受限空间烷烃流体临界温度与临界密度计算方法技术

本发明专利技术涉及受限空间烷烃流体临界温度与临界密度计算方法，包括：步骤1)采用Materials Studio软件建立二氧化硅模型，生成原子坐标文件与力场参数文件；步骤2)采用Materials Studio软件建立甲烷流体结构，生成原子坐标文件与力场参数文件；步骤3)使用开源软件GPU Optimized Monte Carlo，在计算参数控制文件in.conf中定义蒙特卡洛模拟计算参数关键词；步骤4)温度压力大范围下的粗算；步骤5)温度压力小范围下的精算；步骤6)根据远临界区各温度压力下的的ρ

【技术实现步骤摘要】
受限空间烷烃流体临界温度与临界密度计算方法


[0001]本专利技术涉及石油与天然气行业测试受限空间烷烃流体临界性质的分子模拟方法，特别是涉及受限空间实际烷烃流体临界温度与临界密度的计算方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着油气藏勘探开发技术水平的提高，大量非常规油气藏在我国油气开发领域中的比例越来越大，引起研究人员的广泛关注，其中，流体相态实验测试是其中的热点及难点之一。非常规油气储层一般具有岩石骨架颗粒小、比表面积大、微纳米孔隙发育的特点，流体与储层孔隙介质间存在着诸多复杂的界面效应问题，导致微纳米孔隙介质中流体的相态变化规律异于常规油气藏流体相态。常规油气藏流体相态实验测试一般按照国家标准《油气藏流体物性分析方法GB/T 26981
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2020》执行，实验仪器多采用加拿大DBR流体相态测试仪、法国万奇或ST公司流体相态测试仪器，将地下油气藏流体注入测试仪器PVT筒中，直接观测流体的相态变化；但是，流体与固体壁面之间的作用力微弱，难以模拟非常规油气藏储层孔隙介质(纳米级)与油气藏流体之间的相互影响。
[0003]近年来，研究人员将纳米实验技术方法应用至微观孔隙介质流体相态测试中，当前的实验方法主要包括吸附—解吸法、差示扫描量热法(DSC)、扩散法和纳米通道芯片法等[Liu X,Zhang D.A review of phase behavior simulation of hydrocarbons in confined space:Implications for shale oil and shale gas[J].Journal of Natural Gas Science and Engineering,2019:102901]，这些实验方法所涉及仪器设备造价昂贵，并且方法各有优缺点，例如，纳米通道芯片实验属于直接实验测试方法，由于能实现微尺度、高温高压及可视，是目前研究微纳米孔道内流体相行为的推荐实验测试方法，确定饱和压力精度较高，但是受空间的影响，难以获得与体积有关的相态参数，需与理论计算相结合。
[0004]非常规储层微纳米孔隙发育的特点，决定了研究手段应从微纳米尺度研究工具中来考虑，作为微纳米尺度研究工具中的巨擘，分子模拟当仁不让。分子模拟方法从微观状态分布来计算热力学参数，可体现微纳米尺度界面效应的影响。近年来，分子模拟被广泛运用于研究油气领域中流体的界面效应以及微纳米孔隙内的界面特性，部分研究者研究了受限状态下不同烷烃的密度分布以及非烃气体与烷烃混合流体在受限状态下的密度分布、界面张力、最小混相压力等界面性质[Wang R,F Peng,Song K,et al.Molecular dynamics study of interfacial properties in CO2 enhanced oil recovery[J].Fluid Phase Equilibria,2018:S0378381218301225]，而受限空间烃流体临界性质(临界温度、临界压力)还在探索阶段，Pitakbunkate等人[Pitakbunkate T,Balbuena P B,Moridis G J,et al.Effect of confinement on pressure/volume/temperature properties of hydrocarbons in shale reservoirs[J].SPE Journal,2016,21(02):621
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634]采用巨正则系综研究了有机质片层中甲烷、乙烷相图，但通过设定几十个温度点、每个温度点下几十个压力点的正交计算方式使计算量巨大，此外，该研究中相包络线划分存在较强主观性。因
此，有必要将受限空间烷烃流体临界性质的计算方法升华为一套理论方法，为后续准确、规范、快速模拟受限空间中单组份烷烃流体及实际油气流体奠定基础。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供模拟测试受限空间中烷烃流体临界性质的计算方法，该方法原理可靠、精度高，简便适用，通过模拟出油气流体在微纳米孔隙中的临界温度与临界密度，得到非常规油气藏储层微观孔隙介质中油气流体相态变化，对我国非常规油气藏开发具有重要的实际意义和广阔的应用前景。
[0006]为达到以上技术目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0007]受限空间烷烃流体临界温度与临界密度计算方法，依次包括以下步骤：
[0008](1)模型建立与计算文件in.conf的编写：
[0009]步骤1)采用Materials Studio软件建立二氧化硅模型，生成原子坐标文件与力场参数文件，过程如下：
[0010]采用Materials Studio软件晶体库中的SiO2_quartz.xsd，晶胞参数包括：a＝0.4913nm，b＝0.4913nm，c＝0.54052nm，α＝90
°
，β＝90
°
和γ＝120
°
。对二氧化硅原始晶胞进行(0 0 1)表面切取，再通过超胞化与建立层结构的方法构建狭缝模型(狭缝模型层间距即纳米孔径)，模型构建完毕后导出结构原子坐标文件BOX0.pdb及拓扑文件BOX0.psf。根据Clayff力场，在力场参数文件Par.inp中分别定义Si原子、桥连O原子、羟基O原子以及H原子的作用参数。
[0011]步骤2)采用Materials Studio软件建立烷烃流体结构(以甲烷为例)，生成原子坐标文件与力场参数文件，过程如下：
[0012]使用Materials Studio软件构建甲烷联合原子模型，所述甲烷联合原子模型使用一个碳原子代替甲烷，并设置3000个甲烷分子成为流体粒子源，模型构建完毕后导出流体原子坐标文件BOX1.pdb及拓扑文件BOX1.psf。甲烷采用TraPPE
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UA力场，在步骤1)所述Par.inp中编写甲烷的作用参数。
[0013]步骤3)使用开源软件GPU Optimized Monte Carlo进行Gibbs系综蒙特卡洛模拟，在计算参数控制文件in.conf中定义蒙特卡洛模拟计算参数关键词，过程如下：
[0014]在计算参数控制文件in.conf中写入蒙特卡罗算法类型“GEMC”；平动频率DisFreq、转动频率RotFreq、交换频率SwapFreq/IntraSwapFreq；模拟目标温度“Temperature”、目标压力“Pressure”的数值；库伦作用与静电作用加和方式；模拟输出步数设置。
[0015](2)各温度压力下的粗算与精算：
[0016]步骤4)温度压力大范围下的粗算：根据甲烷体相临界性质确定受限空间中计算的温度压力计算大范围并进行模拟。通过NIST网站查询甲烷体相饱和蒸气压、临界温度与临界压力，确定温度计算区间100K～200K，压力计算区间0.2MPa～3.2MPa(2bar～32bar)，在步骤3)中计算参数控制文件in.conf中“Temper本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.受限空间烷烃流体临界温度与临界密度计算方法，依次包括以下步骤：步骤1)采用Materials Studio软件建立二氧化硅模型，生成原子坐标文件与力场参数文件，过程如下：采用Materials Studio软件晶体库中的SiO2_quartz.xsd，晶胞参数包括：a＝0.4913nm，b＝0.4913nm，c＝0.54052nm，α＝90
°
，β＝90
°
和γ＝120
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；对二氧化硅原始晶胞进行(0 0 1)表面切取，再通过超胞化与建立层结构的方法构建狭缝模型，导出结构原子坐标文件BOX0.pdb及拓扑文件BOX0.psf，根据Clayff力场，在力场参数文件Par.inp中分别定义Si原子、桥连O原子、羟基O原子以及H原子的作用参数；步骤2)采用Materials Studio软件建立甲烷流体结构，生成原子坐标文件与力场参数文件，过程如下：使用Materials Studio软件构建甲烷联合原子模型，所述甲烷联合原子模型使用一个碳原子代替甲烷，并设置3000个甲烷分子成为流体粒子源，导出流体原子坐标文件BOX1.pdb及拓扑文件BOX1.psf，采用TraPPE
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UA力场，在步骤1)所述Par.inp中编写甲烷的作用参数；步骤3)使用开源软件GPU Optimized Monte Carlo，在计算参数控制文件in.conf中定义蒙特卡洛模拟计算参数关键词，过程如下：在计算参数控制文件in.conf中写入蒙特卡罗算法类型“GEMC”；平动频率DisFreq、转动频率RotFreq、交换频率SwapFreq/IntraSwapFreq；模拟目标温度“Temperature”、目标压力“Pressure”的数值；库伦作用与静电作用加和方式；模拟输出步数设置；步骤4)温度压力大范围下的粗算，过程如下：根据甲烷体相饱和蒸气压、临界温度与临界压力，确定温度计算区间100K～200K，压力计算区间2bar～32bar，在步骤3)中计算参数控制文件in.conf中“Temperature”“Pressure”处设置各温度压力进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪周华，赵建飞，郭平，张宇，向星任，朱泽宇，代运川，唐瑞，刘煌，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：