一种定量表征岩石孔隙表面对流体吸附的方法技术

本发明专利技术涉及一种定量表征岩石孔隙表面对流体吸附的方法，包括：基于岩石和流体的分子结构和物性参数，建立分子模拟初始模型；给分子模拟初始模型一个初始速度和力场，分子开始运动，待模型处于热平衡态后，记录每一个流体分子在每一时间步长下的坐标信息；以岩石孔隙表面Z0为起点，将整个模型划分成沿Z轴分布等间距为Δr的n个系列长方体区间；求解模型系综平均，进而计算每一个长方体中原子数密度；绘制沿Z轴分布的流体原子数密度图，进而确定吸附层和均相区；计算吸附层与均相区中的原子数密度比值，即为岩石表面对该组分的吸附能力。该方法可以准确计算固体表面吸附能力，为后续开展流体流动机理研究、分析流动特征提供理论支持。支持。支持。

【技术实现步骤摘要】
一种定量表征岩石孔隙表面对流体吸附的方法


[0001]本专利技术涉及一种定量表征岩石孔隙表面对流体吸附的方法，属于石油开发


技术介绍

[0002]当流体与岩石孔隙表面接触时，流体中某一组分或多个组分在固体表面处产生积蓄，此现象即为吸附。吸附能力的大小取决于岩石表面与流体分子相互作用强度，它是岩石的一种天然特性。吸附在石油开发领域中有着非常重要的意义，在微观尺度下，它是流体与固体表面、流体与流体间相互作用的结果，影响着流体分布与流动特征；宏观尺度下，它影响流体流动方程，控制油、气等流体在岩石孔隙中流量，直接关系油气采收率。

技术实现思路

[0003]针对上述技术问题，本专利技术提供一种定量表征孔隙表面对流体吸附的方法，用以准确计算固体表面吸附能力，为后续开展流体流动机理研究、分析流动特征提供理论支持。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0005]一种定量表征岩石孔隙表面对流体吸附的方法，包括：
[0006]基于岩石和流体的分子结构和物性参数，建立分子模拟初始模型；
[0007]给分子模拟初始模型一个初始速度和力场，分子开始运动，待模型处于热平衡态后，记录每一个流体分子在每一时间步长下的坐标信息；
[0008]以岩石孔隙表面Z0为起点，将整个模型划分成沿Z轴分布等间距为Δr的n个系列长方体区间；
[0009]求解模型系综平均，进而计算每一个长方体中原子数密度；
[0010]绘制沿Z轴分布的流体原子数密度图，进而确定吸附层和均相区；
[0011]计算吸附层与均相区中的原子数密度比值，即为岩石表面对该组分的吸附能力。
[0012]所述的定量表征岩石孔隙表面对流体吸附的方法，优选地，以岩石孔隙表面Z0为起点，将整个模型划分成沿Z轴分布等间距为Δr的n个系列长方体区间，具体如下：
[0013]以岩石孔隙表面Z0为底面，沿Z轴划分若干长方体区间i＝1,2,3...n，每一个长方体宽度Δr为长方体X/Y方向长度与整个系统X/Y方向长度保持一致。
[0014]所述的定量表征岩石孔隙表面对流体吸附的方法，优选地，求解模型系综平均，进而计算每一个长方体中原子数密度，具体如下：
[0015]统计出热平衡态后每一时间步长t落于长方体区间中的流体分子数目，由公式(1)得出系综平均后每一个区间内的平均原子数，进而通过公式(2)得到原子数密度；
[0016][0017][0018]式中，为平均原子数,N
i
为当前时间步下落在第i个长方体区间中的原子数，N
t
为求系综平均时的总时间步数，V
i
是第i个长方体区间体积，ρ
N
为所求原子数密度，t
equil
为系统达到热平衡状态的时间。
[0019]所述的定量表征岩石孔隙表面对流体吸附的方法，优选地，
[0020]计算吸附层与均相区中的原子数密度比值，即为固体岩石表面对该组分的吸附能力，具体如下：
[0021][0022]式中，ρ
a
为吸附层的数密度值，ρ
u
为均相区数密度值。
[0023]本专利技术第二方面提供一种定量表征岩石孔隙表面对流体吸附的装置，包括：
[0024]第一处理单元，用于基于岩石和流体的分子结构和物性参数，建立分子模拟初始模型；
[0025]第二处理单元，用于给分子模拟初始模型一个初始速度和力场，分子开始运动，待模型处于热平衡态后，记录每一个流体分子在每一时间步长下的坐标信息；
[0026]第三处理单元，用于以岩石孔隙表面Z0为起点，将整个模型划分成沿Z轴分布等间距为Δr的n个系列长方体区间；
[0027]第四处理单元，用于求解模型系综平均，进而计算每一个长方体中原子数密度；
[0028]第五处理单元，用于绘制沿Z轴分布的流体原子数密度图，进而确定吸附层和均相区；
[0029]第六处理单元，用于计算吸附层与均相区中的原子数密度比值，即为岩石表面对该组分的吸附能力。
[0030]本专利技术第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意一项所述定量表征岩石孔隙表面对流体吸附的方法的步骤。
[0031]本专利技术第四方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意一项所述定量表征岩石孔隙表面对流体吸附的方法的步骤。
[0032]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0033]1、本专利技术通过求解模型系综平均，计算出每一个空间上划分的长方体区间中原子数密度，进而确定吸附层内原子数密度与均相层中原子数密度比值，最后得到固体表面对流体吸附能力大小表征指标。该方法操作简单，测试费用低，能够准确、快速计算出岩石孔隙表面吸附能力。
[0034]2、本专利技术所提供的用于定量计算纳米尺度下孔隙表面对流体吸附的方法，可实现快速吸附能力计算，不仅操作简单可行，并且显著降低了成本。
[0035]3、本专利技术的表征方法无需进行任何实验测试，降低了研究成本，减少了作业周期，
进而达到降本增效的目的，该方法可广泛应用于纳米尺度下固体表面吸附测定的研究中。
附图说明
[0036]图1为本专利技术一实施例提供的纳米尺度下岩石孔隙表面吸附计算方法流程示意图；
[0037]图2为本专利技术该实施例提供的分子模拟初始模型中长方体区间划分示意图；
[0038]图3为本专利技术该实施例提供的从原子数密度分布图中判定吸附层、均相区，并计算固体表面吸附能力的示意图。
具体实施方式
[0039]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0040]除非另外定义，本专利技术使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本专利技术中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
[0041]由于尺度、环境限制，常规实验方法难以开展纳米尺度下的吸附研究，更不用说对其进行定量的特征描述。为此，分子动力学模拟常常被应用到微观尺度下的基础研究中。在分子模拟中，流体分子在与固体表面相互作用后堆叠在流/固表面处，形成“吸附层”。在热平衡状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种定量表征岩石孔隙表面对流体吸附的方法，其特征在于，包括：基于岩石和流体的分子结构和物性参数，建立分子模拟初始模型；给分子模拟初始模型一个初始速度和力场，分子开始运动，待模型处于热平衡态后，记录每一个流体分子在每一时间步长下的坐标信息；以岩石孔隙表面Z0为起点，将整个模型划分成沿Z轴分布等间距为Δr的n个系列长方体区间；求解模型系综平均，进而计算每一个长方体中原子数密度；绘制沿Z轴分布的流体原子数密度图，进而确定吸附层和均相区；计算吸附层与均相区中的原子数密度比值，即为岩石表面对该组分的吸附能力。2.根据权利要求1所述的定量表征岩石孔隙表面对流体吸附的方法，其特征在于，以岩石孔隙表面Z0为起点，将整个模型划分成沿Z轴分布等间距为Δr的n个系列长方体区间，具体如下：以岩石孔隙表面Z0为底面，沿Z轴划分若干长方体区间i＝1,2,3...n，每一个长方体宽度Δr为长方体X/Y方向长度与整个系统X/Y方向长度保持一致。3.根据权利要求1所述的定量表征岩石孔隙表面对流体吸附的方法，其特征在于，求解模型系综平均，进而计算每一个长方体中原子数密度，具体如下：统计出热平衡态后每一时间步长t落于长方体区间中的流体分子数目，由公式(1)得出系综平均后每一个区间内的平均原子数，进而通过公式(2)得到原子数密度；系综平均后每一个区间内的平均原子数，进而通过公式(2)得到原子数密度；式中，为平均原子数,N
i
为当前时间步下落在第i个长方体区间中的原子数，N
t
为求系综平均时的总时间步数，V
i
是第i个长方体区间体积，ρ
N

【专利技术属性】
技术研发人员：雍唯，未志杰，张健，刘玉洋，周文胜，崔永正，王德强，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司北京研究中心，
类型：发明
国别省市：