[发明专利]基于分子动力学模拟气体在钻井液中溶解特性的评价方法

摘要

本发明公开了一种基于分子动力学模拟气体在钻井液中溶解特性的评价方法，它包括以下步骤；S1、构建钻井液基液分子模型并进行几何优化，S2、构建气体‑钻井液体系晶胞结构并进行几何优化，S3、气体‑钻井液体系退火去应力，S4、对气体‑钻井液体系进行动力学弛豫，S5、对气体‑钻井液体系进行NPT分子动力学模拟，S6、计算微观特征参量，S7、评价气体在钻井液中溶解特性。本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于分子动力学模拟气体在钻井液中溶解特性的评价方法，有助于全面的认识气体‑钻井液体系相行为、明确气体在钻井液中的溶解机理、评价不同条件下气体在钻井液中的溶解特性。

主权项

1.基于分子动力学模拟气体在钻井液中溶解特性的评价方法，其特征在于：它包括以下步骤；S1、构建钻井液基液分子模型并进行几何优化，采用气相色谱‑质谱联用仪对钻井液基液进行组分定量分析，确定各组分的分子结构式，利用Materials Studio软件中的Visualizer模块构建钻井液各组分分子模型，并对其进行能量最小化处理，优化几何结构；S2、构建气体‑钻井液体系晶胞结构并进行几何优化，根据钻井液配方，确定各添加剂比例及分子结构，结合钻井液基液分子模型，利用Materials Studio软件中的Amorphous Cell建立气体‑钻井液体系晶胞结构，并对其进行能量最小化处理，优化初始结构；S3、气体‑钻井液体系退火去应力，完成步骤S2后再利用Materials Studio软件中的Forcite模块对气体‑钻井液体系进行300K～500K、5ps的退火处理，消除周期性盒子内的局部应力；S4、对气体‑钻井液体系进行动力学弛豫；S4(I)选择全局能量最低构象进行100ps的NVT动力学弛豫，使得气体‑钻井液体系充分达到平衡，设定力场为COMPASS Ⅱ通用力场，温度控制的选项中选择Nose热浴法为，压力控制的选项中选择Berendsen恒压法，范德华作用力设定为Ewald法，静电相互作用力设定为PPPM法；S4(II)再对体系进行10ps的NVE动力学弛豫，以消除NVT动力学弛豫中的控温函数对气体‑钻井液体系的影响；S5、对气体‑钻井液体系进行NPT分子动力学模拟，在指定温度、压力下对气体‑钻井液体系进行NPT动力学模拟计算，设定时间为1000ps，设定时间步长1fs，每5000步输出一次轨迹数据；S6、计算微观特征参量，在Materials Studio软件中的Forcite模块中对步骤S4中输出的分子动力学轨迹数据进行分析，计算气体‑钻井液体系晶胞结构的相关微观特征参量，所述的微观特征参量包括自由体积、相互作用能和溶解自由能，即可通过分析自由体积、相互作用能和溶解自由能的值来分析气体在钻井液中溶解的微观机理,计算相互作用能的具体方法是，设混合体系能量为E混合体系，纯溶液体系能量为E纯溶液，纯气体体系能量为E纯气体，相互作用能为E相互作用，则：E混合体系＝E纯溶液+E纯气体+E相互作用(1)，设定精度Ultra‑fine，设定力场为COMPASS Ⅱ力场，就可以通过Materials Studio软件分别计算出混合体系能量、纯溶液体系能量和纯气体体系能量，通过公式(1)得到相互作用能为：E相互作用＝E混合体系‑E纯溶液‑E纯气体(2)，即完成对相互作用能的计算；S7、评价气体在钻井液中溶解特性，改变温度、压力和钻井液基液组分中的一项或者多项，再重复步骤S1～S6，对比分析不同模拟条件下晶胞结构的微观特征参量的变化规律，评价不同条件下气体在钻井液中的溶解特性。