[发明专利]一种用于计算页岩有机质不同孔径表面吸附量的方法

说明书

本发明公开了一种用于计算页岩有机质不同孔径表面吸附量的方法，该方法包含：(1)，利用石墨构建石墨烯的层间结构建立有机质模型，将甲烷构型导入建好的有机质模型中；(2)进行吸附模拟，对分子体系进行能量最小化，通过调整原子位置变化获得初始的稳定构型；(3)计算有机质孔径中充填的甲烷分子数，优先吸附位的判断，计算全过程采用COMPASS力场，计算分子间范德华作，及甲烷与骨架的静电势能；(4)在与孔壁面平行方向上将纳米孔划分为K个单元，统计每个盒子内的原子种类和数目，计算其流体密度平均值；(5)计算Gibbs吸附量。本发明的方法对吸附相密度的计算与实际情况吻合更好，精度更高。

技术领域

本发明属于页岩气勘探领域，具体涉及一种用于计算页岩有机质不同孔径表面吸附量的方法。

背景技术

国内外学者在对页岩的吸附性能进行研究时发现，在利用容量法对页岩吸附甲烷进行测试时，吸附相体积的存在将减小样品中自由气体的体积，进而对页岩吸附能力的测试结果产生影响。然而，容量法忽略了吸附相体积存在，这必将导致对于页岩吸附能力的评价存在较大偏差。

针对上述问题，国内外学者试图从不同的角度校正吸附相体积对吸附气能力测试所产生的影响。然而，无论以何种方式对吸附相体积所产生的影响进行校正，终将遵循物质守恒原理，因此吸附相密度的确定是无法回避的问题，且吸附相密度的准确性将直接影响校正结果。

目前，国内外学者基于不同方法对甲烷吸附相密度进行多种求解，主要可以归纳为以下3种常见的方法：

方法1：理论上认为气体吸附类似于气体液化，所以可以直接选取常压沸点时液体甲烷密度作为吸附相密度，取值为0.423g/cm³；

方法2：通过实验得到的Gibbs吸附量下降段线性化拟合求取吸附相密度。此法认为，Gibbs吸附量达到极大值拐点后随压力进一步增加呈线性下降趋势，说明吸附达到饱和，吸附饱和后吸附相密度和吸附相体积不在进一步增加而保持恒定。利用数据拟合线性下降段直线，直线斜率的绝对值即为吸附相体积，直线与横坐标交点值即为吸附相密度；

方法3：以数学优化思想根据实测Gibbs吸附量通过最小二乘法拟合求得吸附相密度。

上述三种吸附相密度求取的方法被广泛应用于校正Gibbs吸附量曲线，从而得到页岩甲烷表面吸附量，但哪一种方法得到的校正结果更加合理，更接近实际情况仍然存在争议。

为了校正页岩超临界吸附曲线，使校正获得的表面吸附量更加准确合理，对于以上3种方法进行了实际应用分析：

对于第1种方法，因为吸附相密度在不同样品、不同实验条件下会有较大变化，不能简单地认为吸附相的密度为一定值。并且，研究发现临界状态下甲烷吸附相的密度应处于临界密度(0.162g/cm³)与常压沸点液体甲烷密度(0.423g/cm³)之间差距较大，因此该方法的适用性较差；

对于第2种方法，部分样品拟合得到的吸附相密度大于常压沸点液体甲烷密度，所以该方法并不对所有样品都适用；

对于第3种方法，依然存在部分样品，拟合得到的甲烷吸附相密度大于常压沸点液体甲烷密度。这表明，该方法并不对所有样品均可靠。

综上所述，以上3种常用的计算吸附相密度的方法对于页岩中甲烷吸附相密度的计算并不适用，不具有普遍性。而且，以上三种计算方法都没有考虑孔径大小对于吸附相密度的影响，不能很好的反应真实的吸附情况，这必将对客观评价页岩吸附能力产生较大影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于计算页岩有机质不同孔径表面吸附量的方法，该方法解决了现有方法不能很好的反应甲烷的真实吸附情况的问题，对吸附相密度的计算与实际情况吻合更好，精度更高。