一种构建树枝状聚合物分子结构和耐盐性能定量构效关系的方法、应用与流程

1.本发明属于油田化学钻井液处理剂技术领域，具体涉及一种构建树枝状聚合物分子结构和耐盐性能定量构效关系的方法、应用。


背景技术：

2.树枝状聚合物是一类具有树枝型结构的新型高分子，表面富集大量的官能团，分子本身具有纳米尺寸且内部存在空腔，由于其高度支化的拓扑形态，使得树枝状分子在三维空间中具有类似球形的紧凑结构。目前树枝状聚合物在石油工程领域的研究刚刚起步，主要集中在利用其特殊的流变性和端基活跃的反应性，研究较多的是提高油田采收率的抗剪切聚合物和钻井液用胺基抑制剂。聚合物降滤失剂是保障钻井液性能的关键助剂，现场用量很大。将树枝状聚合物引入石油工程领域，可为解决一些复杂技术难题提供新的手段，但目前对树枝状聚合物钻井液降滤失剂方面的研究较少，尤其抗盐聚合物降滤失剂的一直是研究的重点和难点。抗盐性是油田化学聚合物的重要性能之一，无机盐对聚合物的侵害主要表现为降粘作用，粘度降低导致钻井液流变性变差，从而影响聚合物溶液整体性能，因此，评价聚合物抗盐性能时着重关注聚合物溶液的粘度参数。传统实验方法是通过六速粘度计测试聚合物溶液表观粘度来评价其抗盐性能，属于宏观评价方法，其测试评价受到样品纯度、来源、温度条件等诸多限制，且认为因素影响较大，重复性不佳。
3.分子模拟技术被誉为除理论研究和室内实验之外的第三种研究手段，它是以计算机为辅助工具，在原子水平上建立分子模型，并模拟分子的结构与行为，进而模拟分子体系的各种物理、化学性质。其中定量构效关系(quantitative structure-activity relationship，qsar)，是指利用理论计算和统计分析工具分析分子结构描述符与各种物理化学性质或者活性之间的定量函数关系，以此来研究一系列化合物结构与其性质(如表面张力)之间的定量关系，并通过我们建立的这些定量关系模型来预测新化合物的性质。同时，利用qsar模型，还可以帮助理解决定化合物的性质的结构因素，指导后续分子修饰。
4.分子模拟在医药、汽车、食品、航空航天行业应用广泛，但在石油行业尤其是上游钻井工程领域应用较少，在钻井液聚合物研究方面显见应用，相关专利也较少。现有专利cn104007463 a、cn103713320 a、cn104007485 a分别提供了人工页岩物理模型及其制作方法和应用、富有机质泥页岩岩石物理模型的建立方法、复杂孔隙泥页岩岩石物理模型的建立方法，虽均属于油气勘探和开发的地球物理研究领域，但所构建的模型均为宏观角度的物理模型，不能反映泥页岩的微观结构；专利cn111007233 a提供了分析页岩微观孔隙中甲烷-二氧化碳运动行为的方法，但该专利采用数值模拟的方法，所构建的模型在泥页岩剥落膨胀机理的研究方面适用性较差。
5.树枝状聚合物是由很多长链构成的树枝状的聚合物，分子中的单键能够内旋转，以致分子具有许多不同的构象，构象不同对应分子尺寸不同，高分子物理中用回转半径r(g)表征分子尺寸。聚合物受到无机盐侵害时，盐离子与聚合物分子间的相互作用会导致聚
合物分子尺寸发生改变，r(g)可通过分子模拟计算得到，即可表征聚合物的抗盐性能。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术的不足，提供了一种从分子结构角度构建树枝状聚合物分子结构和耐盐性能定量构效关系的方法，以便于更好的从分子结构角度对树枝状聚合物耐盐性能进行模拟研究，进而能够快速有效评价钻井液树枝状聚合物的耐盐性能，为深部超高温地层环境下钻井液性能提供技术保障。
7.为此，本发明第一方面提供了一种构建树枝状聚合物分子结构和耐盐性能定量构效关系的方法。该方法通过对常用的水溶性树枝状聚合物进行qsar分析，提供了一种基于分子模拟的树枝状聚合物分子结构和耐盐性能的定量构效关系，快速有效评价钻井液树枝状聚合物抗盐性能的方法。
8.在本发明的一些具体实施方式中，所述构建树枝状聚合物分子结构和耐盐性能定量构效关系的方法包括如下步骤：
9.s1，分别绘制水分子、无机盐分子、树枝状聚合物中作为核的化合物以及树枝状聚合物中与核进行反应的具有双官能团化合物的分子结构模型，并进行结构优化；
10.s2，通过优化后的步骤s1绘制的树枝状聚合物中作为核的化合物的分子结构模型以及树枝状聚合物中与核进行反应的具有双官能团化合物的分子结构模型，构建树枝状聚合物的分子结构模型，并进行结构优化；
11.s3，建立包含一定数量水分子、无机盐分子和树枝状聚合物分子的最小能量构象结构的聚合物盐水溶液体系模型的盒子，并设定所述盒子的密度和温度；
12.s4，对所述聚合物盐水溶液体系模型的盒子进行分子动力学计算，将计算结果中的盒子密度的值与步骤s3中设定的盒子密度的值进行对比；当偏差小于偏差范围时，在正则系综下进行100～1000ps分子动力学计算；
13.s5，对步骤s4计算获得的分子动力学平衡状态的一系列数据进行分析，得到rg概率分布图，对rg概率分布图进行统计平均计算得到rg数值；
14.s6，根据计算得到的一系列树枝状聚合物的rg数值，利用统计学算法得到树枝状聚会物分子结构和耐盐性能的定量构效关系。
15.本发明中，通过重复步骤s1-s5，进而计算得到一系列树枝状聚合物的rg数值。
16.在本发明的一些实施方式中，步骤s1中，通过materials studio软件的绘图工具分别绘制水分子、无机盐分子、树枝状聚合物中作为核的化合物以及树枝状聚合物中与核进行反应的具有双官能团化合物的分子结构模型。
17.本发明中，利用materials studio软件的绘图工具中的visualizer可视化界面绘制相关的分子结构模型。
18.在本发明的一些实施方式中，所述树枝状聚合物中作为核的化合物选自双三羟甲基丙烷、季戊四醇和三羟甲基丙烷中的任意一种。
19.在本发明的另一些实施方式中，所述树枝状聚合物中与核进行反应的具有双官能团化合物选自2,2-二羟甲基丙酸、三羟甲基丙烷-n,n-二羟乙基-3-胺基-2-丙酸酯、马来酸酐和甘油的低聚物、马来酸酐和二乙醇胺的低聚物中的任意一种。
20.在本发明的一些实施方式中，步骤s1和s2中，通过forcite模块进行结构优化。通
过结构优化，可以得到相关模型的最小能量构象结构。
21.在本发明的另一些实施方式中，步骤s2中，通过build工具构建树枝状聚合物的分子模型。
22.在本发明的一些实施方式中，步骤s3中，通过amorphous cell模块建立所述聚合物盐水溶液模型盒子。
23.在本发明的另一些实施方式中，步骤s3中，所述盒子的密度设定为0.7～1.1g/cm3，温度设定为298～493k。
24.在本发明的一些实施方式中，步骤s4中，通过forcite模块的动力学计算功能进行所述分子动力学计算。
25.在本发明的一些实施方式中，步骤s5中，通过forcite模块的分析功能对步骤s4中获得的数据进行分析。
26.在本发明的一些实施方式中，步骤s4中，对所述聚合物盐水溶液体系模型的盒子进行分子动力学计算的具体操作为：使所述聚合物盐水溶液体系模型的盒子先处于正则系综(nvt)下进行退火，再处于等温等压系综(npt)下进行100～1000ps分子动力学计算。
27.在本发明的一些实施方式中，步骤s4中，所述偏差范围为偏差小于7％。
28.在本发明的另一些实施方式中，步骤s4中，当偏差不小于偏差范围时，重新设置包含在所述聚合物盐水溶液体系模型的盒子中的水分子、无机盐分子和树枝状聚合物分子的数量，直至偏差小于偏差范围为止。
29.在本发明的一些实施方式中，步骤s6中，所述统计学算法为遗传函数近似算法。
30.在本发明的一些具体实施方式中，所述方法具体包括以下步骤：
31.(1)建立单组份分子结构模型
32.在materials studio软件的visualizer可视化界面中分别绘制水分子结构模型、无机盐分子结构模型、树枝状聚合物中作为核的化合物的分子结构模型、树枝状聚合物中与核进行反应的具有双官能团化合物的分子结构模型，然后通过forcite模块对上述分子结构模型进行结构优化，得到最小能量构象结构；之后利用build工具，将步骤s1绘制的树枝状聚合物中作为核的化合物的分子结构模型以及树枝状聚合物中与核进行反应的具有双官能团化合物的分子结构模型，构建成树枝状聚合物的分子结构模型，并进行结构优化。通过该步骤可以获得水分子的最小能量构象结构、无机盐分子的最小能量构象结构以及树枝状聚合物的最小能量构象结构。
33.(2)建立聚合物盐水溶液体系模型的盒子
34.采用amorphous cell模块建立包含一定数量水分子、无机盐分子、树枝状聚合物分子的最小能量构象结构的聚合物盐水溶液体系模型的盒子，并设定所述盒子的密度为0.7～1.1g/cm3，温度为298～493k。
35.(3)分子动力学计算平衡态
36.运用forcite模块的动力学计算功能对所述聚合物盐水溶液体系模型的盒子进行分子动力学计算，先使盒子处于正则系综(nvt)下进行退火，再处于等温等压系综(npt)下进行100～1000ps分子动力学计算，将计算结果中盒子密度的值与步骤(2)中设定的盒子密度的值进行对比，若偏差小于7％则使盒子处于正则系综(nvt)下进行100-1000ps动力学计算；若偏差不小于7％则重新设置包含在所述聚合物盐水溶液体系模型的盒子中的水分子、
无机盐分子和树枝状聚合物分子的数量，直至偏差小于7％为止。
37.(4)计算rg
38.通过forcite模块的分析功能，对nvt计算后分子动力学平衡状态的一系列数据进行分析，得到rg概率分布图，对rg概率分布图进行统计平均计算得到rg数值。
39.(5)构建定量构效关系
40.重复步骤(1)-(4)计算得到一系列树枝状聚合物盐水溶液中回转半径rg；然后根据计算得到的一系列树枝状聚合物盐水溶液中回转半径rg，利用统计学算法得到树枝状聚会物分子结构和耐盐性能之间的定量构效关系。
41.本发明所述方法利用分子力学与动力学计算相结合的方法得到树枝状聚合物分子微观形态与尺寸，再通过qsar分析总结出树枝状聚合物分子结构和耐盐性能之间的定量构效关系，进而通过树枝状聚合物的分子结构得到其耐盐性能。
42.本发明第二提供了一种如本发明第一方面所述的构建树枝状聚合物分子结构和耐盐性能定量构效关系的方法在评价钻井液中树枝状聚合物抗盐性能中的应用。
43.本发明的有益效果为：本发明所述方法利用分子模拟软件通过对常用的水溶性树枝状聚合物进行qsar分析，构建了树枝状聚合物分子结构和耐盐性能之间的定量构效关系。利用所构建的定量构效关系无需对新树枝状聚合物进行耗时间的分子动力学模拟，就可以根据其分析结构得到新树枝状聚合物的耐盐性能，为深部超高温地层环境下钻井液性能提供技术保障。
附图说明
44.下面将结合附图对本发明作进一步说明。
45.图1为树枝状聚合物hbp(dtmp-dmpa)优化后的分子结构模型。
46.图2为分子动力学平衡后盐水溶液体系中的树枝状聚合物hbp(dtmp-dmpa)的结构模型。
47.图3为树枝状聚合物hbp(dtmp-dmpa)回转半径rg概率分布图。
48.图4为qsar描述符收敛曲线。
具体实施方式
49.为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来进一步详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。本发明中所使用的原料或组分若无特殊说明均可以通过商业途径或常规方法制得。
50.实施例1
51.评价树枝状聚(双三羟甲基丙烷-2,2-二羟甲基丙酸)(hbp(dtmp-dmpa))10％nacl离子浓度下抗盐性能。
52.(1)建立单组份分子结构模型
53.通过materials studio软件绘图工具，分别绘制水分子、nacl分子、作为核的化合物双三羟甲基丙烷(dtmp)、与核进行反应的具有双官能团化合物2,2-二羟甲基丙酸(dmpa)的分子结构模型，通过forcite模块进行结构优化，采用compassii力场。通过biuld工具构建dtmp与dmpa的一代树枝状聚合物分子结构模型，通过forcite进行结构优化，树枝状聚合
物hbp(dtmp-dmpa)优化后的分子结构模型，如图1所示。
54.(2)建立聚合物盐水溶液体系模型
55.通过amorphous cell模块建立聚合物溶液体系模型的盒子，具体为：选择hbp(dtmp-dmpa)，设置分子个数为1；选择nacl分子，设置分子个数为27；选择水分子，设置分子个数为800；力场选择compassii。得到边长为的聚合物盐水溶液体系模型的盒子。设置盒子的密度为1.0g/cm3，温度为453k。
56.(3)分子动力学计算平衡态
57.运用forcite模块的动力学计算功能对所述聚合物盐水溶液体系模型的盒子进行分子动力学计算，具体为：在forcite模块中选择退火功能，进行300k到500k的5次循环，得到一系列结构，选择能量最小结构，通过该模块中的动力学功能进行分子动力学计算。首先选择npt系综、453k条件，进行100ps、100000步数的分子动力学计算，控温方式选择nose，控压方式选择berendsen，计算结果中实际盒子密度的值为1.021g/cm3，小于偏差范围，进行下一步nvt系综分子动力学计算，参数选择同上，得到分子动力学平衡后盐水溶液体系中的树枝状聚合物的结构模型，如图2所示。
58.(4)计算rg
59.通过forcite模块的分析功能，对nvt计算后分子动力学平衡状态的一系列数据进行分析，得到rg概率分布图，如图3所示，对rg概率分布图进行统计平均计算得到rg数值。
60.实施例2
61.评价树枝状聚(三羟甲基丙烷-2,2-二羟甲基丙酸)(hbp(tmp-dmpa))10％nacl离子浓度下抗盐性能。
62.(1)建立单组份分子结构模型
63.通过materials studio软件绘图工具，分别绘制水分子、nacl分子、作为核的化合物三羟甲基丙烷(tmp)、与核进行反应的具有双官能团化合物2,2-二羟甲基丙酸(dmpa)的分子结构模型，通过forcite模块进行结构优化，采用compassii力场。通过biuld工具构建tmp与dmpa的一代树枝状聚合物分子结构模型，通过forcite进行结构优化，树枝状聚合物hbp(tmp-dmpa)优化后的分子结构模型。
64.(2)建立聚合物盐水溶液体系模型
65.通过amorphous cell模块建立聚合物溶液体系模型的盒子，具体为：选择hbp(tmp-dmpa)，设置分子个数为1；选择nacl分子，设置分子个数为27；选择水分子，设置分子个数为800；力场选择compassii。得到边长为的聚合物盐水溶液体系模型的盒子。设置盒子的密度为1.0g/cm3，温度为453k。
66.(3)分子动力学计算平衡态
67.运用forcite模块的动力学计算功能对所述聚合物盐水溶液体系模型的盒子进行分子动力学计算，具体为：在forcite模块中选择退火功能，进行300k到500k的5次循环，得到一系列结构，选择能量最小结构，通过该模块中的动力学功能进行分子动力学计算。首先选择npt系综、453k条件，进行100ps、100000步数的分子动力学计算，控温方式选择nose，控压方式选择berendsen，计算结果中实际盒子密度的值为1.014g/cm3，小于偏差范围，进行下一步nvt系综分子动力学计算，参数选择同上，得到分子动力学平衡后盐水溶液体系中的树枝状聚合物的结构模型。
68.(4)计算rg
69.通过forcite模块的分析功能，对nvt计算后分子动力学平衡状态的一系列数据进行分析，得到rg概率分布图，对rg概率分布图进行统计平均计算得到rg数值。
70.实施例3
71.评价树枝状聚(三羟甲基丙烷-马来酸酐/二乙醇胺的低聚物)(hbp(tmp-man/dea))10％nacl离子浓度下抗盐性能。
72.(1)建立单组份分子结构模型
73.通过materials studio软件绘图工具，分别绘制水分子、nacl分子、作为核的化合物三羟甲基丙烷(tmp)、与核进行反应的具有双官能团化合物马来酸酐和二乙醇胺的低聚物(man/dea)的分子结构模型，通过forcite模块进行结构优化，采用compassii力场。通过biuld工具构建tmp与man/dea的一代树枝状聚合物分子结构模型，通过forcite进行结构优化，树枝状聚合物hbp(tmp-man/dea)优化后的分子结构模型。
74.(2)建立聚合物盐水溶液体系模型
75.通过amorphous cell模块建立聚合物溶液体系模型的盒子，具体为：选择hbp(tmp-man/dea)，设置分子个数为1；选择nacl分子，设置分子个数为27；选择水分子，设置分子个数为800；力场选择compassii。得到边长为的聚合物盐水溶液体系模型的盒子。设置盒子的密度为1.0g/cm3，温度为453k。
76.(3)分子动力学计算平衡态
77.运用forcite模块的动力学计算功能对所述聚合物盐水溶液体系模型的盒子进行分子动力学计算，具体为：在forcite模块中选择退火功能，进行300k到500k的5次循环，得到一系列结构，选择能量最小结构，通过该模块中的动力学功能进行分子动力学计算。首先选择npt系综、453k条件，进行100ps、100000步数的分子动力学计算，控温方式选择nose，控压方式选择berendsen，计算结果中实际盒子密度的值为1.024g/cm3，小于偏差范围，进行下一步nvt系综分子动力学计算，参数选择同上，得到分子动力学平衡后盐水溶液体系中的树枝状聚合物的结构模型。
78.(4)计算rg
79.通过forcite模块的分析功能，对nvt计算后分子动力学平衡状态的一系列数据进行分析，得到rg概率分布图，对rg概率分布图进行统计平均计算得到rg数值。
80.实施例4
81.评价树枝状聚(季戊四醇-马来酸酐/甘油的低聚物)(hbp(petp-man/vg))10％nacl离子浓度下抗盐性能。
82.(1)建立单组份分子结构模型
83.通过materials studio软件绘图工具，分别绘制水分子、nacl分子、作为核的化合物季戊四醇(petp)、与核进行反应的具有双官能团化合物马来酸酐和甘油的低聚物(man/vg)的分子结构模型，通过forcite模块进行结构优化，采用compassii力场。通过biuld工具构建petp与man/vg的一代树枝状聚合物分子结构模型，通过forcite进行结构优化，树枝状聚合物hbp(petp-man/vg)优化后的分子结构模型。
84.(2)建立聚合物盐水溶液体系模型
85.通过amorphous cell模块建立聚合物溶液体系模型的盒子，具体为：选择hbp
(petp-man/vg)，设置分子个数为1；选择nacl分子，设置分子个数为27；选择水分子，设置分子个数为800；力场选择compassii。得到边长为的聚合物盐水溶液体系模型的盒子。设置盒子的密度为1.0g/cm3，温度为453k。
86.(3)分子动力学计算平衡态
87.运用forcite模块的动力学计算功能对所述聚合物盐水溶液体系模型的盒子进行分子动力学计算，具体为：在forcite模块中选择退火功能，进行300k到500k的5次循环，得到一系列结构，选择能量最小结构，通过该模块中的动力学功能进行分子动力学计算。首先选择npt系综、453k条件，进行100ps、100000步数的分子动力学计算，控温方式选择nose，控压方式选择berendsen，计算结果中实际盒子密度的值为1.031g/cm3，小于偏差范围，进行下一步nvt系综分子动力学计算，参数选择同上，得到分子动力学平衡后盐水溶液体系中的树枝状聚合物的结构模型。
88.(4)计算rg
89.通过forcite模块的分析功能，对nvt计算后分子动力学平衡状态的一系列数据进行分析，得到rg概率分布图，对rg概率分布图进行统计平均计算得到rg数值。
90.实施例5
91.评价树枝状聚(三羟甲基丙烷-三羟甲基丙烷-n,n-二羟乙基-3-胺基-2-丙酸酯)(hbp(tmp-mmadea))10％nacl离子浓度下抗盐性能。
92.(1)建立单组份分子结构模型
93.通过materials studio软件绘图工具，分别绘制水分子、nacl分子、作为核的化合物三羟甲基丙烷(tmp)、与核进行反应的具有双官能团化合物三羟甲基丙烷-n,n-二羟乙基-3-胺基-2-丙酸酯(mmadea)的分子结构模型，通过forcite模块进行结构优化，采用compassii力场。通过biuld工具构建tmp与mmadea的一代树枝状聚合物分子结构模型，通过forcite进行结构优化，树枝状聚合物hbp(tmp
–
mmadea)优化后的分子结构模型。
94.(2)建立聚合物盐水溶液体系模型
95.通过amorphous cell模块建立聚合物溶液体系模型的盒子，具体为：选择hbp(tmp-mmadea)，设置分子个数为1；选择nacl分子，设置分子个数为27；选择水分子，设置分子个数为800；力场选择compassii。得到边长为的聚合物盐水溶液体系模型的盒子。设置盒子的密度为1.0g/cm3，温度为453k。
96.(3)分子动力学计算平衡态
97.运用forcite模块的动力学计算功能对所述聚合物盐水溶液体系模型的盒子进行分子动力学计算，具体为：在forcite模块中选择退火功能，进行300k到500k的5次循环，得到一系列结构，选择能量最小结构，通过该模块中的动力学功能进行分子动力学计算。首先选择npt系综、453k条件，进行100ps、100000步数的分子动力学计算，控温方式选择nose，控压方式选择berendsen，计算结果中实际盒子密度的值为1.020g/cm3，小于偏差范围，进行下一步nvt系综分子动力学计算，参数选择同上，得到分子动力学平衡后盐水溶液体系中的树枝状聚合物的结构模型。
98.(4)计算rg
99.通过forcite模块的分析功能，对nvt计算后分子动力学平衡状态的一系列数据进行分析，得到rg概率分布图，对rg概率分布图进行统计平均计算得到rg数值。
100.实施例6
101.对上述实施例1-5得到的树枝状聚合物封堵降滤失剂的回转半径rg做qsar分析，在进行qsar计算前首先要选择分子描述符，本次计算采用的分子描述符有191个，经qsar输入分子描述符计算，然后进行数据统计分析，采用的方法是遗传函数近似算法，得到的树枝状聚合物的遗传函数近似方程如下：
102.y＝-0.020471446*x15-0.265038762*x31+0.232064928*x34+0.339317966*x62+0.866203243*x65+20.059413103*x173+3.457911776；其中，x15:极性(vamp描述符)yz quadrupole yz(vamp electrostatics)
103.x31:平均极化率(vamp描述符)mean polarizability(vamp electrostatics)
104.x34:氢键受体(快速描述符)hydrogen bond acceptor(fast descriptors)
105.x62:chi(0)(快速描述符)chi(0)(valence modified)(fast descriptors)
106.x65:chi(3)(快速描述符)chi(3):path(valence modified)(fast descriptors)
107.x173:分数原子电荷加权负表面积(jurs描述符)fnsa3(jurs descriptors)
108.对比遗传函数方程中自变量描述符数据与软件给出的拟合方程可以看出描述符电子状态总和：正电荷在分子结构中起主要作用，由于在指标参数中其经分析可以看出，正电荷可提高树枝状聚合物的吸附性能指标参数。
109.使用分子模拟软件模拟树枝状聚合物的分子结构与其吸附性能指标参数之间的关系，在同一结构的基础上，应用遗传函数近似算法得到遗传函数近似方程，建立定量构效关系，获得了遗传函数近似方程曲线，如图4所示，其计算曲线收敛，验证参数r2、r2-cv均在0.999以上，模拟的准确性达到了99％，qsar有效性验证参数，说明获得的方程是准确有效的。
110.应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

技术特征：
1.一种构建树枝状聚合物分子结构和耐盐性能定量构效关系的方法，其包括如下步骤：s1，分别绘制水分子、无机盐分子、树枝状聚合物中作为核的化合物以及树枝状聚合物中与核进行反应的具有双官能团化合物的分子结构模型，并进行结构优化；s2，通过优化后的步骤s1绘制的树枝状聚合物中作为核的化合物的分子结构模型以及树枝状聚合物中与核进行反应的具有双官能团化合物的分子结构模型，构建树枝状聚合物的分子结构模型，并进行结构优化；s3，建立包含一定数量水分子、无机盐分子和树枝状聚合物分子的最小能量构象结构的聚合物盐水溶液体系模型的盒子，并设定所述盒子的密度和温度；s4，对所述聚合物盐水溶液体系模型的盒子进行分子动力学计算，将计算结果中的盒子密度的值与步骤s3中设定的盒子密度的值进行对比；当偏差小于偏差范围时，在正则系综下进行100～1000ps分子动力学计算；s5，对步骤s4计算获得的分子动力学平衡状态的一系列数据进行分析，得到rg概率分布图，对rg概率分布图进行统计平均计算得到rg数值；s6，根据计算得到的一系列树枝状聚合物的rg数值，利用统计学算法得到树枝状聚会物分子结构和耐盐性能的定量构效关系。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1中，通过materials studio软件的绘图工具分别绘制水分子、无机盐分子、树枝状聚合物中作为核的化合物以及树枝状聚合物中与核进行反应的具有双官能团化合物的分子结构模型；优选地，所述树枝状聚合物中作为核的化合物选自双三羟甲基丙烷、季戊四醇和三羟甲基丙烷中的任意一种；和/或所述树枝状聚合物中与核进行反应的具有双官能团化合物选自2,2-二羟甲基丙酸、三羟甲基丙烷-n,n-二羟乙基-3-胺基-2-丙酸酯、马来酸酐和甘油的低聚物、马来酸酐和二乙醇胺的低聚物中的任意一种。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤s1和s2中，通过forcite模块进行结构优化；和/或步骤s2中，通过build工具构建树枝状聚合物的分子模型。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤s3中，通过amorphous cell模块建立所述聚合物盐水溶液体系模型的盒子；和/或所述盒子的密度设定为0.7～1.1g/cm3，温度设定为298～493k。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤s4中，通过forcite模块的动力学计算功能进行所述分子动力学计算；和/或步骤s5中，通过forcite模块的分析功能对步骤s4中获得的数据进行分析。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤s4中，对所述聚合物盐水溶液体系模型的盒子进行分子动力学计算的具体操作为：使所述聚合物盐水溶液体系模型的盒子先处于正则系综下进行退火，再处于等温等压系综下进行100～1000ps的分子动力学计算。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤s4中，所述偏差范围为偏差小于7％。8.根据权利于要求1-7中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤s4中，当偏差不小于
偏差范围时，重新设置包含在所述聚合物盐水溶液体系模型的盒子中的水分子、无机盐分子和树枝状聚合物分子的数量，直至偏差小于偏差范围为止。9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤s6中，所述统计学算法为遗传函数近似算法。10.一种如权利要求1-9中任意一项所述的构建树枝状聚合物分子结构和耐盐性能定量构效关系的方法在评价钻井液中树枝状聚合物抗盐性能中的应用。

技术总结
本发明涉及一种构建树枝状聚合物分子结构和耐盐性能定量构效关系的方法、应用。通过构建的定量构效关系，根据树枝状聚合物的分子结构就可以得到油田化学聚合物的抗盐性能，无需通过传统实验，也无需通过繁琐的分子模拟动力学计算。同时利用构建的定量构效关系，可以快速筛选耐盐性能好的树枝状聚合物，对钻井液乃至油田化学用抗盐聚合物的快速设计和研发具有很好的借鉴意义。具有很好的借鉴意义。具有很好的借鉴意义。


技术研发人员：李舟军 杨小华 杨帆 张宏玉 王琳 林永学 金军斌 胡子乔 宣扬 王海波
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院
技术研发日：2022.01.10
技术公布日：2023/7/21