得到最小能量分子构象，保存其描述符信息；将描述符带入经过步骤(4)验证后误差符合要求的遗传函数方程，得到新抑制剂的性能指标。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少10个目标抑制剂结构具有相同主干结构，或具有90-99％的结构重叠。3.根据权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，杨小华，林永学，金军斌，高书阳，胡子乔，孔勇，张亚云，
申请(专利权)人：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：