[發明專利]模擬、預測頁巖吸附天然氣蘭氏體積和蘭氏壓力的方法

有效

• 申請號: 201610143140.3
• 申請日: 2016-03-14
• 公開（公告）號: CN105787601B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 王民;李吉君;馬妍;黃開展;盧雙舫;陰建新;張亞念
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 鞏同海

1.一種模擬、預測頁巖吸附天然氣蘭氏體積和蘭氏壓力的方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一：采用蘭格繆爾模型對等溫吸附實驗進行擬合；

步驟二：在進行蘭氏體積和蘭氏壓力建模前，通過統計分析確定蘭氏體積和蘭氏壓力的影響因素，其中，蘭氏體積的影響因素包括溫度和頁巖的總有機碳(TOC)、殘留烴(S1)以及粘土礦物含量；蘭氏壓力的影響因素包括溫度和頁巖的殘留烴(S1)、碳酸鹽、伊利石以及長石含量；

步驟三：確定了蘭氏體積和蘭氏壓力的各影響因素后，通過各因素加權的方式進行建模，建立它們的綜合預測模型，如式(1)和式(2)所示:

其中，

a，b，c……h分別為各影響因素的權重；

a_n，b_n，c_n……h_n(n＝1 to 4)分別為各影響因素擬合的多項式系數和常數；

Tem_i，TOC_i，S1_i，Clay_i，Ill_i，Fsp_i，Cb_i為第i個等溫吸附實驗的溫度及樣品的總有機碳(TOC)、殘留烴(S1)、粘土礦物、伊利石、長石和碳酸鹽礦物的含量；

V_Li-cal，P_Li-cal為所計算第i個等溫吸附實驗的蘭氏體積和蘭氏壓力；

模型的標定過程是不斷調整a，b，c……h及a_n，b_n，c_n……hn(n＝1 to 4)，使計算的V_Li-cal，P_Li-cal與實驗值最為接近；

建立它們的綜合預測模型,包括兩小步：

(1)構建目標函數，如式(3)、式(4)所示：

這里的m為吸附實驗個數；這樣，a，b，c……i及a_n，b_n，c_n……j_n(n＝1 to 4)的確定就變為求目標函數(3)、(4)極小點問題；

(2)構建懲罰函數，滿足以下條件：

①a，b，c，d均大于零且和為1；

②e，f，g，h均大于零且和為1；

③各影響因素對蘭氏體積和蘭氏壓力擬合的多項式均大于零；

步驟四：模型模擬及預測結果分析。

2.根據權利要求1所述的模擬、預測頁巖吸附天然氣蘭氏體積和蘭氏壓力的方法，其特征在于：對于約束條件①和②,構建懲罰函數如式(5)和式(6)所示，其中，ε為一正小數，代表各反應分數之和為1的精度；

對于懲罰函數③，分別構建懲罰函數如式(7)-式(14)所示：

式(5)-式(14)中min函數值分別為兩個變量中的較小值，nTem、nTOC、nS1……nCb為約束條件③所涉及的各因素的檢測點個數。

3.根據權利要求2所述的模擬、預測頁巖吸附天然氣蘭氏體積和蘭氏壓力的方法，其特征在于：取一個充分大的正整數R，由式(3)-式(14)式可構造出懲罰函數：

如果所求出的極小點超出約束條件，則逐漸增大R，當R充分大時，(15)式和(16)式的極小解即為目標函數(3)式和(4)式的極小解，這樣就將有約束極值問題化為相對容易求解的無約束極值問題；

其中，a、b、c、d和e、f、g、h的初值分別為各因素與蘭氏體積和蘭氏壓力的相關系數(R2)的歸一化值，a_n、b_n、c_n、d_n(n＝1 to 4)和e_n、f_n、g_n、hn(n＝1 to 4)分別為各因素擬合蘭氏體積和蘭氏壓力的多項式的系數和常數。

4.根據權利要求1所述的模擬、預測頁巖吸附天然氣蘭氏體積和蘭氏壓力的方法，其特征在于：步驟四中的預測結果分析利用非建模數據進行預測精度的驗證。