石油钻探技术2024,Vol.52Issue(5) :69-75.DOI:10.11911/syztjs.2024090

基于物理信息神经网络的CO2羽流分布预测方法

Prediction Method of CO2 Plume Distribution Based on Physics-Informed Neural Networks

马先林 刘朕之 湛杰 潘晓甜 李成德
石油钻探技术2024,Vol.52Issue(5) :69-75.DOI:10.11911/syztjs.2024090

基于物理信息神经网络的CO2羽流分布预测方法

Prediction Method of CO2 Plume Distribution Based on Physics-Informed Neural Networks

马先林 1刘朕之 2湛杰 1潘晓甜 2李成德2
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作者信息

  • 1. 西安石油大学石油工程学院,陕西 西安 710065;西部低渗—特低渗油藏开发与治理教育部工程研究中心,陕西 西安 710065
  • 2. 西安石油大学石油工程学院,陕西 西安 710065
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摘要

为了提高CO2 地质封存的有效性和安全性,需要准确预测地层中CO2 羽流的分布和迁移规律.为此,利用自动微分技术,将多相渗流偏微分方程约束嵌入模型的损失函数中,建立了多相渗流力学约束的CO2 羽流分布深度神经网络预测模型,以确保模型预测结果既符合训练数据样本的分布规律,又严格遵守偏微分方程描述的流体渗流物理规律.为了验证模型的有效性,以枯竭油藏封存CO2 的实际案例为研究对象,分别应用多层感知器和长短期记忆深度神经网络构建了 2 个物理信息深度神经网络(PINNs)模型.研究表明,与纯数据驱动模型的预测结果相比,基于PINNs的模型具有更高的预测精度.研究结果不仅为CO2 地质封存项目的设计与实施提供了技术支撑,也为该技术的实际应用提供了理论依据.

Abstract

To enhance the effectivity and safety of CO2 geological storage,accurate prediction of CO2 plume distribution and migration in formations has become essential.Therefore,the partial differential equation(PDE)constraints of multiphase flow were embedded into the loss function of the model by using automatic differential technique,and deep neural network models were developed to predict CO2 plume distributions,with constraints imposed by multiphase flow mechanics,ensuring that the model's prediction results not only conform to the distribution law of training data samples but also strictly abide by the physical law of fluid seepage described by the PDE.To validate the model's effectiveness,two PINN models were constructed using a multi-layer perceptron(MLP)and a long short-term memory(LSTM)network.These were applied in a practical case study on CO2 storage within a depleted oil reservoir.The results show that compared with pure data-driven models,the PINNs-based models demonstrate superior prediction accuracy.The findings of this research provide technical support for the design and implementation of CO2 geological storage projects while offering a theoretical foundation for the practical application of this technology.

关键词

深度神经网络/物理信息神经网络/CO2地质封存/CO2羽流分布

Key words

deep neural networks/physics-informed neural networks/CO2 geological storage/CO2 plume distribution

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基金项目

国家自然科学基金面上项目(51974253)

国家自然科学基金青年项目(52004219)

国家自然科学基金重点项目(51934005)

出版年

2024
石油钻探技术
中国石油化工股份有限公司 石油勘探开发研究院石油钻井研究所

石油钻探技术

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子:1.611
ISSN:1001-0890
参考文献量25
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