基于改进Gibbs系综蒙特卡洛模拟的页岩储层多尺度孔隙系统中多组分烃类相行为分析

《Fluid Phase Equilibria》：Phase Behavior Analysis of Multi-Component Hydrocarbon in Shale Reservoir Multi-Scale Pore Systems Using a Modified Gibbs Ensemble Monte Carlo Molecular Simulation

本文采用改进的吉布斯系综蒙特卡洛（NPT-GEMC）模拟方法，创新性地构建了包含宏观孔隙与纳米孔隙的多尺度模型，系统研究了页岩储层中多组分烃类流体的相行为。研究发现纳米孔隙的限域效应会显著改变流体组成，导致气泡点压力升高（甲烷-乙烷体系增幅达5.8-12.4%）及鹰福特凝析气藏流体两相包络线收缩，甚至出现饱和压力消失现象。该研究为页岩油气藏储量评估和开发方案优化提供了重要理论依据。

　　

Highlight

蒙特卡洛模拟与移动步骤

蒙特卡洛模拟是一种统计热力学技术，通过执行数百万次蒙特卡洛步骤来寻找系统的平衡状态。在每个蒙特卡洛步骤中，会尝试一次蒙特卡洛移动，使系统的自由能逼近全局最小值。

本研究中使用的最常见的蒙特卡洛移动包括平移移动、旋转移动和部分再生移动。平移移动和旋转移动分别对随机选择的分子进行位移和旋转操作...

Steele 10-4-3 圆柱形孔隙模型

周期性边界条件被应用于模拟盒子以避免边界效应。处于体相条件的模拟盒子（图1中的盒子I和II）在所有空间方向上都进行重复复制，而包含受限流体系统的模拟盒子（图1中的盒子III）仅在无孔隙边界的方向上进行复制。为了使用最小镜像约定方法计算具有周期性边界条件的分子相互作用...

结果与讨论

在本节中，我们展示了使用改进的NPT-GEMC方法（见第2.1节）研究多组分流体在页岩多尺度模型中相行为的工作。我们模拟了恒组成膨胀（CCE）实验，这是一种研究体相流体相行为的典型PVT测试。该实验在等温条件下进行，通常在储层温度下进行。CCE测试从高于饱和压力的压力开始。随着压力逐渐降低，体积...

结论

在当前工作中，我们创建了一个多尺度模型来捕捉页岩岩石中复杂的多孔介质。该模型包括一个模拟页岩岩石中宏观多孔介质的体相区域，以及一个模拟页岩岩石中纳米尺度多孔介质的受限区域。我们应用扩展的Steele 10-4-3势来描述流体分子与圆柱形孔壁之间的相互作用。同样重要的是，我们改进了传统的NPT-GEMC技术。改进的NPT-GEMC方法...