CN116759013A - 一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征方法及系统，涉及油田开发技术领域，该方法包括构建相应的纳米孔隙模型和流体分子模型；确定孔隙壁面和流体分子的分子模拟参数；根据分子模拟参数以及纳米孔隙模型和流体分子模型，采用gauge‑GEMC方法模拟纳米孔隙内纯组分流体的气液相平衡点数据；根据不同温度下的气液相平衡点数据确定临界参数；对不同尺寸孔隙内的临界参数进行拟合，得到不同化学组成的孔隙内临界温度的表征模型和不同化学组成的孔隙内临界压力的表征模型；利用表征模型对页岩纳米孔隙内流体临界参数进行表征；本发明能够对不同化学组成孔隙内的流体临界参数进行表征。
Description
技术领域
本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征方法及系统。
背景技术
随着能源消耗的不断增加，页岩油气资源的开发越来越受到重视。与常规油气资源不同，页岩储层的孔隙尺寸多在纳米级。在纳米受限空间内，流体的临界参数与体相流体存在显著不同，进而导致页岩油的相变规律无法用现有理论进行描述。虽然目前页岩油的相态计算中已经考虑了纳米孔隙内流体临界参数的变化，但其采用的模型是基于石墨狭缝得到的，与真实页岩的化学组成差别很大。
申请号CN 201910549893.8（公开号为CN112214935 A）的发明专利公开了一种多孔介质中流体相态的计算方法及系统，属于油气田开发领域。所述方法包括根据各组分被吸附的物质的量，计算各组分的临界温度与临界压力。但临界参数受吸附作用和毛细管凝聚的双重影响，该专利并没有考虑毛细管凝聚的影响。
而且孔隙壁面与流体之间的相互作用对临界参数的变化影响很大，而页岩的化学组成非常复杂，既含有丰富的有机质（干酪根），同时也含有大量无机矿物，如方解石、石英和黏土矿物等。因此缺乏一种页岩纳米孔隙内流体临界参数的表征方法以实现页岩不同化学组成纳米孔隙内流体临界参数的准确表征。
发明内容
本发明的目的是提供一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征方法及系统，能够对不同化学组成孔隙内的流体临界参数进行表征。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征方法，包括：
根据岩石的化学组成构建相应的纳米孔隙模型；根据流体组成，构建相应的流体分子模型；
确定孔隙壁面和流体分子的分子模拟参数；
根据分子模拟参数以及纳米孔隙模型和流体分子模型，采用gauge-GEMC方法模拟纳米孔隙内纯组分流体的气液相平衡点数据；
根据不同温度下的气液相平衡点数据确定临界参数；所述临界参数包括：临界温度、临界压力；
对不同尺寸孔隙内的临界参数中的临界温度进行拟合，得到不同化学组成的孔隙内临界温度的表征模型；
对不同尺寸孔隙内的临界参数中的临界压力进行拟合，得到不同化学组成的孔隙内临界压力的表征模型；
根据孔隙内临界温度的表征模型和孔隙内临界压力的表征模型进行页岩纳米孔隙内流体临界参数的表征。
可选地，所述根据岩石的化学组成构建相应的纳米孔隙模型；根据流体组成，构建相应的流体分子模型，具体包括：
所述纳米孔隙模型包括无机质孔隙模型和有机质孔隙模型；
采用X射线衍射技术分析岩石的无机质矿物组成；
根据无机质矿物组成，构建相应的晶胞模型；
将晶胞模型构建成相应的无机质孔隙模型；
采用岩石热解实验和干酪根镜检分析页岩的有机质组成；
根据有机质组成，建立干酪根的分子结构模型；
按照实际油藏条件下有机质的生成过程，采用干酪根的分子结构模型构建有机质孔隙模型；
采用构型偏倚蒙特卡罗方法构建相应的流体分子模型。
可选地，所述根据分子模拟参数以及纳米孔隙模型和流体分子模型，采用gauge-GEMC方法模拟纳米孔隙内纯组分流体的气液相平衡点数据，具体包括：
利用，采用遵循麦克斯韦规则的等面积热力学积分方法计算气液相平衡点数据；
其中，A点为气液相平衡时的气相平衡点，B点为气相拟稳态点，C点为液相拟稳态点，D点为气液相平衡时的液相平衡点，为试验位置的势能，/>为密度。
可选地，所述根据不同温度下的气液相平衡点数据确定临界参数，具体包括：
利用公式确定临界温度；
利用公式确定临界压力；
其中，为气液平衡时的液相密度，/>为气液平衡时的气相密度，A0为前导振幅项，A1为临界指数项，C1和C2为拟合参数，P为压力，T为温度，Tc为临界温度。
可选地，所述对不同尺寸孔隙内的临界参数中的临界温度进行拟合，得到不同化学组成的孔隙内临界温度的表征模型，具体包括：
采用公式对同一化学组成的不同尺寸孔隙内临界温度进行拟合，得到化学组成相应的孔隙内临界温度的表征模型；
其中，Tcc是纳米孔隙内的临界温度，Tc是体相流体的临界温度，L是孔隙尺寸，σ是流体分子尺寸参数，T1、T2、T3和T4是拟合参数。
可选地，所述对不同尺寸孔隙内的临界参数中的临界压力进行拟合，得到不同化学组成的孔隙内临界压力的表征模型，具体包括：
采用公式对同一化学组成的不同尺寸孔隙内临界压力进行拟合，得到化学组成相应的孔隙内临界压力的表征模型；
其中，Pcc是纳米孔隙内的临界压力，Pc是体相流体的临界压力，L是孔隙尺寸，P1、P2和P3是拟合参数。
一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征系统，包括：
纳米孔隙模型和流体分子模型构建模块，用于根据岩石的化学组成构建相应的纳米孔隙模型；根据流体组成，构建相应的流体分子模型；
分子模拟参数确定模块，用于确定孔隙壁面和流体分子的分子模拟参数；
气液相平衡点数据确定模块，用于根据分子模拟参数以及纳米孔隙模型和流体分子模型，采用gauge-GEMC方法模拟纳米孔隙内纯组分流体的气液相平衡点数据；
临界参数确定模块，用于根据不同温度下的气液相平衡点数据确定临界参数；所述临界参数包括：临界温度、临界压力；
临界温度表征模型确定模块，用于对不同尺寸孔隙内的临界参数中的临界温度进行拟合，得到不同化学组成的孔隙内临界温度的表征模型；
临界压力表征模型确定模块，用于对不同尺寸孔隙内的临界参数中的临界压力进行拟合，得到不同化学组成的孔隙内临界压力的表征模型；
临界参数表征模块，用于根据孔隙内临界温度的表征模型和孔隙内临界压力的表征模型进行页岩纳米孔隙内流体临界参数的表征。
一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在所述存储器中的计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现所述的一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征方法。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明所提供的一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征方法及系统，根据分子模拟参数以及纳米孔隙模型和流体分子模型，采用gauge-GEMC方法模拟纳米孔隙内纯组分流体的气液相平衡点数据；进而确定不同化学组成孔隙内临界温度的表征模型和不同化学组成孔隙内临界压力的表征模型；本发明基于分子模拟方法建立的页岩纳米孔隙内流体临界参数的表征方法，方便、有效、可操作性强，解决了实验测量精度要求高，测试难度大，价格昂贵，而且实验周期长，工作量大的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征方法流程示意图；
图2为等面积热力学积分方法计算气液相平衡点的原理示意图；
图3为干酪根纳米孔隙内甲烷密度-温度相图；
图4为方解石纳米孔隙内甲烷密度-温度相图；
图5为方解石纳米孔隙内庚烷密度-温度相图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征方法及系统，能够对不同化学组成孔隙内的流体临界参数进行表征。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明所提供的一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征方法，包括：
S101，根据页岩的化学组成构建相应的纳米孔隙模型；根据流体组成，构建相应的流体分子模型；
S101具体包括：
①采用X射线衍射技术分析岩石的无机质矿物组成，根据矿物组成构建相应的晶胞模型；根据孔隙尺寸将晶胞模型构建成相应的孔隙模型。
具体的，将符合无机质矿物组成的晶胞文件导入分子模拟软件，选择适当的方向切取一个单元，按照所需孔隙的长度和宽度对单元进行横向上的周期性扩展来构建孔隙壁面；根据模拟所需的环境对孔隙壁面进行表面处理，如在孔隙表面上进行羟基化处理来表征水湿壁面；采用两个平行壁面组成的狭缝来代表纳米孔，解决圆形孔隙在孔隙尺寸较大时体系内原子数目过多影响计算效率的问题；根据孔隙尺寸调整纵向上平板之间的距离，得到所需要尺寸的无机质孔隙模型。
②采用岩石热解实验和干酪根镜检分析页岩的有机质组成；根据有机质组成，建立干酪根的分子结构模型；按照实际油藏条件下有机质的生成过程，采用干酪根的分子结构模型构建有机质孔隙模型；具体的，采用分子模拟软件建立干酪根分子模型，在两个平行的石墨板中间放置无定型干酪根分子，首先采用NVT系综在较高温度下进行一定时间的弛豫。随后采用NPT系综，在油藏压力下逐步降低温度，直至降到油藏温度，由此得到干酪根壁面的典型结构单元。按照所需孔隙的长度、宽度和壁面厚度截取一个单元作为孔隙壁面；采用两个平行壁面组成的狭缝来代表有机质纳米孔，按照孔隙尺寸调整纵向上平板之间的距离，得到所需要尺寸的有机质孔隙模型。
③采用构型偏倚蒙特卡罗方法根据烷烃分子类型构建流体分子模型。较优的，对于长链烷烃，可采用粗粒化模型来提高计算效率。
S102，确定孔隙壁面和流体分子的分子模拟参数。
S102具体包括：
①采用蒙特卡洛分子模拟软件，构建体相流体气液相平衡分子模拟模型。采用NVT吉布斯系综，采用两个空盒子进行模拟。两个空盒子一个代表液相，一个代表气相，气相盒子的体积要远大于液相盒子，这样有利于模拟快速达到稳定。模型初始化时，两个盒子内均放入流体分子。模拟过程中盒子总体积保持不变，温度和总的流体分子数保持不变。
②设置模拟参数，包括时间步长，盒子之间体积交换、分子交换、盒子内部分子平动和转动以及分子再生长的概率，分子插入的方式等。模拟包括系统稳定和统计计算两个阶段，当系统的自由能趋于最小值时系统达到稳定状态；将稳定时的构型设置为统计计算的起点进行模拟；模拟结束后统计孔隙内流体密度、化学势以及gauge盒子的压力。
③选择不同的力场文件，对不同温度下体相的气液相平衡状态进行模拟，将模拟结果与实验数据进行对比，计算不同力场所得到模拟结果的相对误差，选择误差最小的力场参数、截断半径以及混合规则。
S103，根据分子模拟参数以及纳米孔隙模型和流体分子模型，采用gauge-GEMC方法模拟纳米孔隙内纯组分流体的气液相平衡点数据。
S103具体包括：
①构建gauge-GEMC模拟模型。选择NVT吉布斯系综，模拟过程中每个盒子的体积和温度均保持不变，系统内总的分子数目恒定。分别使用无机质孔隙或有机质孔隙构建受限盒子的模拟模型，盒子尺寸与孔隙尺寸一致。整个体系由一个不包含孔隙的gauge盒子和多个包含纳米孔隙的受限盒子组成，且各个受限盒子的尺寸相差不超过两倍。gauge盒子中没有纳米孔隙，不受固体壁面的影响，因此，当体系达到稳定时，各个盒子均处于相平衡状态，此时gauge盒子的热力学参数可以表征整个体系的化学势、温度和压力，而且其热力学参数计算更加简便。
如果有多种类型孔隙需要测定，可以保持相同的孔隙尺寸，每个受限盒子放置不同化学组成的孔隙壁面。模型初始化时孔隙壁面的存在会对流体分子的分布产生影响，因此流体分子全部在gauge盒子内。
②保持受限盒子内壁面的分子固定不动，通过各个盒子之间流体分子的交换和盒子内部流体分子的平动和转动来减小整个体系的亥姆霍兹自由能，当体系的亥姆霍兹自由能最小时，模拟达到稳定。盒子之间流体分子的交换包括直接的插入删除和多原子分子的再生长。
③采用插入式Rosenbluth权重和构型偏倚蒙特卡罗方法计算每个盒子中总的Gibbs化学势μi，如公式（1）所示：
（1）
其中，kB是玻尔兹曼常数，T是温度，W是Rosenbluth权重，V是盒子体积，Ni是i组分的分子数， i是i组分的热德布罗意波长，< >表示括号内变量的整体平均值。构型偏倚蒙特卡罗方法中步骤k的Rosenbluth权重（Wk）包含试验分布概率和Boltzmann权重，如公式（2）和公式（3）所示：
（2）
（3）
其中，是构型偏倚蒙特卡罗方法中步骤k的试验次数，/>为任意试验分布，rj是任意试验分布/>生成的特定试验位置，/>是理想系统的试验分布，/>是试验位置的势能，W是整个插入过程的Rosenbluth权重，nstep是模拟的总时间步数。
模拟包括系统稳定和统计计算两个阶段，当系统的自由能趋于最小值时系统达到稳定状态；将稳定时的构型设置为统计计算的起点进行模拟。
系统稳定后，统计一定时间步内的gauge盒子的化学势，并进行系综平均即为体系总的Gibbs化学势。根据各个纳米孔所在盒子内流体分子数目计算各个孔隙内的流体密度。
④采用下式计算每个盒子内部的压力：
（4）
（5）
（6）
其中，P是系统压力，N是分子数，Z是维里函数，r是分子质心之间的矢量，z是点对点的维里函数，a和b为每个分子中单独的原子，i和j是每个分子的质量中心。盒子内压力的计算依赖于密度分布。受孔隙和流体之间相互作用的影响，流体分子的密度分布是不均匀的。采用孔隙壁面内部的压力代表平衡后体系的压力是不准确的，体系达到平衡后任意盒子之间的压力是相等的，gauge盒子的压力不受孔隙壁面和流体相互作用的影响，因此计算gauge盒子内的压力代表任意盒子的压力。
气液相平衡点确定步骤如下：
①保持其他条件不变，改变体系中流体的分子数目，重复gauge-GEMC方法模拟纳米孔隙内相态变化。
②系统达到平衡时，各纳米孔隙所在的盒子内的化学势与gauge盒子是一致的，统计gauge盒子的化学势和各纳米孔隙所在盒子内流体的密度，得到一条包含非稳态、稳态和亚稳态的完整相态的密度-化学势曲线。
③利用公式（7），采用遵循麦克斯韦规则的等面积热力学积分方法计算气液相平衡点，如图2所示，得到气液相平衡时的气相密度和液相密度。
（7）
其中A点为气液相平衡时的气相平衡点，B点为气相拟稳态点，C点为液相拟稳态点，D点为气液相平衡时的液相平衡点。
S104，根据不同温度下的气液相平衡点数据确定临界参数；所述临界参数包括：临界温度、临界压力。
①得到不同温度下的气液相平衡密度点，由于临界点附近的相平衡数据对临界点的确定影响较大，因此为了获得较高的计算精度，在接近临界点时减小温度的间隔，增多相平衡数据点的个数。由于不同孔径和不同化学组成的孔隙内临界温度有所差异，因此在临近点附近模拟时采用一个受限盒子和一个gauge盒子。
②统计不同温度下的气液相平衡数据，采用定标方程计算临界温度，如公式（8）：
（8）
③采用克劳修斯—克拉珀龙方程计算临界压力，如公式（9）：
（9）
其中，为气液平衡时的液相密度，/>为气液平衡时的气相密度，A0为前导振幅项，A1为临界指数项， C1和C2为拟合参数，P为临界压力，T为温度，Tc为临界温度。
S105，对不同尺寸孔隙内的临界参数中的临界温度进行拟合，得到不同化学组成的孔隙内临界温度的表征模型；
采用公式（10）对同一化学组成的不同尺寸孔隙内临界温度进行拟合，得到所述化学组成孔隙内临界温度的表征模型；公式（10）如下：
（10）
其中，Tcc是纳米孔隙内的临界温度，Tc是体相流体的临界温度，L是孔隙尺寸，σ是流体分子尺寸参数，T1、T2、T3和T4是拟合参数。
将不同尺寸孔隙内的临界温度数据代入公式（10）中拟合得到对应的T1、T2、T3和T4，即可得到相应化学组成孔隙内临界温度的表征模型。
S106，对不同尺寸孔隙内的临界参数中的临界压力进行拟合，得到不同化学组成的孔隙内临界压力的表征模型。
采用公式（11）对同一化学组成的不同尺寸孔隙内临界压力进行拟合，得到所述化学组成孔隙内临界压力的表征模型；公式（11）如下：
（11）
其中，Pcc是纳米孔隙内的临界压力，Pc是体相流体的临界压力，L是孔隙尺寸，P1、P2和P3是拟合参数。
将不同尺寸孔隙内的临界压力数据代入公式（11）中拟合得到对应的P1、P2和P3，即可得到相应化学组成孔隙内临界压力的表征模型。
采用公式（11）分别对不同化学组成孔隙内的临界压力进行拟合，得到不同化学组成孔隙内临界压力的表征模型。
S107，根据不同化学组成孔隙内临界温度的表征模型和不同化学组成孔隙内临界压力的表征模型进行页岩纳米孔隙内流体临界参数的表征。
以下为应用本发明的几个具体实施例。
实施例1：
页岩油储层中含有一定量的有机质，II型干酪根是有机质的主要组成部分，采用元素比例与实验室分离的干酪根样品相近的II-C型干酪根分子构建有机质纳米孔隙。在两个平行的石墨中间放置无定型干酪根分子，首先采用NVT系综在800 K下进行300 ps弛豫，时间步长1 fs。随后采用NPT系综，在20 MPa下逐步降低温度，从800 K降低到300 K。截取尺寸为25.6 nm×29.5 nm×20 nm的单元作为孔隙壁面。
以甲烷为例，构建体相条件下甲烷的气液相平衡模型，采用NVT系综，液相盒子尺寸为长度25nm的正方体，气相盒子的边长为液相盒子的两倍。两个盒子之间的体积交换概率为0.15，分子交换概率0.25，盒子内分子平动概率0.25，分子转动概率0.25，分子再生长的概率为0.1。使用两千万时间步的模拟使系统达到稳定状态，然后进行八千万时间步的模拟并进行统计计算。采用不同的力场参数进行模拟，将模拟结果与实验数据进行对比发现TraPPE-UA力场满足模拟精度，而且粗粒化处理使得计算效率更高。
构建干酪根孔隙内甲烷气液相平衡模型，采用NVT系综，盒子高度视孔隙尺寸而定。模型由一个不含孔隙的gauge盒子和两个包含纳米孔隙的受限盒子构成，首先对不同温度下3nm和6nm有机质孔隙内甲烷的气液相平衡进行模拟，两个受限盒子分别由尺寸为3nm和6nm的有机质孔隙构建得到。随后对不同温度下10nm和20nm有机质孔隙内甲烷的气液相平衡进行模拟，两个受限盒子分别由尺寸为10nm和20nm的有机质孔隙构建得到。截断半径为1.2nm，混合规则为Lorentz-Berthelot规则。各个盒子体积保持不变，不存在体积交换，盒子之间甲烷分子交换概率0.3，盒子内分子平动概率0.35，分子转动概率0.35。使用两千万时间步的模拟使系统达到稳定状态，然后进行八千万时间步的模拟并进行统计计算。
改变系统内甲烷分子数目，统计gauge盒子的化学势和干酪根孔隙内甲烷的密度得到密度-化学势曲线，利用遵循麦克斯韦规则的等面积热力学积分方法计算得到气液相平衡点。改变温度重复上述操作得到不同孔径内的平衡密度-温度相图如图3所示。分别采用定标方程和克劳修斯-克拉珀龙方程计算临界温度和临界压力。
对孔径和临界温度数据进行拟合得到干酪根纳米孔隙内临界温度表征模型为：
。
对孔径和临界压力数据进行拟合得到干酪根纳米孔隙内临界压力表征模型为：
。
采用构建的表征模型计算得到50nm干酪根孔隙内甲烷的临界温度和临界压力分别为190.6K和4.6MPa，与体相条件下甲烷的临界温度和临界压力一致，证实了所构建表征模型的准确性。
实施例2：
采用X射线衍射技术对页岩样品分析，发现其中方解石的含量较高。方解石的化学组成为CaCO3，从晶体数据库中选择相应的晶胞模型下载后导入到分子模拟软件中切出一个长和宽分别为3.31nm和3.01nm，厚度为1.37nm的平板作为方解石孔隙的壁面。
构建方解石孔隙内甲烷气液相平衡模型，采用NVT系综，包含方解石壁面的盒子长度和宽度分别为3.41nm和3.11nm，盒子高度视孔隙尺寸而定。模型由一个不含孔隙的gauge盒子和两个包含孔隙的受限盒子构成，首先对不同温度下2nm和3nm的方解石孔隙内甲烷气液相平衡进行模拟，两个受限盒子分别由尺寸为2nm和3nm的方解石孔隙构建。随后对不同温度下4nm和7nm的方解石孔隙内甲烷气液相平衡进行模拟，两个受限盒子分别由尺寸为4nm和7nm的方解石孔隙构建。最后对不同温度下10nm和20nm的方解石孔隙内甲烷气液相平衡进行模拟，两个受限盒子分别由尺寸为10nm和20nm的方解石孔隙构建。选择合适的力场进行模拟，截断半径为1.2nm，混合规则为Lorentz-Berthelot规则。各个盒子体积保持不变，不存在体积交换，盒子之间甲烷分子交换概率0.3，盒子内分子平动概率0.35，分子转动概率0.35。使用两千万时间步的模拟使系统达到稳定状态，然后进行八千万时间步的模拟并进行统计计算。
改变系统甲烷分子数目，统计gauge盒子的化学势和方解石孔隙内甲烷的密度得到密度-化学势曲线，利用遵循麦克斯韦规则的等面积热力学积分方法计算得到气液相平衡点。改变温度重复上述操作得到不同孔径内的平衡密度-温度相图，如图4所示。分别采用定标方程和克劳修斯-克拉珀龙方程计算临界温度和临界压力。
对孔径和临界温度数据进行拟合得到方解石纳米孔隙内甲烷临界温度表征模型如下所示：
。
对孔径和临界压力数据进行拟合得到方解石纳米孔隙内甲烷临界压力表征模型如下所示：
。
采用构建的表征模型计算得到37nm方解石孔隙内甲烷的临界温度和临界压力分别为190.3K和4.6MPa，与实验测试临界温度和临界压力值之间的误差在3%以内，证实了所构建表征模型的准确性。
实施例3：
采用长和宽分别为3.31nm和3.01nm，厚度为1.37nm的平板作为方解石孔隙的壁面。构建方解石孔隙内庚烷气液相平衡模型，采用NVT系综，包含方解石壁面的盒子长度和宽度分别为3.41nm和3.11nm，盒子高度视孔隙尺寸而定。模型由一个不含孔隙的gauge盒子和两个包含孔隙的受限盒子构成，首先对不同温度下3nm和6nm的方解石孔隙内甲烷气液相平衡进行模拟，两个受限盒子分别由尺寸为3nm和6nm的方解石孔隙构建。随后对不同温度下10nm和20nm的方解石孔隙内甲烷气液相平衡进行模拟，两个受限盒子分别由尺寸为10nm和20nm的方解石孔隙构建。选择合适的力场进行模拟，截断半径为1.2nm，混合规则为Lorentz-Berthelot规则。各个盒子体积保持不变，不存在体积交换，盒子之间甲烷分子交换概率0.2，盒子内分子平动概率0.4，分子转动概率0.4。使用两千万时间步的模拟使系统达到稳定状态，然后进行八千万时间步的模拟并进行统计计算。
改变系统庚烷分子数目，统计gauge盒子的化学势和方解石孔隙内庚烷的密度得到密度-化学势曲线，利用遵循麦克斯韦规则的等面积热力学积分方法计算得到气液相平衡点。改变温度重复上述操作得到不同孔径内的平衡密度-温度相图，如图5所示。分别采用定标方程和克劳修斯-克拉珀龙方程计算临界温度和临界压力。
对孔径和临界温度数据进行拟合得到方解石纳米孔隙内庚烷临界温度表征模型如下所示：
。
对孔径和临界压力数据进行拟合得到方解石纳米孔隙内庚烷临界压力表征模型如下所示：
。
采用构建的表征模型计算得到39nm方解石孔隙内庚烷的临界温度和临界压力分别为538.39K和2.73MPa，与实验测试临界温度和临界压力值之间的误差在3%以内，证实了所构建表征模型的准确性。
对应上述方法，本发明还提供一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征系统，包括：
纳米孔隙模型和流体分子模型构建模块，用于根据岩石的化学组成构建相应的纳米孔隙模型，根据流体组成，构建相应的流体分子模型。
分子模拟参数确定模块，用于确定孔隙壁面和流体分子的分子模拟参数。
气液相平衡点数据确定模块，用于根据分子模拟参数以及纳米孔隙模型和流体分子模型，采用gauge-GEMC方法模拟纳米孔隙内纯组分流体的气液相平衡点数据。
临界参数确定模块，用于根据不同温度下的气液相平衡点数据确定临界参数；所述临界参数包括：临界温度、临界压力。
临界温度表征模型确定模块，用于对不同尺寸孔隙内的临界参数中的临界温度进行拟合，得到不同化学组成的孔隙内临界温度的表征模型。
临界压力表征模型确定模块，用于对不同尺寸孔隙内的临界参数中的临界压力进行拟合，得到不同化学组成的孔隙内临界压力的表征模型。
临界参数表征模块，用于根据孔隙内临界温度的表征模型和孔隙内临界压力的表征模型进行页岩纳米孔隙内流体临界参数的表征。
为了执行上述实施例对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，本发明还提供一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在所述存储器中的计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现所述的一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征方法。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征方法，其特征在于，包括：
根据岩石的化学组成构建相应的纳米孔隙模型；根据流体组成，构建相应的流体分子模型；
确定孔隙壁面和流体分子的分子模拟参数；
根据分子模拟参数以及纳米孔隙模型和流体分子模型，采用gauge-GEMC方法模拟纳米孔隙内纯组分流体的气液相平衡点数据；
根据不同温度下的气液相平衡点数据确定临界参数；所述临界参数包括：临界温度、临界压力；
对不同尺寸孔隙内的临界参数中的临界温度进行拟合，得到不同化学组成的孔隙内临界温度的表征模型；
对不同尺寸孔隙内的临界参数中的临界压力进行拟合，得到不同化学组成的孔隙内临界压力的表征模型；
根据孔隙内临界温度的表征模型和孔隙内临界压力的表征模型进行页岩纳米孔隙内流体临界参数的表征。
2.根据权利要求1所述的一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征方法，其特征在于，所述根据岩石的化学组成构建相应的纳米孔隙模型；根据流体组成，构建相应的流体分子模型，具体包括：
所述纳米孔隙模型包括无机质孔隙模型和有机质孔隙模型；
采用X射线衍射技术分析岩石的无机质矿物组成；
根据无机质矿物组成，构建相应的晶胞模型；
将晶胞模型构建成相应的无机质孔隙模型；
采用岩石热解实验和干酪根镜检分析页岩的有机质组成；
根据有机质组成，建立干酪根的分子结构模型；
按照实际油藏条件下有机质的生成过程，采用干酪根的分子结构模型构建有机质孔隙模型；
采用构型偏倚蒙特卡罗方法构建相应的流体分子模型。
3.根据权利要求1所述的一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征方法，其特征在于，所述根据分子模拟参数以及纳米孔隙模型和流体分子模型，采用gauge-GEMC方法模拟纳米孔隙内纯组分流体的气液相平衡点数据，具体包括：
利用，采用遵循麦克斯韦规则的等面积热力学积分方法计算气液相平衡点数据；
其中，A点为气液相平衡时的气相平衡点，B点为气相拟稳态点，C点为液相拟稳态点，D点为气液相平衡时的液相平衡点，为试验位置的势能，/>为密度。
4.根据权利要求3所述的一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征方法，其特征在于，所述根据不同温度下的气液相平衡点数据确定临界参数，具体包括：
利用公式确定临界温度；
利用公式确定临界压力；
其中，为气液平衡时的液相密度，/>为气液平衡时的气相密度，A0为前导振幅项，A1为临界指数项，C1和C2为拟合参数，P为压力，T为温度，Tc为临界温度。
5.根据权利要求4所述的一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征方法，其特征在于，所述对不同尺寸孔隙内的临界参数中的临界温度进行拟合，得到不同化学组成的孔隙内临界温度的表征模型，具体包括：
采用公式对同一化学组成的不同尺寸孔隙内临界温度进行拟合，得到化学组成相应的孔隙内临界温度的表征模型；
其中，Tcc是纳米孔隙内的临界温度，Tc是体相流体的临界温度，L是孔隙尺寸，σ是流体分子尺寸参数，T1、T2、T3和T4是拟合参数。
6.根据权利要求5所述的一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征方法，其特征在于，所述对不同尺寸孔隙内的临界参数中的临界压力进行拟合，得到不同化学组成的孔隙内临界压力的表征模型，具体包括：
采用公式对同一化学组成的不同尺寸孔隙内临界压力进行拟合，得到化学组成相应的孔隙内临界压力的表征模型；
其中，Pcc是纳米孔隙内的临界压力，Pc是体相流体的临界压力，P1、P2和P3是拟合参数。
7.一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征系统，其特征在于，包括：
纳米孔隙模型和流体分子模型构建模块，用于根据岩石的化学组成构建相应的纳米孔隙模型，根据流体组成，构建相应的流体分子模型；
分子模拟参数确定模块，用于确定孔隙壁面和流体分子的分子模拟参数；
气液相平衡点数据确定模块，用于根据分子模拟参数以及纳米孔隙模型和流体分子模型，采用gauge-GEMC方法模拟纳米孔隙内纯组分流体的气液相平衡点数据；
临界参数确定模块，用于根据不同温度下的气液相平衡点数据确定临界参数；所述临界参数包括：临界温度、临界压力；
临界温度表征模型确定模块，用于对不同尺寸孔隙内的临界参数中的临界温度进行拟合，得到不同化学组成的孔隙内临界温度的表征模型；
临界压力表征模型确定模块，用于对不同尺寸孔隙内的临界参数中的临界压力进行拟合，得到不同化学组成的孔隙内临界压力的表征模型；
临界参数表征模块，用于根据孔隙内临界温度的表征模型和孔隙内临界压力的表征模型进行页岩纳米孔隙内流体临界参数的表征。
8.一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征设备，其特征在于，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在所述存储器中的计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的一种页岩纳米孔隙内流体临界参数表征方法。
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