本發(fā)明涉及稠油油藏開(kāi)發(fā)，尤其涉及一種用于預(yù)測(cè)稠油熱采超臨界多元熱流體組成和產(chǎn)率的方法。

背景技術(shù)：

1、注熱流體開(kāi)采是稠油的一種重要的開(kāi)發(fā)方式，占稠油開(kāi)發(fā)總量的70％以上。傳統(tǒng)的稠油注熱開(kāi)采熱載體為蒸汽，而近十多年來(lái)，蒸汽混合非凝析氣的復(fù)合熱載體由于其優(yōu)異的驅(qū)油性能被廣泛地研究和應(yīng)用。

2、超臨界多元熱流體是近年提出的一種新型復(fù)合熱載體，其由超臨界水、超臨界二氧化碳和超臨界氮?dú)饨M成，研究表明其驅(qū)油效率相較傳統(tǒng)蒸汽熱載體或常規(guī)復(fù)合熱載體可提升10％～20％。同時(shí)，油井產(chǎn)出的原油、含油污水、含油污泥等均可作為生成超臨界多元熱流體的原料，大大節(jié)省了原料成本和廢物處理成本。在注超臨界多元熱流體熱采稠油的過(guò)程中，會(huì)向地層注入大量二氧化碳，并留存一部分在儲(chǔ)層中，協(xié)同實(shí)現(xiàn)了碳的地質(zhì)封存，由于其在提采增效、控制成本和綠色開(kāi)發(fā)方面的優(yōu)勢(shì)，注超臨界多元熱流體開(kāi)發(fā)被廣泛視為一種極具潛力的稠油開(kāi)發(fā)技術(shù)。

3、超臨界多元熱流體的反應(yīng)條件(溫度、壓力和反應(yīng)物中有機(jī)物的濃度)會(huì)影響超臨界多元熱流體的組成和生成產(chǎn)率，熱流體的組成影響著熱流體物性，熱流體生成產(chǎn)率影響著熱流體生成端(超臨界多元熱流體發(fā)生器)向儲(chǔ)層的注入能力，而流體物性和注入能力都極大程度地影響著稠油的熱采開(kāi)發(fā)效果。因此，熱流體組成和生產(chǎn)產(chǎn)率是稠油注超臨界多元熱流體熱采開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)和工程參數(shù)優(yōu)化的重點(diǎn)。然而，由于目前缺乏根據(jù)反應(yīng)條件有效分析和預(yù)測(cè)超臨界多元熱流體組成和生成產(chǎn)率的手段，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)和工程參數(shù)優(yōu)化無(wú)法有效地開(kāi)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于預(yù)測(cè)稠油熱采超臨界多元熱流體組成和產(chǎn)率的方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中缺乏根據(jù)反應(yīng)條件有效分析和預(yù)測(cè)超臨界多元熱流體組成和生成產(chǎn)率的手段，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)和工程參數(shù)優(yōu)化無(wú)法有效地開(kāi)展的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于預(yù)測(cè)稠油熱采超臨界多元熱流體組成和產(chǎn)率的方法，所述用于預(yù)測(cè)稠油熱采超臨界多元熱流體組成和產(chǎn)率的方法包括如下步驟：

3、s1：建立多個(gè)不同有機(jī)物濃度的反應(yīng)分子體系；

4、s2：設(shè)置反應(yīng)力場(chǎng)及邊界條件，確定系綜并對(duì)反應(yīng)分子體系進(jìn)行弛豫，使反應(yīng)分子體系內(nèi)部能量最小化，反應(yīng)分子體系達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，并對(duì)模擬平臺(tái)進(jìn)行設(shè)置；

5、s3：設(shè)置一系列不同的溫度和壓力，利用模擬平臺(tái)對(duì)不同有機(jī)物濃度的反應(yīng)分子體系進(jìn)行模擬反應(yīng)，并記錄不同溫度和不同壓力下，不同有機(jī)物濃度的反應(yīng)分子體系的產(chǎn)物分子數(shù)和完全反應(yīng)時(shí)間；

6、s4：根據(jù)記錄的產(chǎn)物分子數(shù)和完全反應(yīng)時(shí)間，計(jì)算產(chǎn)物組成和產(chǎn)物生成速率；

7、s5：對(duì)有機(jī)物濃度、溫度和壓力以及產(chǎn)物組成和產(chǎn)物生成速率進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理；

8、s6：將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)分為訓(xùn)練組和驗(yàn)證組，基于訓(xùn)練組數(shù)據(jù)，采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立通過(guò)有機(jī)物濃度、溫度和壓力預(yù)測(cè)產(chǎn)物組成和產(chǎn)物生成速率的模型，并基于驗(yàn)證組數(shù)據(jù)對(duì)模型的準(zhǔn)確性和可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。

9、其中，在步驟s1中，所述反應(yīng)分子體系是基于materials?studio分子構(gòu)建/優(yōu)化及模擬平臺(tái)建立的，所述反應(yīng)分子體系中包括有機(jī)物分子和水分子。

10、其中，在步驟s2中，設(shè)置的所述反應(yīng)力場(chǎng)為包含c/h/o原子的reaxff反應(yīng)力場(chǎng)，設(shè)置的所述系綜為npt恒溫恒壓系綜。

11、其中，在步驟s2中，所述模擬平臺(tái)是基于lammps大規(guī)模原子/分子并行模擬運(yùn)算平臺(tái)，所述模擬平臺(tái)的設(shè)置內(nèi)容包括qeq法平衡電荷；共軛梯度法最小化體系能量；設(shè)定溫度下按照maxwell-boltzmann分布隨機(jī)生成原子初始速度；基于npt系綜，采用nose-hoover法控制系統(tǒng)溫度和壓力，在特定溫壓下弛豫系統(tǒng)，使系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)；取消系綜設(shè)置并重置時(shí)間步；npt系綜下模擬超臨界多元熱流體發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)溫壓為模擬設(shè)置溫壓，溫-壓阻尼系數(shù)分別為時(shí)間步的100倍和1000倍，且在模擬過(guò)程中保持不變；每達(dá)到設(shè)定的時(shí)間步時(shí)，輸出系統(tǒng)參數(shù)并保存產(chǎn)物信息。

12、其中，在步驟s3中，設(shè)置的溫度和壓力參考礦場(chǎng)超臨界多元熱流體發(fā)生溫度和環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，所述產(chǎn)物分子數(shù)可以通過(guò)lammps軟件內(nèi)自帶產(chǎn)物統(tǒng)計(jì)關(guān)鍵字進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，所述完全反應(yīng)時(shí)間是指反應(yīng)前設(shè)置的有機(jī)物反應(yīng)原料通過(guò)化學(xué)反應(yīng)完全轉(zhuǎn)化為二氧化碳的時(shí)間，模擬過(guò)程中表現(xiàn)出的特征為產(chǎn)物二氧化碳的分子數(shù)量由上升趨勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定在某一特定數(shù)值，趨勢(shì)轉(zhuǎn)變拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)即為完全反應(yīng)時(shí)間。

13、其中，在步驟s4中，所述產(chǎn)物組成的計(jì)算方法為將產(chǎn)出的超臨界水、超臨界二氧化碳和超臨界氮?dú)?，基于阿伏伽德羅常數(shù)，根據(jù)前述統(tǒng)計(jì)的體系內(nèi)各組分的分子數(shù)，計(jì)算各組分的物質(zhì)的量，根據(jù)各組分的摩爾質(zhì)量，計(jì)算各組分的質(zhì)量，根據(jù)各組分的質(zhì)量，計(jì)算各組分在體系中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；所述產(chǎn)物生成速率的計(jì)算方法為用反應(yīng)生成的二氧化碳總質(zhì)量除以完全反應(yīng)時(shí)間，即反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)的超臨界二氧化碳生成速率。

14、其中，在步驟s5中，對(duì)數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法包括max-min方法和小數(shù)點(diǎn)移位2種數(shù)據(jù)規(guī)范化方法。

15、其中，在步驟s6中，所采用的機(jī)器學(xué)習(xí)算法包括隨機(jī)森林算法和粒子群優(yōu)化算法，評(píng)價(jià)模型準(zhǔn)確性和可靠性的指標(biāo)包括均方誤差mse、平均絕對(duì)誤差mae和決定系數(shù)r2。

16、本發(fā)明的一種用于預(yù)測(cè)稠油熱采超臨界多元熱流體組成和產(chǎn)率的方法，利用模擬平臺(tái)對(duì)不同有機(jī)物濃度的反應(yīng)分子體系進(jìn)行模擬反應(yīng)的方式，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果近似，表明采用分子模擬研究超臨界多元熱流體的組成和產(chǎn)率是準(zhǔn)確和可靠的，并且分子模擬方法具有非常低的經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本，通過(guò)分子模擬反應(yīng)的方式獲取大量不同反應(yīng)條件因素下的超臨界多元熱流體組成和產(chǎn)率，并通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)建?？梢越⒔M成和產(chǎn)率與多反應(yīng)條件因素之間的非線性關(guān)系，便于研究超臨界多元熱流體組成和產(chǎn)率與眾多實(shí)驗(yàn)條件因素之間的關(guān)系，并建立預(yù)測(cè)模型，同時(shí)由于分子模擬和機(jī)器學(xué)習(xí)模型具有較強(qiáng)的可塑性，可以根據(jù)研究的進(jìn)程和需求添加更多的因素從而進(jìn)一步提升預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性和廣泛適用性。

技術(shù)特征：

1.一種用于預(yù)測(cè)稠油熱采超臨界多元熱流體組成和產(chǎn)率的方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的用于預(yù)測(cè)稠油熱采超臨界多元熱流體組成和產(chǎn)率的方法，其特征在于，

3.如權(quán)利要求2所述的用于預(yù)測(cè)稠油熱采超臨界多元熱流體組成和產(chǎn)率的方法，其特征在于，

4.如權(quán)利要求3所述的用于預(yù)測(cè)稠油熱采超臨界多元熱流體組成和產(chǎn)率的方法，其特征在于，

5.如權(quán)利要求4所述的用于預(yù)測(cè)稠油熱采超臨界多元熱流體組成和產(chǎn)率的方法，其特征在于，

6.如權(quán)利要求5所述的用于預(yù)測(cè)稠油熱采超臨界多元熱流體組成和產(chǎn)率的方法，其特征在于，

7.如權(quán)利要求6所述的用于預(yù)測(cè)稠油熱采超臨界多元熱流體組成和產(chǎn)率的方法，其特征在于，

8.如權(quán)利要求7所述的用于預(yù)測(cè)稠油熱采超臨界多元熱流體組成和產(chǎn)率的方法，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及稠油開(kāi)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于預(yù)測(cè)稠油熱采超臨界多元熱流體組成和產(chǎn)率的方法，利用分子模擬平臺(tái)對(duì)不同有機(jī)物濃度的反應(yīng)分子體系進(jìn)行模擬反應(yīng)，以低于物理實(shí)驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本得到與物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近的模擬結(jié)果，獲取不同反應(yīng)條件下的超臨界多元熱流體組成和產(chǎn)率數(shù)據(jù)，并通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)建模方法建立組成和產(chǎn)率與諸多反應(yīng)條件因素之間的關(guān)系模型，便于研究各反應(yīng)條件因素對(duì)超臨界多元熱流體組成和產(chǎn)率的影響，同時(shí)能夠達(dá)到根據(jù)反應(yīng)條件因素水平預(yù)測(cè)超臨界多元熱流體組成和產(chǎn)率的目的，另外，分子模擬結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)的方法具有較強(qiáng)可塑性，可以根據(jù)研究進(jìn)程和需求添加更多因素從而進(jìn)一步提升預(yù)測(cè)模型準(zhǔn)確性和適用性。

技術(shù)研發(fā)人員：楊棽垚,戚志林,張衛(wèi),嚴(yán)文德,董明達(dá),田杰,胡世萊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6