[发明专利]一种页岩气吸附回滞现象的分子模拟方法

权利要求书

1.一种页岩气吸附回滞现象的分子模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1. 模拟系统初始化

确定系统初始模拟盒子尺寸，其中x和y方向的尺寸设定为最终目标值，z方向的尺寸设定为足够大；向初始模拟盒子里投放一定数量的干酪根分子和不同尺寸的虚粒子；将模拟盒子在z方向的两个端面分别与活塞和无机矿物层结合，形成初始化的模拟系统；

S2. 模拟系统凝聚化

在模拟系统的活塞上沿z方向施加一定的压缩作用力，模拟NPT系综中的压力，基于严格的退火模拟流程开展干酪根基质的结构驰豫，使干酪根基质发生凝聚；模拟系统在x和y方向的尺寸保持固定，在z方向的尺寸随模拟逐渐减小并达到平衡；

S3. 模拟系统定型化

针对步骤S2中达到凝聚化的模拟系统，将活塞延z方向拉伸一定距离形成控制体积区域a，将系统中的虚粒子删除形成控制体积区域b；然后将模拟系统在NVT系综下进行结构驰豫，消除应力集中；接着在模拟系统中划分出控制体积区域a、扩散区和控制体积区域b，形成最终定型的微观模拟装置；

S4. 页岩气化学势与压力关系获取

在无页岩基质的空盒子内，采用GCMC-MD方法模拟页岩气在不同给定化学势下的压力，获取某一温度下气体化学势与压力的对应关系，由气体密度检验化学势-压力对应关系的合理性；

S5. 气体吸附/解吸分子模拟方法设定

基于步骤S3中构建的微观模拟装置，设定提出的双控制体积-巨正则蒙特卡洛-分子动力学-结构变形耦合DCV-GCMD-F方法；

所述的DCV-GCMD-F方法为，在两个控制体积区内，采用GCMC-MD方法实现流体的插入、删除以及移动，实现气体化学势的准确确定；在扩散区，采用MD方法实现气体分子的扩散运移，实现气体质量扩散传递的考虑；气体在扩散区和控制体积区间的交换通过GCMC算法中的随机移动，或者通过MD算法中的热动力学运动实现；系统中的扩散区是用于研究气体吸附回滞的目标区域，其中的干酪根基质由MD算法约束，在模拟中自由变形，而为了同时实现孔隙结构的拓扑完整性，控制体积区b内的干酪根基质始终保持固定；系统中的活塞和无机矿物层作为边界层，在吸附模拟中保持固定；

S6. 页岩气吸附过程模拟

基于获取的化学势-压力对应关系，以化学势为输入参数，结合构建的微观模拟装置，采用提出的DCV-GCMD-F方法，模拟系统在给定压力下吸附的物理过程；逐渐提高模拟压力，将前一压力点下平衡的系统构型作为下一压力点的初始系统构型，模拟得到给定温度下的等温吸附曲线；

S7. 页岩气解吸过程模拟

以吸附过程中最大压力点下的系统平衡构型作为解吸模拟的系统初始构型，基于获取的化学势-压力对应关系，以化学势为输入参数，采用提出的DCV-GCMD-F方法，模拟系统在给定压力下吸附的物理过程；逐渐降低模拟压力，将前一压力点下平衡的系统构型作为下一压力点的初始系统构型，模拟得到给定温度下的等温解吸曲线；

S8. 页岩气吸附回滞现象分析

基于给定温度下的等温吸附曲线和解吸曲线，研究页岩气的吸附回滞现象，观察回滞环的形状和大小；定量拆分气体不同的赋存形式，研究不同赋存形式对吸附回滞的贡献。

2.根据权利要求1所述的一种页岩气吸附回滞现象的分子模拟方法，其特征在于，步骤S3中，所述的微观模拟装置中的两个控制体积区采用非对称性的设计，控制体积区a内不包含干酪根基质，对应于一个外部的体相储层，控制体积区b是一个由干酪根基质和无机质矿物层共同围成的不规则洞穴；

微观模拟装置中的控制体积区定义为气体自由相的赋存空间，扩散区中的干酪根基质内部定义为气体溶解相的赋存空间，而干酪根基质外表面定义为气体吸附相的赋存表面。