[发明专利]一种石英表面亲疏水基团定量修饰模型建立方法

说明书

本发明涉及一种石英表面亲疏水基团定量修饰模型建立方法，包括：导出石英晶胞单元模型；对模型进行切面，将晶胞层数扩展至三层或三层以上，得到无修饰的石英单晶胞模型；对石英单晶胞模型表面进行亲疏水基团修饰；沿修饰后的石英单晶胞模型的晶向所在方向建立真空层；进行超晶胞处理，得到100%亲疏水基团修饰的石英润湿底板模型；对润湿底板模型表面基团进行均匀删减，分别得到50%、25亲疏水基团修饰的石英润湿底板模型；对石英润湿底板模型进行结构优化，直到模型的总能量达到最小的收敛值，得到100%、50%、25%亲疏水基团修饰的石英润湿表面模型。本发明原理可靠，操作简便，建立的模型能准确计算出不同亲疏水基团修饰比例对矿物表面润湿性的影响。

技术领域

本发明属于油气田开发领域，具体涉及一种石英表面亲疏水基团定量修饰模型建立方法。

背景技术

表面活性剂调控储层岩石的润湿性是低渗致密油藏提高采收率的重要方式之一，大量学者通过宏观物理模拟实验研发了系列优良的润湿性调控试剂，但是宏观实验难以表征试剂调控岩石润湿性的液/液、液/固界面作用微观机制。前人对表面活性剂改变岩石润湿性做了大量的研究，但大多研究局限于物理模拟方法，无法揭示矿物润湿性反转的微观机理，对于筛选出优秀的表面活性剂具有一定的盲目性，因此仿真模拟方法是一种必不可少的研究手段，建立合理的矿物表面亲疏水基团定量修饰模型是仿真计算中准确计算不同程度亲疏水基团修饰矿物表面对其润湿性影响规律的前提。

目前，在岩石矿物表面润湿性的仿真模拟计算研究中，人们建立了不同的润湿模型，进行了大量的计算。然而，众多学者关于表面性质对液滴润湿行为影响的研究主要集中在疏水性或疏油性表面定性分析。迄今为止，鲜有对具有不同程度疏水性或亲水性的矿物表面的微观接触角进行定量分析，其原因是在矿物表面亲疏水基团的修饰模型中，尚未提出一套完整且能准确计算不同亲疏水修饰程度对矿物表面润湿性影响的理论或方法。因此有必要提出一种矿物表面亲疏水基团定量修饰模型的建立方法，准确地计算不同亲疏水基团修饰比例（以模拟表面活性剂的铺展程度）与矿物表面润湿性之间的规律变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石英表面亲疏水基团定量修饰模型建立方法，该方法原理可靠，操作简便，建立的模型能准确计算出不同亲疏水基团修饰比例对矿物表面润湿性的影响。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种石英表面亲疏水基团定量修饰模型建立方法，依次包括以下步骤：

（1）从Materials Studio软件晶体库中导出石英晶胞单元模型，根据该矿物的特性，输入对应的晶格参数。

（2）对石英晶胞单元模型进行切面，切出其最易暴露在外的面作为模型上表面，其相对的面作为下表面，并将晶胞层数扩展至三层或三层以上，得到无修饰的石英单晶胞模型。

由于晶面层数越大，其对表面水分子的作用力越强。当晶胞层数超过三层之后，该影响将不再增加，因此为了减小计算量，将晶胞层数扩展至三层即可。

（3）分别用羟基代表亲水基团、甲基代表疏水基团对石英单晶胞模型表面进行亲疏水基团修饰。

（4）沿修饰后的石英单晶胞模型的晶向所在方向建立真空层。

（5）对建立真空层后的石英单晶胞模型进行超晶胞处理，使模型长度、宽度和高度分别扩展到所需模型尺寸，得到100%亲疏水基团修饰的石英润湿底板模型。

（6）将100%亲疏水基团修饰的石英润湿底板模型表面基团进行均匀删减，每隔一个晶胞进行一次删减，得到50%亲疏水基团修饰的石英润湿底板模型。

（7）将50%亲疏水基团修饰的石英润湿底板模型沿Z轴向右或向左旋转90°，继续对表面基团进行均匀删减，同样每隔一个晶胞进行一次删减，得到25%亲疏水基团修饰的石英润湿底板模型。