【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分子动力学领域，特别是页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法及系统。
技术介绍
1、页岩气的主要成分是甲烷，以吸附态、游离态和溶解态三种不同的形式储存在页岩孔隙网络中。吸附态气体占比55-80％，是页岩气的主要储存状态，同时也是页岩气产量估算的重要参考。页岩气多贮存在微纳米尺度的复杂孔隙网络中，实验观测到页岩孔隙的表面存在粗糙结构，然而针对粗糙壁面结构页岩孔隙内气体储运机制的研究尚未完善。页岩基质的类型、孔隙中的含水量、基质的含碳量以及微纳米孔隙的结构都影响着页岩气的吸附状态，使得储运理论的建立充满困难。目前报道的实验研究只揭示了纳米孔隙的宏观吸附特性，即不同矿物和孔径的吸附气聚集行为，进行原子级粗糙孔隙中气体吸附和输运机理的实验研究较为困难，对于真实页岩中气体的吸附特性和注气驱替的研究还不够完善，针对不同孔隙表面结构的研究还处于空缺状态。
技术实现思路
1、鉴于对原子级粗糙孔隙中气体吸附和输运机理进行实验研究时，现有技术中对于真实页岩中气体的吸附特性和注气驱替的研究不够完善和针对不同孔隙表面结构的研究还处于空缺状态等问题，提出了本专利技术。
2、因此，本专利技术所要解决的问题在于如何从微观尺度观测页岩气的赋存和运移特征，分析竞争吸附、注气驱替和气体转运时由页岩孔隙的粗糙结构所造成的差异。
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
4、第一方面，本专利技术实施例提供了页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法，其包括
5、作为本专利技术所述页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法的一种优选方案，其中：所述分子模拟方法包括赋存状态和限域运移；所述页岩壁面孔隙模型包括平行狭缝壁面结构模型、三角壁面结构模型和矩形壁面结构模型。
6、作为本专利技术所述页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法的一种优选方案，其中：所述赋存状态为油气在页岩储层中的存在形式，包括自由气态和吸附态，自由气态为游离在孔隙中的气体，吸附态为子与页岩表面形成化学键而被吸附在孔隙表面的气体；所述限域运移为页岩储层中油气分子在孔隙中运动的特性，油气分子的运动会受到孔隙大小、形状和表面电荷的影响。
7、作为本专利技术所述页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法的一种优选方案，其中：所述三角壁面结构模型中用石墨烯弯折角度α来量化粗糙结构；所述矩形壁面结构模型中用矩形结构高和宽的比值λ来量化粗糙结构。
8、作为本专利技术所述页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法的一种优选方案，其中：所述相互作用能为当气体分子靠近页岩壁面时，稳定构型的能量与气体分子和页岩壁面的能量和之差。
9、作为本专利技术所述页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法的一种优选方案，其中：所述相互作用能的计算公式如下：
10、δe＝eadsorbent+adsorbate-eadsorbent-eadsorbate
11、其中，δe为分子间的相互作用能；eadsorbent+adsorbate为吸附剂气体分子和吸附质页岩壁面形成的稳定构型的能量；eadsorbent为气体分子独立存在时的能量；eadsorbate为页岩壁面独立存在时的能量；由于吸附过程是放热的，因此δe通常为负，高能量的结构更活跃，它倾向于释放多余的热量，从而成为一个能量更低和更稳定的结构；由于吸附剂和吸附质可获得的能量是均匀的，δe越小，越低，说明吸附后的构型更加稳定；甲烷分子和页岩壁面之间的相互作用能越低，相互作用能绝对值越高，页岩模型对于甲烷分子的亲和力和吸附能力越强。
12、作为本专利技术所述页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法的一种优选方案，其中：所述吸附等温线通过langmuir公式对模拟数据进行拟合得到，拟合模拟数据的计算公式如下：
13、
14、其中，v为吸附气体含量，单位为mmol/cm3；a为langmuir吸附常数；b为langmuir压力常数，与吸附剂的类型、吸附质物理化学特性和温度相关，为气体吸附速度常数和解吸速度常数的比值，反映页岩壁面对气体的吸附能力的强弱，单位为1/mpa；p为环境压力，单位为mpa；vl为langmuir吸附体积，表示页岩孔隙的最大吸附潜力，其物理意义是在一定的温度下，页岩孔隙中吸附甲烷的量达到饱和状态时吸附气体的含量，单位为mmol/cm3；pl为langmuir压力，即吸附气含量达到饱和吸附气含量一半时所对应的环境压力，pl值越小表示页岩壁面的吸附能力越强，单位为mpa。
15、第二方面，本专利技术为进一步解决观测页岩气中存在的安全问题，实施例提供了页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟系统，其包括：模型构建模块，用于导出并利用编程构建所述页岩壁面孔隙模型；赋存状态评估模块，用于计算所述相互作用能、所述甲烷的密度分布和所述甲烷的吸附等温线，评估不同页岩壁面孔隙模型中甲烷的赋存状态；限域运移评估模块，用于计算所述不同页岩壁面孔隙模型中二氧化碳吸附量达到稳定吸附状态的时间，评估所述不同页岩壁面孔隙模型对甲烷的限域运移特性的影响。
16、第三方面，本专利技术实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现如本专利技术第一方面所述的页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法的任一步骤。
17、第四方面，本专利技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现如本专利技术第一方面所述的页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法的任一步骤。
18、本专利技术有益效果为：本专利技术聚焦于研究页岩油气资源的成藏机理，探究工程开采过程中所面临的现实问题，建立页岩油气的宏观开采和微观流动之间联系；通过采用巨正则蒙特卡洛模拟技术阐明壁面结构对于页岩气吸附特性的影响，从微观尺度观测并总结页岩气的赋存和运移特征，理解页岩气在基质中的吸附和输运机制，研究结果补充了真实页岩孔隙内甲烷的储运理论，有助于理解页岩气在基质中的吸附和输运行为，从而对页岩气藏的勘探开发提供有益的指导。
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1.页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法，其特征在于：包括：
2.如权利要求1所述的页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法，其特征在于：所述分子模拟方法包括赋存状态和限域运移；
3.如权利要求2所述的页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法，其特征在于：所述赋存状态为油气在页岩储层中的存在形式；
4.如权利要求3所述的页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法，其特征在于：所述三角壁面结构模型中用石墨烯弯折角度α来量化粗糙结构；
5.如权利要求4所述的页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法，其特征在于：所述相互作用能为当气体分子靠近页岩壁面时，稳定构型的能量与气体分子和页岩壁面的能量和之差。
6.如权利要求5所述的页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法，其特征在于：所述相互作用能的计算公式如下：
7.如权利要求6所述的页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法，其特征在于：所述吸附等温线通过Langmuir公式对模拟数据进行拟合得到，拟合模拟数据的计算公式如下：
8.页岩气在粗
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1～7任一所述的页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1～7任一所述的页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法，其特征在于：包括：
2.如权利要求1所述的页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法，其特征在于：所述分子模拟方法包括赋存状态和限域运移；
3.如权利要求2所述的页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法，其特征在于：所述赋存状态为油气在页岩储层中的存在形式；
4.如权利要求3所述的页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法，其特征在于：所述三角壁面结构模型中用石墨烯弯折角度α来量化粗糙结构；
5.如权利要求4所述的页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法，其特征在于：所述相互作用能为当气体分子靠近页岩壁面时，稳定构型的能量与气体分子和页岩壁面的能量和之差。
6.如权利要求5所述的页岩气在粗糙页岩微纳米孔隙中的分子模拟方法，其特征在于...
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