【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及分子建模，尤其是涉及一種基于瀝青質(zhì)多級聚集結(jié)構(gòu)的有機地質(zhì)大分子體系建模方法。
技術(shù)介紹
1、作為典型的有機地質(zhì)大分子，瀝青質(zhì)、干酪根或固體瀝青都屬于具有生烴潛力的沉積有機質(zhì)，是石油地質(zhì)領(lǐng)域重點關(guān)注的油氣生成母質(zhì)。此外，由于這些地質(zhì)大分子具有復(fù)雜的三維空間分子骨架結(jié)構(gòu)，一些原生性的小分子有機物會被包裹在這些大分子結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，從而得到一定的保護作用。因此，地質(zhì)大分子體系既包括自身的骨架結(jié)構(gòu)，也涵蓋了被大分子結(jié)構(gòu)所包裹的小分子物質(zhì)，前者在有機質(zhì)生烴潛力及熱演化程度評價方面具有重要意義，而后者則在沉積有機質(zhì)原始來源以及地層化學環(huán)境的指示方面具有重要應(yīng)用潛力。
2、隨著計算化學和有機地球化學交叉方向的發(fā)展，對地質(zhì)大分子體系的研究已經(jīng)不僅僅局限于物理模擬、化學分離和分析等實驗室常用方法，而逐漸發(fā)展為利用分子模擬的相關(guān)軟件進行復(fù)雜體系的分子建模和過程模擬。當前，對復(fù)雜有機地質(zhì)大分子的建模主要用于分子性質(zhì)的預(yù)測、熱解反應(yīng)以及分子間相互作用的研究。已有研究基于實際地質(zhì)樣品的元素組成及碳譜核磁等數(shù)據(jù)來構(gòu)建瀝青單個的分子結(jié)構(gòu)模型，并通過不斷調(diào)整模型分子的結(jié)構(gòu)和組成來提高其與實際樣品的吻合度。此外，構(gòu)建單個干酪根大分子模型并通過晶胞擴胞的方法或直接將多個大分子模型同時置于同一模擬盒子中進行壓縮來構(gòu)建更復(fù)雜的地質(zhì)大分子體系也被成功用于熱解反應(yīng)的模擬研究中。
3、然而，上述兩類建模方法存在以下問題：1)單一的分子結(jié)構(gòu)無法準確代表復(fù)雜混合物組成的地質(zhì)大分子體系，并且通過化學表征數(shù)據(jù)的約束具有多解性；2)忽略了在三維空間內(nèi)
4、鑒于此，特提出本專利技術(shù)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于瀝青質(zhì)多級聚集結(jié)構(gòu)的有機地質(zhì)大分子體系建模方法，其考慮了瀝青質(zhì)作為有機地質(zhì)大分子的自聚集性質(zhì)和對小分子有機物的包裹作用，有利于深入研究地質(zhì)大分子體系的分子間相互作用和包裹小分子烴的化學行為。
2、本專利技術(shù)提供一種基于瀝青質(zhì)多級聚集結(jié)構(gòu)的有機地質(zhì)大分子體系建模方法，包括如下步驟：
3、s1：根據(jù)瀝青質(zhì)分子結(jié)構(gòu)或化學表征進行分子建模和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，獲得單個瀝青質(zhì)分子模型；
4、s2：根據(jù)小分子烴結(jié)構(gòu)進行分子建模和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，獲得小分子烴模型；
5、s3：根據(jù)單個瀝青質(zhì)分子模型構(gòu)建瀝青質(zhì)二聚體并進行能量最小化，獲得瀝青質(zhì)二聚體模型；
6、s4：根據(jù)瀝青質(zhì)二聚體模型構(gòu)建瀝青質(zhì)納米聚集體并進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，獲得瀝青質(zhì)納米聚集體模型；
7、s5：根據(jù)瀝青質(zhì)納米聚集體模型和小分子烴模型構(gòu)建瀝青質(zhì)團簇聚集體系并進行能量最小化，獲得瀝青質(zhì)團簇聚集體系模型。
8、瀝青質(zhì)可以理解為干酪根熱降解產(chǎn)生的“碎片”，是一類具有代表性的有機地質(zhì)大分子。瀝青質(zhì)以聚集體的形式穩(wěn)定存在于石油體系或有機溶劑體系中。研究表明：瀝青質(zhì)分子初始聚集時會首先形成二聚體，二聚體會進一步聚集形成多聚體(或納米聚集體)；此外，典型的有機地質(zhì)大分子，如瀝青質(zhì)，其結(jié)構(gòu)內(nèi)部具有天然的限域空間，包裹并保護了一系列小分子有機物(典型的如鏈烴和芳香烴)。因此，在構(gòu)建瀝青質(zhì)大分子體系的模型時既需要考慮大分子之間的多級自聚集行為，也需要考慮聚集體結(jié)構(gòu)內(nèi)部包裹的小分子有機物。基于此，本專利技術(shù)特提出一種基于瀝青質(zhì)大分子的自聚集性質(zhì)以及其結(jié)構(gòu)內(nèi)部包裹的小分子有機物來約束有機地質(zhì)大分子體系模型的構(gòu)建方法。
9、步驟s1中，根據(jù)瀝青質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，通過化學建模軟件進行分子建模；對瀝青質(zhì)分子結(jié)構(gòu)不作嚴格限制，可以根據(jù)有機地質(zhì)大分子的組成和實際需要選擇適宜的瀝青質(zhì)分子，瀝青質(zhì)分子結(jié)構(gòu)可以選自如下中的一種：
10、
11、
12、建模后，通過化學建模軟件對構(gòu)建的瀝青質(zhì)分子結(jié)構(gòu)進行幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化；經(jīng)過幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化，獲得低能量的穩(wěn)態(tài)分子結(jié)構(gòu)，即得到單個瀝青質(zhì)分子模型。
13、步驟s2中，對選取的小分子烴不作嚴格限制，可以根據(jù)有機地質(zhì)大分子包裹的小分子有機物的組成和實際需要選擇適宜的烴類分子；具體地，小分子烴可以包括小分子鏈烴和小分子芳香烴，小分子鏈烴可以選取c18正構(gòu)1-烯烴等，小分子芳香烴可以選取2-甲基菲等。
14、選取小分子烴后，根據(jù)小分子烴結(jié)構(gòu)，通過化學建模軟件進行分子建模；建模后，對構(gòu)建的小分子烴結(jié)構(gòu)進行幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以獲得低能量的穩(wěn)態(tài)分子結(jié)構(gòu)，即得到小分子烴模型。在分別對小分子鏈烴和小分子芳香烴進行分子建模和結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，分別獲得小分子鏈烴模型和小分子芳香烴模型。
15、步驟s3中，依照瀝青質(zhì)多級聚集的特性，通過化學建模軟件中的晶胞構(gòu)建模塊構(gòu)建瀝青質(zhì)二聚體。具體地，選擇2個單個瀝青質(zhì)分子模型作為分子組成，根據(jù)有機地質(zhì)大分子的性質(zhì)設(shè)置合理的密度，密度例如可以設(shè)置為1.0g/cm3，利用建模軟件中的晶胞構(gòu)建模塊構(gòu)建瀝青質(zhì)二聚體。
16、構(gòu)建瀝青質(zhì)二聚體后，采用建模軟件中的動力學模擬模塊對構(gòu)建的瀝青質(zhì)二聚體進行退火處理；對退火處理的條件不作嚴格限制，可以根據(jù)實際需要合理設(shè)置。例如，退火處理時的退火循環(huán)數(shù)可以設(shè)為20-30，溫度可以設(shè)為300-500k，每個循環(huán)的升溫梯度數(shù)可以設(shè)為4-6，每一溫度梯度的動力學步數(shù)可以設(shè)為80-120。退火處理后，得到能量最低的瀝青質(zhì)二聚體模型。
17、步驟s4中，構(gòu)建瀝青質(zhì)納米聚集體時，設(shè)置瀝青質(zhì)納米聚集體的形狀為球體，根據(jù)理論模型(如yen-mullins模型)確定球體的半徑，構(gòu)建的瀝青質(zhì)納米聚集體的分子數(shù)約為6，直徑約為2nm，半徑約為1nm；利用建模軟件對構(gòu)建好的瀝青質(zhì)納米聚集體進行幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化；經(jīng)過幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到瀝青質(zhì)納米聚集體模型。
18、步驟s5包括：通過化學建模軟件中的晶胞構(gòu)建模塊構(gòu)建瀝青質(zhì)團簇聚集體系。具體地，根據(jù)理論模型(如yen-mullins模型)選擇8個瀝青質(zhì)納米聚集體模型和多個小分子烴模型作為分子組成，根據(jù)有機地質(zhì)大分子的性質(zhì)設(shè)置合理的密度，利用建模軟件中的晶胞構(gòu)建模塊構(gòu)建瀝青質(zhì)團簇聚集體系。
19、小分子烴模型的類型和數(shù)量可根據(jù)實際需要合理設(shè)置，小分子烴模型的類型可以包括小分子鏈烴模型和小分子芳香烴模型，小分子鏈烴模型例如為c18正構(gòu)1-烯烴模型等，小分子芳香烴模型例如為2-甲基菲模型等；此外，小分子烴模型的數(shù)量可以設(shè)置40-60個，其中小分子鏈烴模型和小分子芳香烴模型的比例可以為1：1。
20、構(gòu)建瀝青質(zhì)團簇聚集體系后，采用建模軟件中的動力學模擬模塊對構(gòu)建的瀝青質(zhì)團簇聚集體系進行退火處理；對退火處理的條件不作嚴格限制，可以根據(jù)實際需要合理設(shè)置。例如，退火處理時的退火循環(huán)數(shù)可以設(shè)為20-30，溫度可以設(shè)為300-5本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種基于瀝青質(zhì)多級聚集結(jié)構(gòu)的有機地質(zhì)大分子體系建模方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機地質(zhì)大分子體系建模方法，其特征在于，步驟S1中，瀝青質(zhì)分子結(jié)構(gòu)選自如下中的一種：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機地質(zhì)大分子體系建模方法，其特征在于，步驟S2中，小分子烴包括小分子鏈烴和小分子芳香烴。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的有機地質(zhì)大分子體系建模方法，其特征在于，小分子鏈烴為C18正構(gòu)1-烯烴，小分子芳香烴為2-甲基菲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機地質(zhì)大分子體系建模方法，其特征在于，步驟S3中，選擇2個單個瀝青質(zhì)分子模型作為分子組成，根據(jù)有機地質(zhì)大分子的性質(zhì)設(shè)置合理的密度，利用建模軟件中的晶胞構(gòu)建模塊構(gòu)建瀝青質(zhì)二聚體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機地質(zhì)大分子體系建模方法，其特征在于，步驟S4中，構(gòu)建瀝青質(zhì)納米聚集體時，設(shè)置瀝青質(zhì)納米聚集體的形狀為球體，根據(jù)理論模型確定球體的半徑，利用建模軟件對構(gòu)建好的瀝青質(zhì)納米聚集體進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機地質(zhì)大分子體系建模方法，其特征在于，
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的有機地質(zhì)大分子體系建模方法，其特征在于，多個小分子烴模型包括20-30個小分子鏈烴模型和20-30個小分子芳香烴模型。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的有機地質(zhì)大分子體系建模方法，其特征在于，理論模型為Yen-Mullins模型。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機地質(zhì)大分子體系建模方法，其特征在于，步驟S3、S5中，能量最小化包括：采用建模軟件中的動力學模擬模塊對構(gòu)建的瀝青質(zhì)二聚體或瀝青質(zhì)團簇聚集體系進行退火處理，退火處理時的退火循環(huán)數(shù)設(shè)為20-30，溫度設(shè)為300-500K，每個循環(huán)的升溫梯度數(shù)設(shè)為4-6，每一溫度梯度的動力學步數(shù)設(shè)為80-120。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于瀝青質(zhì)多級聚集結(jié)構(gòu)的有機地質(zhì)大分子體系建模方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機地質(zhì)大分子體系建模方法，其特征在于，步驟s1中，瀝青質(zhì)分子結(jié)構(gòu)選自如下中的一種：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機地質(zhì)大分子體系建模方法，其特征在于，步驟s2中，小分子烴包括小分子鏈烴和小分子芳香烴。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的有機地質(zhì)大分子體系建模方法，其特征在于，小分子鏈烴為c18正構(gòu)1-烯烴，小分子芳香烴為2-甲基菲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機地質(zhì)大分子體系建模方法，其特征在于，步驟s3中，選擇2個單個瀝青質(zhì)分子模型作為分子組成，根據(jù)有機地質(zhì)大分子的性質(zhì)設(shè)置合理的密度，利用建模軟件中的晶胞構(gòu)建模塊構(gòu)建瀝青質(zhì)二聚體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機地質(zhì)大分子體系建模方法，其特征在于，步驟s4中，構(gòu)建瀝青質(zhì)納米聚集體時，設(shè)置瀝青質(zhì)納米聚集體的形狀為球體，根據(jù)理論模型確定球體的半徑，利用建模軟件對構(gòu)建好的瀝青質(zhì)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：方朋，吳嘉，沈斌，徐學敏，洪智賓，翟佳，張小濤，
申請(專利權(quán))人：國家地質(zhì)實驗測試中心，
類型：發(fā)明
國別省市：
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