CN108595778B - 一种页岩复合有机质分子模型的构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种页岩复合有机质分子模型的构建方法，其包括以下步骤：提取页岩样品中的沥青样品组分和干酪根样品，并对沥青样品进行组分分析；对干酪根样品进行元素分析、FTIR光谱分析、13C NMR谱图测试和XPS能谱分析，判断干酪根样品中的元素组成、碳原子与杂原子的原子比，官能团种类，碳骨架结构参数，杂原子的存在形态；根据元素分析、FTIR光谱分析、13C NMR谱图测试和XPS能谱分析的结果构建干酪根样品的初始分子结构；确定有机质分子模型中干酪根初始分子结构的数量、沥青组分分布和储层条件下的有机质轻质组分分布，采用分子模拟技术构建三维体相的页岩复合有机质分子模型；杂原子为除碳氢以外的原子。
Description
技术领域
本发明属于石油化学领域，涉及一种页岩复合有机质分子模型的构建方法。
背景技术
页岩气资源丰富，是常规石油与天然气的重要替代能源。但页岩气藏特殊的储层条件和渗流特征，决定了气藏自然递减快，自然产能低的特点，当前页岩气藏多采用衰竭式开发，采收率普遍低于30％。如何从页岩气藏中更多地采出页岩气，尤其是吸附气，是目前页岩气藏开发研究中的热点和难点。
吸附气是页岩气的主要赋存形式之一，其含量可达气体总量的60-85％。吸附气主要赋存于页岩有机质的纳米级孔隙。有机质纳米孔隙中的气体吸附行为是深入理解页岩气存储、传递和提高采收率机理的基础。构建合理的有机质分子结构模型是从微观上探究页岩气或注入气与有机质相互作用的重要前提。
页岩有机质含量较少，主要以分散形式分布在无机基质中。有机质在储层中为多种组分的混合物，其主要成分为干酪根，同时也含有一定量的沥青组分和残余的轻质组分。干酪根构成了有机质结构的主体骨架，其具有复杂的三维大分子网状结构，与煤的大分子化学结构类似，主要采用“平均分子结构”来表征其化学结构。目前对有机质分子结构的研究停留在干酪根结构模型的构建上，而忽略了真实页岩有机质中沥青组分和轻质组分的存在。沥青组分和轻质组分的含量及组成与有机质类型和所处的热演化阶段密切相关。这些组分分布在有机质的干酪根骨架中，不仅会影响有机质的孔隙度和渗透率，还会影响有机质的孔隙网络结构和力学性质。为表征储层条件下有机质的真实物理和化学性质，有机质模型的构建不能忽略结构中的沥青组分和轻质组分。
目前缺乏有机质多组分复合分子模型的研究，因此设计一套页岩复合有机质分子结构模型的构建方法具有重要意义。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种页岩复合有机质分子模型的构建方法。该方法能够构建反应真实页岩有机质中沥青组分和轻质组分的页岩复合有机质分子模型。
为了达到前述的发明目的，本说明书提供一种页岩复合有机质分子模型的构建方法，其包括以下步骤：
步骤一：提取页岩样品中的沥青样品组分和干酪根样品，并对所述沥青样品进行组分分析；
步骤二：对所述干酪根样品进行元素分析、FTIR光谱分析、13C NMR谱图测试和XPS能谱分析；
并根据元素分析结果判断所述干酪根样品中的元素组成、碳原子与杂原子的原子比；
根据FTIR光谱中的特征峰判断所述干酪根样品中的官能团种类；
根据13C NMR谱图计算所述干酪根样品中的碳骨架结构参数；
根据XPS能谱判断所述干酪根样品中杂原子的存在形态；
步骤三：根据所述元素分析、FTIR光谱分析、13C NMR谱图测试和XPS能谱分析的结果构建所述干酪根样品的初始分子结构；
步骤四：确定有机质分子模型中干酪根初始分子结构的数量、沥青组分分布和储层条件下的有机质轻质组分分布，采用分子模拟技术构建三维体相的页岩复合有机质分子模型；
所述杂原子为除碳氢以外的原子。
上述页岩复合有机质分子模型的构建方法中，对页岩粉末样品进行沥青抽提，并对抽提出的沥青样品进行组分分离获得沥青样品，对抽提后的页岩样品进行酸化处理脱去页岩中的无机成分，获得干酪根样品。所述酸化处理包括HCl，HNO3，HCl/HF处理。其中HCl处理用于除去页岩中的碳酸盐矿物，HNO3处理用于除去黄铁矿，HCl/HF处理用于除去硅酸盐矿物。XPS能谱是指X射线光电子能谱，包括XPS全谱和XPS精细谱；FTIR光谱是指傅里叶红外光谱，元素组成一般可以根据XPS全谱分析得到，也可以结合常规的元素分析方法进行综合分析后确定；同理，碳原子与杂原子的原子比可以通过XPS全谱中各元素分峰拟合后的峰面积计算，也可以结合常规的元素分析方法进行综合分析后确定；13C NMR谱图是指固体碳核磁共振谱图，能够反应有机质中碳的存在形态和各类碳的占比。步骤二中，杂原子的存在形态可以由对应元素的XPS精细谱分峰拟合判断其可能存在的与碳原子或者其他杂原子的键合结构，再推测出杂原子在干酪根样品中可能的存在形态，结合FTIR光谱和13C NMR谱图分析可以确定杂原子在干酪根样品中的存在形态。所述杂原子包括但不限于O、N和S。其中，N原子的存在形态可以直接由XPS精细谱中N1s分峰拟合后的峰位置确定。而O原子的存在形态较为复杂，一般需要由XPS精细谱中C1s、N1s和S1s分峰拟合后的峰位置结合FTIR光谱和13C NMR谱图才能定性分析出各种含氧基团，然后再根据各含氧基团在XPS精细谱分峰面积计算各含氧基团的占比百分数，定量确定O原子在干酪根样品中的存在形态。通常基于分子模型的最小尺寸要求以及模拟的计算经济性原则，选取10个左右的干酪根初始分子结构模型建立三维体相的页岩复合有机质分子模型。
在上述页岩复合有机质分子模型的构建方法中，优选地，所述干酪根样品中的碳骨架结构参数包括脂碳率、芳碳率、芳香簇尺寸、亚甲基链长度、烷链支化度和芳环取代度中的至少一种。
在上述页岩复合有机质分子模型的构建方法中，优选地，所述碳骨架结构参数通过所述13C NMR谱图中各特征峰对应的峰面积计算获得。
在上述页岩复合有机质分子模型的构建方法中，优选地，所述构建方法还包括将FTIR光谱分析结果、13C NMR谱图分析结果和XPS能谱分析结果相互检验的步骤，检测FTIR光谱、13C NMR谱图和XPS能谱的一致性。
在上述页岩复合有机质分子模型的构建方法中，优选地，所述沥青组分分布根据对所述沥青样品进行组分分析结果确定，包括沥青样品的组分和各组分的分子数量比；更优选地，所述沥青样品的组分包括沥青质、胶质、芳香烃和饱和烃中至少一种。
在上述页岩复合有机质分子模型的构建方法中，优选地，所述储层条件下的有机质轻质组分分布由以下步骤确定：
基于原子平衡假设，参照相同有机质类型的未成熟干酪根的原子组分信息，确定有机质分子模型中的初始轻质组分分布；
对所述页岩样品所在区域的页岩气进行气相色谱测试，确定产出气的组分分布，并其从所述初始轻质组分分布中扣除，获得所述储层条件下的有机质轻质组分分布。其中，所述原子平衡假设是指有机质热演化过程中，由干酪根产生的流体组分没有排出有机质，有机质体系中H、O、N、S原子与C原子的比值满足守恒原理。
在上述页岩复合有机质分子模型的构建方法中，优选地，所述有机质轻质组分包括轻烃组分和/或非烃组分；更优选地，所述轻烃组分包括甲烷和/或乙烷；优选地，所述非烃组分包括二氧化碳、氮气和水中的至少一种。
在上述页岩复合有机质分子模型的构建方法中，优选地，所述杂原子包括O、N和S的至少一种。
在上述页岩复合有机质分子模型的构建方法中，优选地，所述N原子的存在形态由所述XPS能谱上的N1s分峰经拟合后定量分析确定。
在上述页岩复合有机质分子模型的构建方法中，优选地，所述N原子的存在形态包括吡咯、吡啶、胺和氮氧化合物中的至少一种。
在上述页岩复合有机质分子模型的构建方法中，优选地，所述O原子的存在形态由所述XPS能谱上各种含氧基团的分峰经拟合后定量分析确定，所述含氧基团根据所述FTIR光谱中的特征峰判断。
在上述页岩复合有机质分子模型的构建方法中，优选地，所述含氧基团包括羰基、醇基、醚基和羧基中的至少一种。
在上述页岩复合有机质分子模型的构建方法中，优选地，所述S原子的存在形态由所述XPS能谱上的S2p分峰经拟合后定量分析确定。
在上述页岩复合有机质分子模型的构建方法中，优选地，优选地，所述S原子的存在形态包括硫醚、黄铁矿、亚砜和噻吩中的至少一种。
在上述页岩复合有机质分子模型的构建方法中，优选地，所述分子模拟技术包括几何优化、退火优化及分子动力学弛豫中的至少一种。
在上述页岩复合有机质分子模型的构建方法中，优选地，该构建方法还包括对所述干酪根样品的初始分子结构进行模拟调整的步骤；
具体为：模拟所述干酪根样品的初始分子结构的13C NMR谱图，并与所述干酪根样品的13C NMR谱图测试结果对比，然后调整所述干酪根样品的初始分子结构，直至模拟13CNMR谱图与实验13C NMR谱图近似。
本说明书还提供一种三维体相的页岩复合有机质分子模型，其由上述页岩复合有机质分子模型的构建方法构建。
本说明书提供的页岩复合有机质分子模型的构建方法，存在以下有益效果：
本说明书提供的页岩复合有机质分子模型的构建方法，基于先进的结构表征手段和地球化学测试实验，可得到准确的有机质组分和结构参数，根据有机质(主要为干酪根)结构参数和组分(有机质轻质组分和沥青组分)参数的实验测试结果，结合分子模拟手段构建具有代表性和合理性的有机质平均分子结构模型。构建的有机质模型为多组分复合的非均质性结构，其不仅包括干酪根的骨架结构，还包括沥青组分和轻质组分，既具有孔隙网络的物理非均质特性，也具有孔隙壁面的化学非均质特性。
其次，本说明书提供的有机质分子模型构建方法移植型强，可为特定页岩区块有机质模型的构建提供理论指导。构建的有机质分子模型对真实页岩储层有机质具有良好的代表性，不仅可用于有机质微观孔隙结构和力学性质的研究，还可以为页岩气存储、传递和提高采收率机理的研究奠定模型基础。
附图说明
图1为实施例1页岩复合有机质分子模型构建流程图；
图2为实施例1复合有机质分子模型组分分布图；
图3为实施例1牛蹄塘组页岩干酪根FTIR谱图及官能团分布图；
图4为实施例1牛蹄塘组页岩干酪根13C NMR谱图及官能团分布图；
图5为实施例1牛蹄塘组页岩干酪根13C NMR分峰拟合谱图；
图6为实施例1牛蹄塘组页岩干酪根XPS谱图及官能团分布图；
图7A为实施例1牛蹄塘组页岩干酪根XPS能谱中C1s分峰拟合谱图；
图7B为实施例1牛蹄塘组页岩干酪根XPS能谱中N 1s分峰拟合谱图；
图7C为实施例1牛蹄塘组页岩干酪根XPS能谱中S 2p分峰拟合谱图；
图8为实施例1牛蹄塘组页岩干酪根模拟和实验的13C NMR谱图对比图；
图9为实施例1牛蹄塘组页岩干酪根化学结构；
图10A为实施例1牛蹄塘组页岩有机质中代表性胶质结构；
图10B为实施例1牛蹄塘组页岩有机质中代表性饱和烃结构；
图11为实施例1牛蹄塘组页岩复合有机质分子模型。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种页岩复合有机质分子模型的构建方法，其以四川盆地牛蹄塘组页岩样品作为研究对象，具体构建方法的流程如图1所示，包括以下步骤：
(1)取尺寸小于200目的牛蹄塘组页岩粉末样品开展沥青抽提实验，计算页岩有机质沥青含量，并对抽提出的沥青样品进行组分分离，获得沥青质、胶质、芳香烃和饱和烃的组分含量，用去离子水洗涤抽提后的页岩样品，将洗涤后的样品在真空干燥箱内烘干至恒重备用。复合有机质分子模型组分分布图如图2所示。
(2)采用逐级酸洗的方法脱除页岩样品中的无机矿物质。首先采用浓度为20wt％的HCl溶液去除样品中的碳酸盐矿物，对样品进行抽滤、洗涤、烘干；然后采用浓度为20wt％的HNO3溶液去除样品中的黄铁矿，对样品进行抽滤、洗涤、烘干；最后采用HCl(20wt％)和HF(40wt％)按体积比为1:1配置的混合酸溶液去除样品中的硅酸盐矿物，对样品进行抽滤、洗涤、烘干，获得牛蹄塘组干酪根样品。
(3)对牛蹄塘组干酪根样品进行C、H、O、N、S元素分析。
(4)对牛蹄塘组干酪根样品进行FTIR光谱测试，获得其FTIR谱图，如图3所示，根据表1所示的FTIR吸收峰官能团归属标注图3FTIR谱图上的主要吸收峰，并定性分析谱图上的主要官能团特征峰信息，包括芳香烃结构(苯环)、脂肪烃结构(CH2和CH3的官能团，长亚甲基链)、含氧官能团结构(羰基、醚基和醇基)等。
根据如图3所示的干酪根光谱图，可以看出干酪根的微观结构主要由芳香烃结构、饱和烃结构和含氧官能团三部分组成。谱图的最强峰在1620cm–1处，此为芳香烃骨架的振动，表明芳香烃为干酪根中碳的主要类型。此外，谱图在1455cm–1，1375cm–1处具有较强的峰，表明该地区干酪根的分子中含有CH2和CH3官能团。720cm-1附近是长亚甲基链的振动频带，谱图中在此处无明显的吸收峰，表明脂肪碳主要以短链形式存在。谱图在1700cm–1处的峰和最强峰耦合在一起，且在1059cm–1处存在较为明显的吸收峰，表明结构中存在羰基和醚基含氧官能团。而1059cm–1处的吸收峰较小，表明干酪根结构中几乎不含有醇基官能团。
表1
(5)对牛蹄塘组干酪根样品进行13C NMR谱图测试，获得其13C NMR谱图，如图4所示，根据表2所示的13C NMR吸收峰官能团归属标注谱图上的主要吸收峰，并采用Origin 8.5软件对谱图进行分峰拟合，如图5所示。基于拟合的各分峰计算各分峰面积，计算结果记录在表2中，然后根据表3所示的碳结构参数定义，计算干酪根的主要结构参数，包括脂碳率、芳碳率、亚甲基链长度、芳香簇尺度、烷链支化度、芳环取代度。计算结果记录在表3中。
由表3计算的结构参数可以看出，芳碳数量超过了全部碳数的一半，因此，牛蹄塘组干酪根分子结构的主体是芳香结构，但芳香簇尺度较小，且芳环取代度较高，平均每个芳环上有3个碳原子与周边取代基相接。此外，该地区的干酪根结构中几乎没有亚甲基链，且烷链支化度较高。
表2
表3
(6)对牛蹄塘组干酪根样品进行XPS测试，获得其XPS谱图，如图6所示，根据表4所示的XPS吸收峰官能团归属，标注谱图上的主要吸收峰，并采用Origin 8.5软件对谱图上的C 1s、N 1s和S 2p信号的吸附峰进行分峰拟合，如7A-7C所示，其中，图7A为XPS能谱中C1s分峰拟合谱图，图7B为XPS能谱中N1s分峰拟合谱图，图7C为XPS能谱中S2分峰拟合谱图，根据图7A-7C的分峰结果分别获得O、N、S杂原子在干酪根中的主要存在形态，并计算各分峰的峰面积，记录在表4中，根据各分峰的面积比，判断杂原子(O、N、S)在牛蹄塘组干酪根分子结构的存在形态。
由表4计算的杂原子存在形态结果可以发现，牛蹄塘组干酪根分子结构中醚基或醇基是主要的含氧官能团，且结构中也包含有一定量的羰基和羧基含氧官能团。干酪根中氮元素主要以胺的形式存在，其次为吡咯和吡啶官能团。硫元素基本以有机形式存在，占主导地位的有机硫是亚砜，其次是噻吩。
表4
(7)对比FTIR光谱定性结果与13C NMR谱图和XPS谱图的定量结果，检查各光谱分析结果的一致性。FTIR光谱和13C NMR谱图分析结果均表明，芳香碳为干酪根中碳的主要类型，脂肪碳主要以短链形式存在。FTIR光谱和XPS谱图分析结构均表明，牛蹄塘组干酪根分子结构中含有醚基、羰基和羧基，其中醚基是主要的含氧官能团。基于干酪根的元素分析、FTIR光谱分析、13C NMR谱图分析以及XPS谱图分析，构建牛蹄塘组干酪根的初始分子结构。
(8)将建立的牛蹄塘组干酪根初始分子结构导入ACD/C NMR predictor软件中，预测其13C NMR谱图，并与实验测试的13C NMR谱图对比。不断调整干酪根分子结构中的官能团位置，直到模拟的13C NMR谱图与实验谱图基本吻合，如图8所示，此时的分子结构就是牛蹄塘组干酪根的化学结构，如图9所示。
建立的牛蹄塘组干酪根单元分子式为C210H184O20N4S4，干酪根单元的结构参数与实验测试结果的对比如表5所示，对比结果表明，建立的干酪根单元能够很好地表征实际牛蹄塘组干酪根的化学结构。
表5
(9)基于分子模型的最小尺寸要求以及模拟的计算经济性原则，确定有机质模型中的干酪根单元数量，本例中干酪根单元数量确定为10。结合实验测试的沥青含量和沥青组分分离结果，确定有机质模型中的沥青组分分布，如表6所示。牛蹄塘组有机质中的沥青组分主要为胶质和饱和烃，几乎没有沥青质，胶质和代表性饱和烃的分子结构分别如图10A和10B所示，模型中的沥青组分分布和实验测试值具有较高的一致性。
表6
(10)选取Duvernary地区II类未成熟页岩干酪根作为参考，根据原子平衡假设确定牛蹄塘组有机质中的初始轻质组分分布，进而得到初始的牛蹄塘组有机质模型的分子结构参数，如表7所示。表8为未成熟Duvernary干酪根和牛蹄塘组初始有机质模型的原子平衡对比，由表8可见，本实施例构建的有机质初始模型满足原子平衡假设。
表7
表8
| 结构 | H/C | O/C | N/C | S/C |
| 初始有机质模型 | 1.17 | 0.097 | 0.029 | 0.017 |
| 未成熟干酪根 | 1.17 | 0.097 | 0.029 | 0.014 |
(11)选取四川盆地威201-H3井产出气的气相色谱测试结果作为依据，确定牛蹄塘组初始有机质模型中排出的轻质组分分布，如表9所示，将其从初始的有机质模型中扣除，得到真实储层条件下牛蹄塘有机质的组分分布，如表10所示。排出的轻质组分中甲烷分子的数目由初始有机质模型中的甲烷分子数目减去沥青组分中的残余甲烷分子数目得到。
表9
| 分子类型 | 分子数目 | 摩尔分数(％) | 实验数据(％) |
| 甲烷 | 194 | 96.52 | 96.52 |
| 乙烷 | 1 | 0.50 | 0.35 |
| 氮气 | 2 | 1.00 | 1.24 |
| 二氧化碳 | 4 | 1.99 | 1.75 |
表10
| 分子类型 | 分子数目 | 质量分数(％) |
| 干酪根 | 10 | 94.56 |
| 胶质 | 1 | 1.34 |
| 甲苯 | 1 | 0.27 |
| 朽松木烷 | 1 | 0.58 |
| 甲烷 | 20 | 0.94 |
| 氮气 | 12 | 0.99 |
| 二氧化碳 | 6 | 0.78 |
| 水 | 10 | 0.53 |
(12)基于表10确定的牛蹄塘组有机质组分分布结果，采用分子模拟手段构建复合的牛蹄塘组有机质分子模型，依次采用几何优化算法、退火算法以及分子动力学方法对有机质模型的结构进行优化，最终得到真实储层条件下牛蹄塘组有机质模型的三维平衡构型，如图11所示。
由上述实施例可知，本说明书提供的页岩复合有机质分子模型的构建方法，能够根据先进实验测试手段得到结构和组分数据，构建实际页岩有机质的代表性三维分子结构模型。不仅考虑有机质中的干酪根成分，而且考虑了沥青组分和残余轻质组分的存在，反映了实际储层条件下页岩有机质的真实结构特征。在有机质模型沥青组分和结构确定过程中，基于实验测试得到的沥青族组分分离结果来约束模型中的沥青组分分布，采用代表性的分子结构和化合物来分别表征沥青中的沥青质、胶质、芳香烃和饱和烃，既保证模型的代表性，又保证模型的计算经济性。有机质模型轻质组分确定过程中，首先采用原子平衡假设来确定有机质中的初始的轻质组分分布，然后基于产出气的气相色谱结果来约束有机质模型中排出的轻质组分，进而确定有机质模型中残余的轻质组分。构建的有机质分子模型为多组分的混合体系，真实页岩有机质在储层中为干酪根、沥青组分和残余轻质组分的混合物，且能反映实际有机质的物理和化学非均质性。另外，本说明书提供的有机质分子模型构建方法移植型强，可为特定页岩区块有机质模型的构建提供理论指导。构建的有机质分子模型对真实页岩储层有机质具有良好的代表性，不仅可用于有机质微观孔隙结构和力学性质的研究，还可以为页岩气存储、传递和提高采收率机理的研究奠定模型基础。
为使本说明书的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，上面结合附图对本说明书的具体实施方式做详细的说明。在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本说明书。但是本说明书能够以很多不同于上面描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本说明书内涵的情况下做类似改进，因此本说明书不受上面公开的具体实施例的限制。并且，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本说明书专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本说明书构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本说明书的保护范围。因此，本说明书专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种页岩复合有机质分子模型的构建方法，其包括以下步骤：
步骤一：提取页岩样品中的沥青样品组分和干酪根样品，并对所述沥青样品进行组分分析，包括取页岩粉末样品开展沥青抽提实验，计算页岩有机质沥青含量，并对抽提出的沥青样品进行组分分离，获得沥青质、胶质、芳香烃和饱和烃的组分含量；
步骤二：对所述干酪根样品进行元素分析、FTIR光谱分析、13C NMR谱图测试和XPS能谱分析；
并根据元素分析结果判断所述干酪根样品中的元素组成、碳原子与杂原子的原子比；
根据FTIR光谱中的特征峰判断所述干酪根样品中的官能团种类；
根据13C NMR谱图计算所述干酪根样品中的碳骨架结构参数；所述干酪根样品中的碳骨架结构参数包括脂碳率、芳碳率、芳香簇尺寸、亚甲基链长度、烷链支化度和芳环取代度；
根据XPS能谱判断所述干酪根样品中杂原子的存在形态；
步骤三：根据所述元素分析、FTIR光谱分析、13C NMR谱图测试和XPS能谱分析的结果构建所述干酪根样品的初始分子结构；
步骤四：确定有机质分子模型中干酪根初始分子结构的数量、沥青组分分布和储层条件下的有机质轻质组分分布，采用分子模拟技术构建三维体相的页岩复合有机质分子模型；
所述沥青组分分布根据对所述沥青样品进行组分分析结果确定，包括沥青样品的组分和各组分的分子数量比；
确定沥青组分分布包括结合实验测试的沥青含量和沥青组分分离结果，确定有机质分子模型中的沥青组分分布；
所述储层条件下的有机质轻质组分分布由以下步骤确定：
基于原子平衡假设，参照相同有机质类型的未成熟干酪根的原子组分信息，确定有机质分子模型中的初始轻质组分分布；
对所述页岩样品所在区域的页岩气进行气相色谱测试，确定产出气的组分分布，并将其从所述初始轻质组分分布中扣除，获得所述储层条件下的有机质轻质组分分布；
所述杂原子为除碳氢以外的原子；
所述杂原子包括O、N和S的至少一种；
所述N原子的存在形态由所述XPS能谱上的N1s分峰经拟合后定量分析确定；
所述N原子的存在形态包括吡咯、吡啶、胺和氮氧化合物；
所述O原子的存在形态由所述XPS能谱上各种含氧基团的分峰经拟合后定量分析确定，所述含氧基团根据所述FTIR光谱中的特征峰判断；
所述含氧基团包括羰基、醇基、醚基和羧基；
所述S原子的存在形态由所述XPS能谱上的S2p分峰经拟合后定量分析确定；
所述S原子的存在形态包括硫醚、黄铁矿、亚砜和噻吩中的至少一种；
所述构建方法还包括将FTIR光谱分析结果、13C NMR谱图分析结果和XPS能谱分析结果相互检验的步骤，检测FTIR光谱、13C NMR谱图和XPS能谱的一致性；
所述分子模拟技术包括几何优化、退火优化及分子动力学弛豫。
2.根据权利要求1所述的页岩复合有机质分子模型的构建方法，其特征在于，所述碳骨架结构参数通过所述13C NMR谱图中各特征峰对应的峰面积计算获得。
3.根据权利要求1所述的页岩复合有机质分子模型的构建方法，其特征在于，
所述有机质轻质组分包括轻烃组分和/或非烃组分。
4.根据权利要求3所述的页岩复合有机质分子模型的构建方法，其特征在于，所述轻烃组分包括甲烷和/或乙烷；所述非烃组分包括二氧化碳、氮气和水中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的页岩复合有机质分子模型的构建方法，其特征在于，该构建方法还包括对所述干酪根样品的初始分子结构进行模拟调整的步骤；
具体为：模拟所述干酪根样品的初始分子结构的13C NMR谱图，并与所述干酪根样品的13C NMR谱图测试结果对比，然后调整所述干酪根样品的初始分子结构，直至模拟13C NMR谱图与实验13C NMR谱图近似。
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| Thermodynamic and Structural Characterization of Bulk Organic Matter in Chinese Silurian Shale: Experimental and Molecular Modeling Studies;Liang Huang 等;《Energy & Fuels》;20170502;第31卷(第5期);论文第1-3节 * |
| 油页岩中干酪根的提取与结构构建及反应性研究;汪迪;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20160815(第08期);论文第1.4、3.2-3.5节 * |
| 龙马溪组页岩干酪根平均分子结构模型的构建;刘向君 等;《化工进展》;20170205;第36卷(第2期);论文摘要，第2.5节 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108595778A (zh) | 2018-09-28 |
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