Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Xác định cân bằng địa hóa sử dụng mạng nơron nhân tạo trong mô phỏng dòng chảy trong bể chứa thành phần
Tóm tắt
Việc tiêm chất lỏng vào các cấu trúc trầm tích có thể tạo ra các tương tác địa hóa giữa các chất lỏng và khoáng chất trong đá, ví dụ như lưu trữ CO2 trong một bể chứa đã cạn kiệt hoặc một tầng nước mặn. Để mô phỏng các quá trình chuyển giao phản ứng như vậy, các phương trình địa hóa (phương trình cân bằng và động học) được kết hợp với các dòng chảy thành phần trong môi trường rỗng nhằm đại diện cho các hiện tượng như kết tủa/hòa tan. Mục tiêu của phương pháp tách rời đề xuất là thay thế bộ giải cân bằng địa hóa bằng một phương pháp thay thế để tránh thời gian tiêu tốn lớn cần thiết để cân bằng hệ thống địa hóa trong khi vẫn giữ được tính toán cân bằng chính xác. Bài báo này tập trung vào việc sử dụng mạng nơron nhân tạo (ANN) để xác định cân bằng địa hóa thay vì giải quyết hệ phương trình địa hóa. Để minh họa quy trình đề xuất, một nghiên cứu trường hợp 3D về lưu trữ CO2 trong cấu trúc địa chất được trình bày.
Từ khóa
#cân bằng địa hóa #mạng nơron nhân tạo #mô phỏng dòng chảy trong bể chứa #tiêm chất lỏng #tương tác địa hóaTài liệu tham khảo
Aziz, K., Settari, A.: Petroleum Reservoir Simulation. Applied Science Publishers, London (1979)
Bethke, C.: Geochemical Reaction Modeling: Concepts and Applications. Oxford University Press, New York (1996)
Bishop, C.M.: Neural Networks for Pattern Recognition. Oxford University Press, Oxford (1995)
Bruyelle, J., Guérillot, D.: Neural networks and their derivatives for history matching and reservoir optimization problems. Comput. Geosci. 18(3-4), 549–561 (2014)
Carman, P.C.: Fluid flow through granular beds. Trans. Institut. Chem. Eng. London 15, 150–166 (1937)
Christie, M.A., Blunt, M.J.: Tenth SPE comparative solution project: A comparison of upscaling techniques. Society of petroleum engineers, SPE 66599 (2001)
Costa, L.A.N., Maschio, C., Schiozer, D.J.: Study of the influence of training data set in artificial neural network applied to the history matching process. In: Rio Oil & Gas Expo and Conference (2010)
Courant, R., Friedrichs, K., Lewy, H.: ÜBer die partiellen Differenzengleichungen der mathematischen Physik. Math. Ann. 100(1), 32–74 (1928)
Cybenko, G.: Continuous Valued Neural Networks with Two Hidden Layers are Sufficient. Technical Report, Department of Computer Science Tufts University (1988)
Cybenko, G.: Approximation by superpositions of sigmoidal functions. Mathematics of Control, Signals, and Systems (1989)
Guérillot, D.: Procédé et système de modélisation dynamique d’un écoulement de fluide polyphasique, French Patent EP 2791712 A1 (WO2013087846a1) (2011)
Guérillot, D.: Method and system for dynamically modeling a multiphase fluid flow - US Patent App. 14/365,053 (2014)
Guérillot, D.R., Bruyelle, J.: Uncertainty assessment in production forecast with an optimal artificial neural network. Society of Petroleum Engineers. https://doi.org/10.2118/183921-MS (2017)
Hagan, M.T., Demuth, H.B., Beale, M.H., De Jesús, O.: Neural Network Design, vol. 20. Pws Pub, Boston (1996)
Hammond, G.E., Lichtner, P.C., Lu, C., Mills, R.T.: PFLOTRAN: Reactive flow & transport code for use on laptops to leadership-class supercomputers. Groundwater Reactive Transport Models, 141–159 (2012)
Hornik, K., Stinchcombe, M., White, H.: Multilayer feedforward networks are universal approximators. Neural Netw. 2, 359–366 (1989)
Hornik, K., Stinchcombe, M., White, H.: Universal approximation of an unknown mapping and its derivatives using multilayer feedforward networks. Neural Netw. 3, 551–560 (1990)
Hornik, K.: Approximation capabilities of multilayer feedforward networks. Neural Netw. 4, 251–257 (1991)
Jatnieks, J., De Lucia, M., Dransch, D., Sips, M.: Data-driven surrogate model approach for improving the performance of reactive transport simulations. Energy Procedia 97, 447–453 (2016)
Leal, A.M., Kulik, D.A., Saar, M.O.: Ultra-fast reactive transport simulations when chemical reactions meet machine learning: chemical equilibrium. arXiv:1708.04825 (2017)
Lichtner, P.C.: Continuum model for simultaneous chemical reactions and mass transport in hydrothermal systems. Geochim. Cosmochim. Acta 49(3), 779–800 (1985)
Lichtner, P.C.: Continuum formulation of multicomponent–multiphase reactive transport. Reactive Transport in Porous Media. Rev. Mineral. 34, 1–81 (1996)
Marle, C.M.: On macroscopic equations governing multiphase flow with diffusion and chemical reactions in porous media. Int. J. Eng. Sci. 20(5), 643–662 (1982)
Merkel, B.J., Planer-Friedrich, B., Nordstrom, D.K.: Groundwater geochemistry. A practical guide to modeling of natural and contaminated aquatic systems, 2 (2005)
Nghiem, L., Sammon, P., Grabenstetter, J., Ohkuma, H.: Modeling CO2 storage in aquifers with a fully-coupled geochemical EOS compositional simulator. In: SPE/DOE Symposium on Improved Oil Recovery. Society of Petroleum Engineers (2004)
Peng, D.Y., Robinson, D.B.: A new two-constant equation of state. Ind. Eng. Chem. Fundam. 15(1), 59–64 (1976)
Rumelhart, D.E., Hinton, G.E., Williams, R.J.: Learning Internal Representations by Error Backpropagation, Parallel Distributed Processing: Explorations in the Microstructure of Cognition, pp 318–362. MIT Press, Cambridge (1986)
Schou Pedersen, K., Hasdbjerg, C.: PC-SAFT equation of state applied to petroleum reservoir fluids. In: SPE Annual Technical Conference and Exhibition. Society of Petroleum Engineers (2007)
Soave, G.: Equilibrium constants from a modified Redlich-Kwong equation of state. Chem. Eng. Sci. 27(6), 1197–1203 (1972)
Steefel, C.I., MacQuarrie, K.T.B.: Approaches to modeling reactive transport in porous media. Reactive Transport in Porous Media. Rev. Mineral. 34, 83–125 (1996)
Steefel, C.I., Appelo, C.A.J., Arora, B., Jacques, D., Kalbacher, T., Kolditz, O., Lagneau, V., Lichtner, P.C., Mayer, K.U., Meeussen, J.C.L., Molins, S., Moulton, D., Shao, H., Šimůnek, J., Spycher, N., Yabusaki, S.B., Yeh, G.T.: Reactive transport codes for subsurface environmental simulation. Comput. Geosci. 19, 445–478 (2015)
Steefel, C.I., Molins, S.: Crunchflow, software for modeling multicomponent reactive flow and transport, USER’S MANUAL (2016)
Strang, G.: On the construction and comparison of difference schemes. SIAM J. Numer. Anal. 5(3), 506–517 (1968)
Tebes-Stevens, C., Valocchi, A.J., VanBriesen, J.M., Rittmann, B.E.: Multicomponent transport with coupled geochemical and microbiological reactions: Model description and example simulations. J. Hydrol. 209(1-4), 8–26 (1998)
Xu, T., Spycher, N., Sonnenthal, E., Zhang, G., Zheng, L., Pruess, K.: TOUGHREACT Version 2.0: A Simulator for subsurface reactive transport under non-isothermal multiphase flow conditions. Comput. Geosci. 37(6), 763–774 (2011)
Yeh, G.T., Tripathi, V.S.: A critical evaluation of recent developments in hydrogeochemical transport models of reactive multichemical components. Water Resour. Res. 25(1), 93–108 (1989)
Yeh, G.T., Tripathi, V.S.: A model for simulating transport of reactive multispecies components: Model development and demonstration. Water Resour. Res. 27(12), 3075–3094 (1991)
Yeh, G.T., Sun, J., Jardine, P., Burgos, W.D., Fang, Y., Li, M.-H., Chunli, Siegel, M.D.: HYDROGEOCHEM 5.0: a three-dimensional model of coupled fluid flow, thermal transport, and HYDROGEOCHEMical transport through variably saturated conditions - version 5.0 (2004)