技术领域
[0001] 本
发明属于石油化学领域，涉及一种干酪根平均分子结构模型的构建方法。
背景技术
[0002]
页岩气资源丰富，其商业化开采可以极大地缓解世界
能源压
力，改变能源结构。页岩气以
吸附态、游离态和溶解态赋存于储层的
纳米级孔隙内。其中吸附气在页岩气储量中占主要地位，其含量可达气体总量的60-85％。干酪根根是页岩气中
比表面积和吸附能力的主要贡献者。研究页岩干酪根对气体的吸附特性对页岩气储量评价以及页岩气开采具有重要的指导意义。
[0003] 目前研究干酪根对气体的吸附主要有等温吸附实验方法和分子模拟方法。由于实验装置的局限性，等温吸附实验方法无法模拟实际页岩储层高温高压条件下干酪根吸附气体的行为，也无法探究干酪根吸附气体的微观机理。分子模拟方法可有效弥补等温吸附实验方法的局限性。但是运用分子模拟方法研究干酪根吸附性能的前提是构建合理的干酪根平均分子结构模型。
[0004] 众所周知，干酪根是一种没有固定化学结构的三维大分子混合物，无法获得其确定的分子结构，目前主要采用平均分子结构来近似模拟其化学结构。干酪根平均分子结构是指将结构中的芳香簇进行平均后得到的
原子集合体，通常将其作为一种分子模型，并借此反映干酪根的典型物理和化学性质。为建立干酪根的平均分子结构，需要采取结构表征实验以获得其重要的结构参数。目前常用的结构表征方法包括
氧化、加氢、卤化、解聚、
热解、烷基化以及官能团分析等，该类方法主要特点是需要破坏干酪根的化学结构以得到有代表性的信息碎片，并根据该信息碎片的结构推测出干酪根的原始大分子结构。例如，2012年，Ru X,Cheng Z,Song L等人在论文“Experimental and computational studies on the average molecular structure of Chinese Huadian oil shale kerogen”，(Journal of Molecular Structure,2012,1030:10-18.)公布了了一种采用热解-气相色谱-质谱联用的方法表征中国桦甸
油页岩干酪根的结构骨架，并结合分子模拟方法构建了实验干酪根样品的三维分子模型的方法，该方法包括以下步骤：(1)桦甸油页岩样品
酸化处理，
沥青抽提，获得干酪根样品；(2)桦甸干酪根C、H、O、N、S元素分析；(3)桦甸干酪根热解-气相色谱-质谱测试，分析热解产物的组成，反推干酪根结构
片段；(4)确定结构片段间的连接单元以及连接位点，构建初始的干酪根分子结构；(5)模拟干酪根的13C NMR谱图，与实验测试的谱图对比，调整干酪根分子结构直到模拟和实验的谱图近似吻合；(6)采用分子模拟手段对干酪根分子结构进行优化，得到桦甸干酪根分子模型。但是，该干酪根构建方法存在以下缺点：在结构表征实验时的热解需要破坏干酪根的化学结构，这会导致损失一些重要的结构信息；而且采用热解得到的结构碎片来间接地反推干酪根的结构，具有较大的不确定性；针对单一实验样品得到的间接结构信息不能反映该类干酪根的平均分子结构。
[0005] 因此，建立一种能够快速准确确定干酪根平均分子结构模型的构建方法，对页岩气开采具有重要的指导意义。
发明内容
[0006] 鉴于上述
现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种干酪根平均分子结构模型的构建方法。该方法能够快速确定同一类型干酪根样品的合理平均分子结构参数，并结合直接表征手段构建具有代表性的页岩干酪根平均分子结构模型。
[0007] 为了达到前述的发明目的，本发明提供一种干酪根平均分子结构模型的构建方法，其包括以下步骤：
[0008] 步骤一：获取同一区域多
块页岩粉末样品的总有机
碳量TOC和热解
烃含量S2，计算各样品的氢指数HI，并由氢指数HI计算该区块页岩的干酪根平均分子结构参数；
[0009] 步骤二：提取至少一个页岩粉末样品中的干酪根样品进行XPS能谱分析和FTIR
光谱分析，判断所述干酪根样品中的元素组成、碳原子与杂原子的原子比及杂原子的存在形态；
[0010] 并基于FTIR光谱中各基团的特征峰拟合峰面积根据以下公式计算得到所述干酪根样品的干酪根化学结构参数：
[0011]
[0012] 其中，SPk为第k个干酪根化学结构参数；PAi为A类基团第i个特征峰的拟合面积；PBj为B类基团第j个特征峰的拟合面积；N和M分别为A类基团和B类基团的特征峰个数；所述A类基团和B类基团是决定SPk的相关基团；
[0013] 步骤三：确定所述干酪根平均分子结构的总碳数，构建初始干酪根平均分子结构；
[0014] 步骤四：保持主碳骨架结构和杂原子官能团类型不变，不断调整所述初始干酪根平均分子结构中的各脂肪链结构和杂原子官能团
位置，直至调整后的模型结构参数与XPS和FTIR实验结果以及基于氢指数HI的计算结果相对误差为5％以内，得到所述区域页岩的干酪根平均分子结构模型；
[0015] 其中，所述杂原子为除碳氢以外的原子。
[0016] 上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，XPS能谱是指
X射线光
电子能谱，包括XPS全谱和XPS精细谱；FTIR光谱是指傅里叶红外光谱，元素组成一般可以根据XPS全谱分析得到，也可以结合常规的元素分析方法进行综合分析后确定；同理，碳原子与杂原子的原子比可以通过XPS全谱中各元素分峰拟合后的峰面积计算，也可以结合常规的元素分析方法进行综合分析后确定；步骤二中，杂原子的存在形态可以由对应元素的XPS精细谱分峰拟合判断其可能存在的与碳原子或者其他杂原子的键合结构，再推测出杂原子在干酪根样品中可能的存在形态，结合FTIR光谱分析获得的干酪根化学结构参数，可以确定杂原子在干酪根样品中的存在形态。所述杂原子包括但不限于O、N和S。其中，N原子的存在形态可以直接由XPS精细谱中N1s分峰拟合后的峰位置确定。而O原子的存在形态较为复杂，一般需要结合FTIR光谱才能定性分析出各种含氧基团，然后再根据干酪根化学结构参数中各含氧基团的占比百分数，定量确定O原子在干酪根样品中的存在形态。根据FTIR光谱中各基团的吸收峰峰位拟合峰面积计算得到所述干酪根样品的干酪根化学结构参数包括但不限于脂肪链长度CL，芳碳率AR，芳香簇凝聚程度DOC，羰基分数Oca，醇基分数Oal和醚基分数Oet中的至少一种，在确定干酪根样品化学结构(基团、官能团)的同时，也确定了各化学结构的含量，简化了构建初始干酪根平均分子结构的步骤流程。在步骤四调整优化初始干酪根平均分子结构时，保持主碳骨架结构和杂原子官能团不变，基本保证了干酪根的基本性质，而调节初始干酪根平均分子结构中的各脂肪链碳数和杂原子官能团位置，相对较为简单，也使得调整后的模型结构参数较为容易与XPS和FTIR实验结果拟合。其中，主碳骨架结构包括但不限于芳香簇，公式 中，所述A类基团和B类基团是决定SPk的相关基团，例如，脂肪链长度(CL)由CH2基团特征峰的拟合峰面积与CH3基团特征峰的拟合峰面积的比值确定，具体可以参考下表1。
[0017] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，所述干酪根样品的干酪根化学结构参数包括脂肪链长度CL，芳碳率AR，芳香簇凝聚程度DOC，羰基分数Oca，醇基分数Oal和醚基分数Oet中的至少一种。
[0018] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，所述干酪根样品的干酪根化学结构参数通过表1中的物理定义进行计算：
[0019] 表1
[0020]
[0021] 表1中，吸收峰位分配可以根据下表1-1查询，表1-1为红外吸收峰的谱带归属。
[0022] 表1-1
[0023]
[0024] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，所述杂原子包括O、N和S的至少一种。
[0025] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，所述N原子的存在形态由所述XPS能谱上的N1s分峰经拟合后定量分析确定。
[0026] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，所述N原子的存在形态包括吡咯、吡啶和四价氮中的至少一种
[0027] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，所述O原子的存在形态由所述干酪根化学结构参数中各含氧基团的占比百分数定量分析确定。
[0028] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，所述含氧基团包括羰基、醇基和醚基中的至少一种。
[0029] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，所述S原子的存在形态由所述干酪根平均分子结构参数中有机硫中的芳香硫分数fs和脂肪硫分数确定。更优选地，所述芳香硫基团为噻吩，所述脂肪硫基团为硫醚。
[0030] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，所述干酪根平均分子结构参数包括H/C原子比Hc，芳香碳含量fa，脂肪链碳数Cn，有机硫中的芳香硫分数fs和芳香簇中的芳香碳数Ca。与脂肪链碳数Cn不同，干酪根化学结构参数脂肪链长度CL是基于FTIR谱图计算得到，用于定性评价脂肪链长度，而Cn反映的则是脂肪链中的碳数，用于定量评价脂肪链长度。
[0031] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，所述H/C原子比Hc通过公式(1)计算：
[0032] Hc＝0.1426HI+49.143 (1)；
[0033] 通过对同一区域多块页岩粉末样品的进行有机碳(TOC)测试和热解实验测试后，获得有机碳量TOC和热解烃含量S2，然后通过以下公式计算出各样品的氢指数HI：
[0034] HI＝S2×100/TOC。
[0035] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，所述芳香碳含量fa通过公式(2)计算：
[0036] Hc＝-1.5183fa+179.32 (2)。
[0037] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，所述脂肪链碳数Cn通过公式(3)计算：
[0038] fa＝-24.07ln(Cn)+85.556 (3)。
[0039] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，所述有机硫中的芳香硫分数fs通过公式(4)计算：
[0040] fs＝0.7112fa+20.89 (4)。
[0041] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，所述芳香簇中的芳香碳数Ca通过公式(5)计算：
[0042] Ca＝0.225fa+1.55 (5)。
[0043] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，所述初始干酪根平均分子结构通过以下步骤构建：
[0044] 根据所述干酪根平均分子结构参数的总碳数及芳香碳含量fa，计算初始干酪根平均分子结构中的总芳香碳数，并根据所述总芳香碳数和所述芳香簇中的芳香碳数Ca计算初始干酪根平均分子结构中的芳香簇数量；
[0045] 根据所述干酪根平均分子结构参数的总碳数、碳原子与杂原子的原子比，计算初始干酪根平均分子结构中杂原子的数目，并根据所述杂原子的存在形态确定各杂原子的官能团类型和数量；
[0046] 由所述脂肪链碳数Cn得到芳香簇间脂肪链中的碳原子数量与侧支芳香碳数量的比值，并确定芳香簇间连接单元的平均长度；
[0047] 连接所述芳香簇、杂原子官能团，并调整芳香簇间脂肪链的结构参数，构建初始的干酪根平均分子结构；所述脂肪链的结构参数包括键长、键
角和二面角中的至少一种。优选地，连接单元为碳数为Cn的脂肪链。
[0048] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，所述干酪根平均分子结构参数的总碳数为150-250。干酪根平均分子结构的总碳数决定了干酪根平均分子结构的尺寸大小，干酪根平均分子结构有最小尺寸限制，尺寸过小将不能合理反映干酪根的结构组成和物理化学性质。干酪根平均分子结构尺寸越大，模拟性质越准确，但相应的计算时间越长。综合考虑最小尺寸效应和模拟计算经济性原则，本
说明书确定的干酪根平均分子结构的总碳数范围为150-250，实际应用时可在此范围随机选择。
[0049] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，该构建方法还包括采用分子模拟技术优化所述干酪根平均分子结构模型的步骤。
[0050] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，所述分子模拟技术包括几何优化、
退火优化及分子动力学弛豫中的至少一种。
[0051] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，该构建方法还包括构建干酪根三维分子模型的步骤；
[0052] 具体为：根据干酪根三维分子模型的最小尺寸要求以及模拟计算经济性原则，确定三维模拟盒子中干酪根平均分子结构模型的数量，并在低
密度条件建立初始的干酪根三维分子模型；对所述初始的干酪根三维分子模型开展几何优化，以获取局部
能量最低的构型，然后开展退火优化，以获得全局能量最低的构型；在目标压力下，将所述全局能量最低的构型从高温(1000K)到目标
温度，逐次采用NPT系综进行分子动力学弛豫，得到最终的干酪根三维分子模型。
[0053] 其中，最小尺寸要求是指原子数量≤1300，模型边长≤2.5nm，低密度条件是指密度≤0.10.1g/cm3，分子动力学弛豫的高温为1000K。目标压力和目标温度可以根据页岩所在地质环境决定。
[0054] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，该构建方法还包括对所述干酪根三维分子模型进行合理性和代表性检验的步骤。
[0055] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，该检验方法为对所述干酪根三维分子模型进行热动力学性质和孔隙性质模拟，并与实验结果对比。
[0056] 在上述干酪根平均分子结构模型的构建方法中，优选地，所述热动力学性质包括物理密度和等温压缩系数，所述孔隙性质包括孔隙度。
[0057] 本说明书还提供一种干酪根平均分子结构模型，其由上述干酪根平均分子结构模型的构建方法构建。
[0058] 本说明书还提供一种干酪根三维分子模型，其是基于上述干酪根平均分子结构模型构建的三维干酪根平均分子结构模型。通常基于分子模型的最小尺寸要求以及模拟的计算经济性原则，选取10个左右的干酪根平均分子结构模型建立三维体相干酪根平均分子结构模型。
[0059] 本说明书提供的干酪根平均分子结构模型的构建方法，存在以下有益效果：
[0060] 本说明书提供的干酪根平均分子结构模型的构建方法，仅需页岩样品的氢指数数据，即可快速得到同一类型多块页岩样品的干酪根平均结构参数。基于先进的结构表征手段，可准确得到单一干酪根样品的元素存在形态。且尽量保留了干酪根样品破坏前的结构信息。
[0061] 其次，该干酪根平均分子结构模型的构建方法提出了一套新的结构参数定义，结合FTIR谱图特征峰的拟合面积计算得到干酪根的结构参数，根据定义的羰基分数、醇基分数及醚基分数计算方法定量分析出了干酪根中氧的存在形态及各形态含氧基团的量。而其中干酪根结构参数中的脂肪链长度、芳碳率和芳香簇凝聚程度可定性分析干酪根的化学结构，并与经验公式(1)-(5)得到的平均结构参数相互验证，使构建的干酪根平均分子结构对真实页岩干酪根具有良好的代表性。
[0062] 再者，通过上述构建方法构建的干酪根平均分子结构，是同一类型干酪根样品的合理平均分子结构，可用于后续从微观尺度研究页岩气存储、传递和提高采收率的机理。
[0063] 另外，本说明书提供的干酪根平均分子结构模型的构建方法经济、简便、能快速构建，且移植型强，可为特定页岩区块快速、低成本地确定代表性的干酪根分子模型提供理论指导。
附图说明
[0064] 图1是
实施例1页岩干酪根平均分子结构模型构建流程；
[0065] 图2是实施例1N201-2号龙
马溪组页岩干酪根的FTIR谱图及官能团分布；
[0066] 图3是实施例1N201-2号龙马溪组页岩干酪根FTIR谱图分峰拟合；
[0067] 图4是实施例1构建的龙马溪组页岩干酪根平均分子结构模型；
[0068] 图5是实施例1构建的龙马溪组页岩三维干酪根分子结构模型。
具体实施方式
[0069] 为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明可实施范围的限定。
[0070] 实施例1
[0071] 本实施例提供了一种干酪根平均分子结构模型的构建方法，其以四川盆地龙马溪组页岩样品作为研究对象，具体构建方法的流程如图1所示，包括以下步骤：
[0072] (1)取10块四川盆地龙马溪组页岩样品，将样品
粉碎至尺寸小于100目，将1-2g粉末样品在LECO CS230碳/硫分析仪中加热到540℃，测试样品的TOC含量，将100mg粉末样品在油气评价(OGE)工作站中从90℃加热到600℃，获取样品的热解烃含量(S2)，根据公式HI＝S2×100/TOC计算得到样品的氢指数(HI)。表2为样品热解测试结果及计算的氢指数(HI)。
[0073] 表2
[0074]
[0075]
[0076] (2)基于表3中页岩干酪根结构参数计算公式(1)-(5)，结合表2得到的氢指数(HI)计算龙马溪组页岩干酪根的平均结构参数，包括H/C原子比(Hc)、芳香碳含量(fa)、脂肪链碳数(Cn)、有机硫中的芳香硫分数(fs)、芳香簇中的芳香碳数(Ca)。计算结果如表4所示。
[0077] 表3
[0078]公式编号 计算公式 相关度/R2
1 Hc＝0.1426HI+49.143 0.9525
2 Hc＝-1.5183fa+179.32 0.9188
3 fa＝-24.07ln(Cn)+85.556 0.941
4 fs＝0.7112fa+20.89 0.8906
5 Ca＝0.225fa+1.55 0.8404
[0079] 表4
[0080]样品编号 H/C(％) fa(％) Cn fs(％) Ca
N201-1 49.46 85.53 1.00 81.72 20.79
N201-2 49.47 85.53 1.00 81.72 20.79
N201-3 49.28 85.65 1.00 81.80 20.82
N201-4 49.35 85.61 1.00 81.77 20.81
N201-5 49.33 85.61 1.00 81.78 20.81
N201-6 49.29 85.64 1.00 81.80 20.82
CQ-1 49.31 85.63 1.00 81.79 20.82
CQ-2 49.37 85.59 1.00 81.76 20.81
CQ-3 49.24 85.67 1.00 81.82 20.83
CQ-4 49.45 85.54 1.00 81.72 20.80
平均值 49.36 85.60 1.00 81.77 20.81
[0081] 由表4可知，龙马溪组10块页岩样品的干酪根结构参数差异较小，这有利于构建一个平均的龙马溪组页岩干酪根分子结构。将10块页岩样品的干酪根结构参数进行平均，得到龙马溪组岩干酪根平均的分子结构参数，其中有机硫中的芳香硫分数(fs)高达81.77％，因此，芳香硫龙马溪组10块页岩样品中硫存在的主要形态。
[0082] (3)随机取N201-2页岩粉末样品，首先利用氯仿在索氏抽提器中抽提去除沥青组分，然后采用逐级
酸洗的方法脱除页岩样品中的无机矿物质，获得N201-2页岩干酪根样品。酸洗过程中，首先采用浓度为20wt％的HCl溶液去除样品中的碳酸盐矿物，对样品进行抽滤、洗涤、烘干；然后采用浓度为20wt％的HNO3溶液去除样品中的黄
铁矿，对样品进行抽滤、洗涤、烘干；最后采用HCl(20wt％)和HF(40wt％)的混合
酸溶液(体积比1:1)去除样品中的
硅酸盐矿物，对样品进行抽滤、洗涤、烘干，得到N201-2页岩干酪根样品。其中HCL处理用于除去页岩中的碳酸盐矿物，HNO3处理用于除去黄铁矿，HCL/HF处理用于除去
硅酸盐矿物。
[0083] (4)对N201-2页岩干酪根样品进行C、H、O、N、S元素分析，这里可以结合步骤五中的XPS能谱分析方法，然后分别计算H/C、O/C、N/C和S/C的原子比。计算结果如表5所示。
[0084] 表5
[0085]原子比 H/C O/C N/C S/C
N201-2 0.494 0.047 0.02 0.035
[0086] (5)对N201-2页岩干酪根样品进行XPS测试，并对XPS能谱上的N 1s
信号(397-404ev)进行分峰拟合，确定干酪根中氮的主要存在形态。表6为计算得到的N201-2页岩干酪根中氮的存在形态。
[0087] 表6
[0088]氮形态 吡咯 吡啶 四价氮
摩尔分数(％) 62 15 23
[0089] 由表6可知，N201-2页岩干酪根中的氮主要以吡咯形式存在。
[0090] (6)对N201-2页岩干酪根样品进行FTIR光谱测试，获得其FTIR谱图，如图2所示，其中(1)段谱图表示
水中羟基；(2)段谱图表示芳香CHx；(3)段谱图表示脂肪CHx；(4)段谱图表示羰基；(5)段谱图表示芳香碳；(6)段谱图表示脂肪CHx平面内弯曲；(7)段谱图表示醇羟基和醚基；(8)段谱图表示芳香CHx离面
变形。对FTIR谱图中3000-2800cm-1之间的峰进行分峰拟合，如图3所示，并计算得到各特征峰的拟合面积，结合表1基于FTIR光谱的结构参数定义，计算N201-2页岩干酪根样品的脂肪链长度(CL)，采用同样的方法，对芳碳信号、羰基信号、醇基信号、醚基信号杂原子常见基团信号的特征峰进行分峰拟合，并计算各特征峰峰面积，然后结合表1基于FTIR光谱的结构参数定义，计算芳碳率(AR)、芳香簇凝聚程度(DOC)、羰基分数Oca、醇基分数Oal和醚基分数Oet等N201-2页岩干酪根样品干酪根化学结构参数，计算结果如表7所示。
[0091] 表7
[0092]样品编号 CL AR(％) DOC Oca(％) Oet(％) Oal(％)
N201-2 1.65 83.45 0.95 0.00 100.00 0.00
[0093] 由表7可知，N201-2页岩干酪根中脂肪链长度CL(为1.65)较小，表明脂肪链主要以短链形式存在，而芳碳率AR达到了83.45％,因此，芳香碳为N201-2页岩干酪根样品结构中最主要的碳类型，芳香簇凝聚程度DOC(为0.95)则表明N201-2页岩干酪根样品结构中芳香簇尺寸较大。将表7基于FTIR得到的N201-2页岩干酪根结构信息与表4通过公式(1)-(5)计算得到的平均结构参数进行比较，结果较为一致，这进一步验证了表1公式的强适用性。表7中的含氧官能团结果表明，对于过成熟度的N201-2页岩干酪根，醚基是唯一的含氧官能团。
[0094] (7)根据表4获得的龙马溪组页岩干酪根平均结构参数、表5的干酪根元素原子比、表6、表7和O、N和S的主要存在形态，构建干酪根的初始平均分子结构。
[0095] 干酪根结构构建步骤为：
[0096] 确定龙马溪组干酪根平均分子结构的总碳数为194，由芳香碳含量(fa)确定结构中的芳香碳数量为166；
[0097] 根据干酪根元素原子比结果，确定结构中H、O、N和S原子数目分别为96、9、4和7；
[0098] 基于杂原子主要存在形态，确定O、N和S原子的官能团类型和数量，干酪根结构中存在9个醚基，3个吡咯，1个吡啶，6个芳香硫，1个脂肪硫；
[0099] 由总芳香碳数以及芳香簇中的芳香碳数(Ca)，确定结构中的芳香簇数目为8；
[0100] 由脂肪链碳数(Cn)，确定芳香簇间的连接单元类型主要为2个碳原子的脂肪短链；
[0101] 连接芳香簇，并调整键长、键角、二面角等参数，构建得到的初始的干酪根平均分子结构，如图4所示。
[0102] (8)基于干酪根初始平均分子结构，保持芳香簇结构不变，不断调整结构中的脂肪碳原子和杂原子官能团，直到模型的结构参数与表4-表7的实验结果较为一致，由此得到最终的龙马溪组页岩干酪根平均分子结构模型。表8为最终的龙马溪组页岩干酪根平均分子结构模型结构参数与实验结果的对比。
[0103] 表8
[0104]
[0105] 由表8可知，构建的龙马溪组页岩干酪根平均分子结构模型的结构参数与实验结果较为吻合，表明构建的龙马溪组页岩干酪根平均分子结构模型具有较强的代表性。
[0106] (9)采用几何优化、退火优化以及分子动力学弛豫等分子模拟手段对龙马溪组页岩干酪根平均分子结构模型进行构型优化，基于分子模型的最小尺寸要求以及模拟的计算经济性原则，选取10个干酪根的平均分子结构构建龙马溪组页岩三维体相干酪根分子结构模型，如图5所示。然后对该龙马溪组页岩三维体相干酪根分子结构模型的物理密度，等温压缩系数等热动力学性质和孔隙度等孔隙性质进行模拟，并与实验结果进行对比以检验模型的合理性和代表性。表9为模拟的热动力学性质和孔隙性质与实验结果的对比。
[0107] 表9
[0108]性质 密度(g/cm3) 等温压缩系数(Pa-1) 孔隙度
模拟结果 1.226-1.261 3.8×10-10 17.25
-10
实验结果 1.21-1.28 2-7.2×10 4.45-22.50
[0109] 由表9可知，采用本实施例方法构建的龙马溪组页岩干酪根平均分子结构模型即基于该模型构建的干酪根的三维体相分子模型的物理性质与实验结果基本一致，这表明本实施例的方法能够用于构建具有代表性的干酪根平均分子结构模型。
[0110] 综上所述，本说明书提供的干酪根平均分子结构模型的构建方法，仅需页岩样品的氢指数数据，即可快速得到同一类型多块页岩样品的干酪根平均结构参数。基于先进的结构表征手段，可准确得到单一干酪根样品的元素存在形态。且尽量保留了干酪根样品破坏前的结构信息。根据该干酪根平均分子结构模型的构建方法提出了一套新的结构参数定义，结合FTIR谱图特征峰的拟合面积可以计算得到干酪根的化学结构参数，根据定义的羰基分数、醇基分数及醚基分数计算方法定量分析出了干酪根中氧的存在形态及各形态含氧基团的量。而其中干酪根结构参数中的脂肪链长度、芳碳率和芳香簇凝聚程度可定性分析干酪根的化学结构，并与经验公式(1)-(5)得到的平均结构参数相互验证，使构建的干酪根平均分子结构对真实页岩干酪根具有良好的代表性。通过上述构建方法构建的干酪根平均分子结构，是同一类型干酪根样品的合理平均分子结构，可用于后续从微观尺度研究页岩气存储、传递和提高采收率的机理。
[0111] 另外，本说明书提供的干酪根平均分子结构模型的构建方法经济、简便、能快速构建，且移植型强，可为特定页岩区块快速、低成本地确定代表性的干酪根分子模型提供理论指导。在石油开采等领域有着可观的应用前景。
[0112] 为使本说明书的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，上面结合附图对本说明书的具体实施方式做详细的说明。在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本说明书。但是本说明书能够以很多不同于上面描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本说明书内涵的情况下做类似改进，因此本说明书不受上面公开的具体实施例的限制。并且，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0113] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本说明书
专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本说明书构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本说明书的保护范围。因此，本说明书专利的保护范围应以所附
权利要求为准。
